人類胚胎的基因編輯是否有臨床價值？|觀點

　　在賀建奎事件引發的大討論中，有兩個反復出現的批評熱點：選擇CCR5基因的不適當和基因編輯技術的不成熟。本文試圖從醫學遺傳學、生殖醫學和分子生物學技術的角度對這兩點提供一些新的看法，也希望這些觀點對倫理學的討論有所幫助。

　　胚胎基因編輯所涉及的技術

　　在討論之前，我們先簡單說明一下賀建奎所使用的“技術”。有讀者或許會說，不就是基因編輯技術嗎（實際上是基因組編輯技術，更準確地說是DNA序列編輯技術）？事實上，這也不完全對。賀建奎的“實驗”使用的并不僅僅是基因編輯技術，而是三項技術的聯合使用。這三項技術就是：從20世紀70年代后期開始使用、生殖醫學上革命性的體外受精“試管嬰兒”（in vitro fertilization, IVF）技術 [1]，從20世紀80年代末開始、隨著分子遺傳學技術發展而逐漸成熟的胚胎植入前遺傳診斷（preimplantation genetic diagnosis, PGD）和遺傳篩查技術（preimplantation genetic screening, PGS）[2]，以及2012年底才用在哺乳動物基因編輯的CRISPR/Cas9系統技術。

　　需要指出的是，這些技術的發明目的不同，都有各自獨立應用的外延，如基因編輯技術可改變任何物種細胞的DNA序列，并不是為了能夠編輯人類胚胎細胞基因而發明的。但在編輯胚胎基因這一具體應用上，這三種技術不僅必須聯合使用，而且相互之間有以下不對等的關系：IVF是在人類胚胎細胞上能夠使用PGD/PGS和CRISPR/Cas9技術的基礎或必要前提；IVF和PGD又是在人類胚胎細胞上能夠使用CRISPR/Cas9的基礎或必要前提。所以僅僅有基因編輯技術，無論多么完善，也不可能編輯人類體外胚胎細胞中的基因。IVF雖然可以單獨使用，但在目前的輔助生殖臨床實踐中，經常和PGD或PGS聯合使用。在美國，大約70%或更多的IVF產生的胚胎會經過PGD或PGS檢測。但目前再“廣譜”的PGS也只檢測幾十種常見的遺傳病基因，遠遠不是檢測已知的成千的遺傳病基因 [2]。

　　盡管IVF和PGD的發明和應用遠早于CRISPR/Cas9，而且已是被主流醫學接受并廣泛應用的輔助生殖技術和診斷技術，但它們也還遠遠沒有達到完善，在使用過程中仍然有各種風險。同時，IVF和PGD本身在各種情況下的具體應用時仍有各種倫理學爭議，世界各國對使用這些技術所制定的法規也有相當的差異。

　　對賀建奎選擇編輯CCR5基因的批評主要在三個方面：1）生物學方面，比如編輯CCR5基因并不能夠完全防止HIV的感染，正常的CCR5蛋白還有其它生理功能等； 2）醫學實踐方面，即現在已有了比編輯胚胎基因更有效、更實用的醫學手段防止胎兒感染HIV，不僅根本不需要在體外胚胎中改變與感染HIV敏感性有關的任何基因，編輯基因還增加了未知的風險； 3）倫理學方面，認為兩個女嬰原來的CCR5基因序列是正常的，而改變人類基因組中的正常基因是不可接受的。把原來“正常”的基因改“壞”當然不行，但改得“更好”也有悖倫理，因為這樣會給未來設計制造“超人”這一不堪設想的后果開了先例。另外，在人體上實驗不僅沒有醫學需要和益處，反而增加受試者風險的臨床方案也是不符合醫學倫理的。

　　這三個對選擇CCR5基因作為編輯對象的批評角度雖然不同，但有一點是共同的，即認為在人類胚胎干細胞中，至少有某些基因序列是不需要或者是不應該被編輯的。那么，能不能把這個問題反過來問：即在人類基因組的近兩萬個基因中，有沒有可以編輯或在臨床醫學上需要編輯的基因呢？如果有，是些什么（或哪類）基因呢？在什么情形下才應該使用基因編輯技術呢？

