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中国科学家实验室内改造“蜘蛛人”:基因编辑修复缺陷胚胎

2018-12-06 17:51

原标题:中国科学家实验室内改造“蜘蛛人”:基因编辑修复缺陷胚胎
通过基因编辑技术对人体胚胎“动刀”获得的“设计婴儿”目前尚未走向临床,但这不妨碍部分科学家在实验室内进行基础研究。
日前,国际学术期刊《分子治疗》(Molecular Therapy)在线发表了上海科技大学黄行