　　胚胎基因編輯有無臨床價值？

　　在過去的30年，醫學遺傳學有了飛躍性的發展，科學家已經清楚地確定了數以千計的單基因遺傳病的致病基因及其序列或表達的變異，相應的遺傳病診斷技術和治療方法也因此得到迅速的發展。

　　在討論使用基因編輯技術改變胚胎基因時，遺傳病基因是目前被廣泛提及或認可的編輯對象，修正這些基因的變異序列被認為是編輯胚胎基因最有潛力而且具體的臨床醫學應用。這個觀點不僅反映在多個專業學會和論壇發布的指導性文件里[3-6]，也反映在這個嶄新的研究領域中，目前僅有的幾篇已經發表的原始研究論文里（絕大多數是中國大陸科學家的論文 [7-12]）。這些最早的關于編輯人類胚胎基因的研究雖然主要是探索基因編輯方法在改變體外胚胎基因應用上的技術細節，但都把改正引起遺傳疾病的基因缺陷作為進行研究的主要理由。

　　事實上，除了廣州醫科大學范勇博士在2016年和賀建奎博士在2018年底公布的工作是改變CCR5基因序列外 [9]，其余研究者的工作都是以改正某些單基因遺傳病的致病基因缺陷為編輯對象。同樣的觀點在目前的討論中也顯得非常“主流”，不少評論都說，如果賀建奎不是改“壞”一個好的基因，而是“改好”一個原來就“壞”的基因，他的極端行為或許可以稍被原諒。看來編輯人類基因組中導致遺傳病的變異基因序列，是普遍認為可以接受的“編輯對象”，理由是這種改變可以從根本上“消滅”遺傳病基因，從而解決遺傳病給人類帶來的痛苦。

　　遺憾的是，現有的文獻中并沒有給這個看似合情合理的觀點任何具體的醫學實踐或需求數據支持，一般只是隨機羅列幾個常見的遺傳病，如囊性纖維化（CF）、亨廷頓氏舞蹈癥（HD）、地中海貧血等做為例子，給人以用基因編輯技術在胚胎中修正導致遺傳病的變異基因序列，使出生的孩子永遠免于這些疾病是個不證自明的未來醫學實踐上的選擇 [3-5]。

　　如果暫時撇開我們用來判斷選擇CCR5基因做為胚胎基因編輯對象是否適當的生物學和倫理學兩條標準，僅僅從醫學實踐的角度來看，用基因編輯技術改正人類胚胎細胞中的遺傳病基因真的有實際的臨床需要嗎？在生殖醫學和醫學遺傳學上是否已有效果相當，甚至更好的方法呢？

　　編輯體外胚胎遺傳病基因缺乏臨床實際需求

　　這是本文的一個主要論點，將從以下兩個方面論述，請讀者同時參考示意圖：

　　首先，大多數遺傳病基因拷貝根本不會進入IVF產生的體外胚胎的“基因池”，而絕大多數進入體外胚胎“基因池”的遺傳病基因也不為選擇IVF的夫婦或他們的醫生所知，因此人類“基因池”中的絕大多數遺傳病基因實際上不可能成為基因編輯的對象或目標。

　　能夠考慮使用胚胎基因編輯技術修正遺傳病基因的夫婦要滿足2個基本條件：

　　1）攜帶至少一個拷貝的遺傳病基因；

　　2）選擇IVF做為輔助生育的方法。

　　選擇IVF的夫婦在人群中的比例很小。即使在IVF已經相當廣泛接受的今天，美國每年出生的四百萬嬰兒中，也只有1.5%左右是IVF的結果 [1]。絕大部分選擇IVF的夫婦并非因為一方或雙方是遺傳病患者或遺傳病基因的攜帶者，選擇IVF一般也不是出于使后代免于遺傳病的考慮。當然有少數遺傳病的病人，如男性囊性纖維化病人，選擇IVF的比例相當高。總之，人類基因池中的遺傳病基因只有很小一部分能夠主動或隨機地出現在由IVF形成的胚胎的基因池中，成為有可能被編輯的候選基因，而大部分遺傳病基因或生殖細胞生成過程中產生的突變基因，在人類的生育實踐中不會在體外胚胎中出現而有被編輯的可能。

　　進一步來講，那些少數隨機進入體外胚胎基因池的遺傳病基因中的絕大多數雖然在理論上可以被編輯，但實際上也根本沒有機會，因為醫生或選擇IVF的夫婦并不知道他們是這些基因的攜帶者。比如很多隱性遺傳疾病基因的攜帶者或遲發的顯性遺傳病病人在生育前往往不知道自己攜帶有缺陷基因。至于那些在遺傳病中相對常見的，由各種自發突變（從一個堿基位點到整條染色體）導致的，先天而非代際遺傳的病癥（如唐氏綜合癥），更不是父母們（特別是第一次做父母的夫婦）可以預知而能選擇用IVF避免胚胎攜帶或編輯修正變異基因的了。即使隨著DNA測序技術的發展，未來可以檢測到每個人基因組中的所有遺傳病基因，也不影響下面的結論。

　　其次，也是關鍵的一點，在生殖醫學和醫學遺傳學的臨床實踐上，幾乎完全沒有必要編輯修正進入胚胎基因池中的遺傳病基因。這與基因編輯技術的成熟程度以及是否知道胚胎攜帶某個遺傳病基因無關。

　　在人類基因組中，每個基因都有兩份拷貝（每條常染色體上各一個等位基因拷貝，男性的性染色體上的基因只有一份拷貝），其中一個基因拷貝的變異就可以引起的遺傳病為顯性遺傳病，而需要同一個基因的兩個拷貝都為變異序列才致病則為隱性遺傳病。所以除非父母都患有同一基因變異導致的隱性遺傳病，或至少父母中的一個是兩個基因拷貝都有變異的顯性遺傳病患者這類罕見的情形[注釋1]，否則遺傳基因攜帶者，無論是否有遺傳病，都至少有25%的機會可生育沒有該遺傳病的后代（或者說，在自然生育的情況下，少數夫婦會有高達75%的幾率生育有遺傳病的后代）。但這樣的夫婦如果選擇了IVF（無論出于什么原因），與之聯合使用的PDG很容易就能夠確定哪些胚胎有遺傳病基因，哪些只有正常基因拷貝。如果父母決定選擇不會產生遺傳病基胚胎，醫生就可以把這樣的胚胎植入母體，從而把后代患和父母同樣的遺傳病的風險降到極低（理論上為零），而完全沒有必要大費周章地用基因編輯技術來修正一些胚胎攜帶的遺傳病基因。至于原本生育非遺傳病的正常后代的幾率就高于25%的夫婦（絕大多數情況），用PGD/PDS鑒定不攜帶某個遺傳病基因的胚胎就更容易了。更進一步講，在體外胚胎中編輯修正遺傳病基因，無論未來技術多么成熟（甚至比CRISPR/cas9技術系統更先進的方式），都會對胎兒和母親增添風險（新增加任何一個醫學技術的步驟都會有相應的新風險）。

　　由此很容易看出：編輯遺傳病基因序列與用PGD選擇不攜帶遺傳病基因的胚胎相比，前者不僅費時費力，而且沒有提供任何后者不能提供的實際優勢，還會增加胚胎發育的風險，不僅完全是多此一舉，更是有害無益。也就是說，編輯胚胎攜帶的遺傳病基因，并非是基因編輯技術在體外胚胎細胞上最有臨床醫學需求或潛在價值的應用。

　　胚胎基因編輯

　　與IVF/PGD的技術理念相悖

　　如果說前一個論點還偶爾被少數評論簡略提及的話 [13-14]，基因編輯技術在原則上不適用于編輯（修正）人類胚胎攜帶的遺傳病基因這一觀點似乎還沒有人論及。下面從三個方面來闡述本文的另一個主要論點：編輯人類胚胎遺傳病基因與其必須依靠的IVF/PGD在技術慨念上和應用過程不匹配。

　　首先，IVF雖然主要是一個輔助生育技術，但與PGD/PGS一起使用，也為人類提供了一個減少遺傳病在代際傳遞的有效手段，使人類對后代的遺傳或先天變異性狀，從沒有出生前選擇（只能被動接受出生嬰兒有或無遺傳病的事實），發展到有“順序選擇”（對胎兒進行檢測，決定是否保留有遺傳病的胎兒，每次懷孕有一個選擇的機會），到有“平行選擇”（對多個IVF胚胎在體外同時用PGD/PGS進行選擇，甚至可以從在自然條件下的小概率事件中，如只有25%概率生育沒有遺傳病的后代，也能夠選出不會成為遺傳病人的胚胎）。因此，PGD/PGS技術是對IVF技術的有力補充和延伸，因為它們可以使上述“平行選擇”成為現實。反之，用基因編輯技術在IVF產生的體外胚胎中修正遺傳病基因，則忽略了在多個植入母體前的胚胎中可以用PGD對這些胚胎進行精準篩選，并能夠選擇放棄某些胚胎這一行之有效的“剔除遺傳病基因”的機會。也就是說，用基因編輯技術來修正遺傳病基因與IVF/PGD聯合使用是個技術理念上的“錯配”。

　　對遺傳病來說，基因編輯可能適用于臨床“治病”應用，而IVF/PGD是“防病”的，即主動放棄會發育成遺傳病的體外胚胎，根本不將其植入母體，自然也不會使其發育成嬰兒出生。已經有遺傳病的病人是需要治療的，沒有其它選擇。而IVF產生的體外胚胎，即使攜帶注定致病的遺傳病基因型，也不是病人，完全可以選擇放棄，不需要治療，當然更不需要用會帶來額外風險的方法治療。

　　我們可以舉一個倫理上不恰當但原理上完全相同的例子來說明這個論點。比如一對夫婦希望要一個女孩，如果按照自然生育，他們就要靠運氣。如果“運氣不好”，可能會連續生幾個男孩。有了產前檢測，他們可以通過檢測，知道胎兒的性別，在胚胎的早期決定墮掉男性胚胎，然后重復自然懷孕—鑒別胎兒性別這個過程，直到確定胎兒是女性，才繼續妊娠過程，最終分娩生育。如果他們選擇IVF，可以用PGD確定哪個受精卵是女性，選擇把女性胚胎植入母體，完成發育生殖的過程。這樣在第一次生育就可以生女孩，完全沒有必要把原本是男性的胚胎先用基因編輯技術變成女性胚胎。

　　其次，胚胎基因編輯技術與其必須依靠的IVF/PGD技術在應用過程上也不匹配。如前所述，絕大部分攜帶遺傳病基因的夫婦，不論他們是否為遺傳病人，通過IVF產生的胚胎都有一定的概率不會發育成遺傳病人。這些胚胎或不攜帶遺傳病基因，或只有一個拷貝的隱性遺傳病基因，其基因完全沒有必要編輯修正。但由于胚胎基因編輯是在單細胞階段的受精卵上進行的，無法做PDG/PDS來確定每個受精卵的基因型，醫生也就不知道哪些胚胎攜帶了遺傳病基因，哪些沒有攜帶，所以只好“不分青紅皂白”，編輯所有的胚胎，等到這些胚胎在體外發育到一百來個細胞的階段，再取少數細胞做PGD，以確定基因編輯修正是否成功（同時由于使用基因編輯技術可能會對基因組其它序列帶來影響，還需要檢查預定的編輯位點之外的序列）。這么做的問題是，所有單細胞胚胎都被注射了基因編輯系統，對不攜帶遺傳病基因或不會發育成遺傳病人的“好”胚胎不僅完全沒有必要，還可能對它們產生負面影響，如“脫靶”等問題帶來的風險。

　　再次，基因編輯技術用于編輯體細胞基因和用于IVF產生的胚胎干細胞時，對技術完善程度的要求不同。對賀建奎使用不成熟的基因編輯技術的批評包括編輯后的基因序列并不都是預想的序列，出生的嬰兒為修改和未變基因的嵌合體，有“脫靶”現象，并對其評估不夠全面可靠等（這在目前所有的關于胚胎基因編輯的研究中都存在，并非只是賀建奎的實驗才有的問題）。這些對編輯技術不成熟的批評雖然反復出現，但似乎很少有人明確指出 1）什么才算是完善或可接受的技術標準； 2）為什么需要完善的技術。

　　實際上，一個技術的完善與否要根據它的用途來決定。IVF并不完善，即使在已經臨床使用40年的今天，單次使用仍有相當高的失敗率，但這并不妨礙它的廣泛接受和應用。原因之一是IVF失敗的代價相對較小，而且IVF可以重復使用，即使失敗也不會造成不可逆的損害。同時任何一次IVF的成功對無法自然生育的夫婦帶來的益處是巨大的。在這種情形下，技術的不完善是可以被容忍的。同樣，編輯體細胞的遺傳病基因序列往往也不需要100%的修正，而是可以容忍由于技術原因導致的不完全修正。比如許多隱性遺傳病是由于一個基因的兩個拷貝的序列變異導致根據該基因轉錄翻譯產生的酶蛋白沒有活性。如果基因編輯作為一種治療手段，只要能夠將致病器官的一部分相關細胞的遺傳病基因部分修正，病人就能夠在關鍵的器官組織產生一定量的酶活性，使病癥不發生或消失，達到治療的目的。而且這種不完全的修正并非“永久”不可逆的，因為不會遺傳給病人的下一代。

　　編輯胚胎基因的概念則完全不同，如果胚胎基因編輯不完全，或有“脫靶”現象，以后的胚胎在發育時，不僅體內不同的細胞會有不同的基因型的“嵌合現象”，產生嵌合的程度和細胞分布不可控制或預測，而且會因脫靶產生不應該有的新的“異常”DNA序列，還可能遺傳給下一代（如果由編輯過的胚胎發育成的個體能夠生育的話），這種不完善在編輯有遺傳發育全能的胚胎干細胞的基因時就是不可接受的。換句話說，編輯胚胎細胞基因的技術完善程度，原則上應該明顯高于編輯體細胞基因的技術要求。實際上，對編輯胚胎基因的高標準不僅僅限于編輯遺傳病基因，而是應該適用于編輯任何胚胎基因。CRISPR/cas9基因編輯技術是否最終能在胚胎細胞達到準確無誤的“高標準”，目前還不清楚 [15]，但在胚胎細胞編輯基因的高技術精度要求與臨床基因治療遺傳病的精度要求顯然是不匹配的，把具有普遍應用性的基因編輯技術用于編輯胚胎基因這一特定情形是不適當的使用。

　　人類胚胎基因編輯

　　在臨床實踐上有害而無益

　　在本文中，我們討論了目前對基因編輯技術的一個最貌似合理的臨床應用，即修正IVF胚胎攜帶的遺傳病基因的醫學價值和其是否適用于編輯胚胎基因這一具體應用。從上面的敘述可以看到，遺傳病基因在絕大多數情形下并非胚胎基因編輯技術的合適候選基因，因為編輯數以千計的這類基因不僅沒有臨床應用的必要或需求，反而增加母親和胎兒的風險及社會負擔。同時，把基因編輯技術用于編輯胚胎遺傳病基因，不僅和它必須依賴的IVF/PGD在應用理念和操作過程上沖突，也很可能達不到需要的技術完善標準。用一句話總結：用基因編輯技術在人類胚胎干細胞中修正遺傳病基因缺陷是對該技術在一個特定情形中的技術上不匹配，臨床醫學實踐上無益有害的不恰當的應用。

　　如果幾千個單基因遺傳病的致病基因不是合適的“候選編輯對象”的話，人類基因組中有沒有其它的基因可以作為合適的候選者呢？選擇的根據又是什么呢？是否應該真正結合臨床醫學的實際需要，而不是憑概念或想象，在決定研究項目前充分論證，才下結論呢？

　　在還沒有明確的醫學臨床應用或理論價值之前，建議政府、科學基金、科學家應該先對是否繼續允許和支持現在正在或計劃中的那些以改進或完善編輯人類胚胎基因技術的實驗室研究（即這一領域中的科學家稱作基礎或臨床前的研究）達成一個共識。至今為止，在進行和人類胚胎基因編輯有關的任何研究（包括那些用捐獻的，用不能存活的胚胎進行的“基礎研究”，主要是由中國科學家完成的工作）[7-12]，除了賀建奎的工作，無一例外都是這類研究。

　　有人或許會說，雖然目前還沒有在醫學實踐上和倫理上都被認可的用途，但進行一些基礎研究，改進完善技術總是沒有錯吧。任何一個技術或工具，原則上都可以被合理使用和濫用，但只要使用與目的相符，并能夠帶來明確的益處，即使有濫用帶來的危害，這個技術的發展與存在就可以被社會接受。一個無益，不適合特定目的而可能有很大風險的技術是不能隨意研發的，因為它越完善，就越方便被拿來做不適當的使用。賀建奎是不是第一個對胚胎基因進行不適當的編輯，并冒天下之大不韙讓被編輯的胚胎發育出生的人，沒有人敢百分之百肯定，但可以確定的是他不會是最后一個這樣做的人。對罔顧倫理或法律的人，更有效防止他們濫用技術的方法可能是根本不給他們方便可用的技術。現在對人類胚胎基因編輯討論的關鍵不是如何防止濫用，更不是如何改進技術，而是要明確這一技術應用的“利”（臨床需要和基礎科學意義）和“理”（技術或工具與使用目的是否相匹配），只有完成了這些方面的充分論證，才可能決定是否原諒該技術帶來的“弊”，以及能否完善基因編輯這個革命性的技術對胚胎基因這一特定情形的應用。

　　參考文獻

　　[1] Niederberger C, Pellicer A, Cohen J. Forty years of IVF [J]. Fertility and Sterility 2018,110:185-324

　　[2] Harvey J. Stern HJ. Preimplantation genetic diagnosis: prenatal testing for embryos finally achieving its potential [J]. J. Clin. Med. 2014, 3, 280-309

　　[3] Baltimore D, Berg P, Botchan M, et al.: Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification [J]. Science 2015, 348:36-38.

　　[4] Ormond KE, Mortlock DP, et al. Human germline genome editing [J]. American Journal of Human Genetics 2017, 101,167–176.

　　[5] ACMG Board of Directors. Genome editing in clinical genetics: points to consider—a statement of the American College of Medical Genetics and Genomics [J] Genetics in medicine 2017, 19:723-4

　　[6] Munsie1M, Gyngell C. Ethical issues in genetic modification and why application matters [J]. Current opinion in genetics & development. 2018, 52:7–12

　　[7] Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, et al. CRISPR/Cas9–mediated gene editing in human tripronuclear zygotes [J]. Protein Cell 2015, 6:363–72.

　　[8] Liang P, Ding C, Sun H, et al.Correction of b-thalassemia mutant by base editor in human embryos. ProteinCell 2017, 8, 811–22.

　　[9] Kang X, He W, Huang Y, Yu Q, Chen Y, Gao X, et al. Introducing precise genetic modifications into human 3PN embryos by CRISPR/Cas–mediated genome editing [J]. J AssistReprod Genet 2016, 33:581–8.

　　[10] Tang L, ZengY, Du H, Gong M, Peng J, Zhang B, et al. CRISPR/Cas9–mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein [J]. Mol Genet Genomics 2017, 292:525–33.

　　[11] Zeng Y, Li J, Li G, et al. Correction of the Marfan Syndrome pathogenic FBN1 mutation by base editing in human cells and heterozygous embryos [J] Mol Therapy 2018, 26:2631-7

　　[12] Ma H, Marti-Gutierrez N, Park S-W, Wu J, Lee Y, Suzuki K, et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos [J].Nature 2017, 548:413–9.

　　[13] Vassena1 R, Heindryckx B, Peco R, et al. Genome engineering through CRISPR/Cas9 technology in the human germline and pluripotent stem cells [J]. Human Reproduction Update. 2016, 22:411–419.

　　[14] 楊輝團隊。基因編輯技術用于臨床，任重道遠。知識分子 2018，11/29.

　　[15] Reyes AP, Lanner F. Towards a CRISPR view of early human development: applications, limitations and ethical concerns of genome editing in human embryos [J] Development 2017, 144: 3-7；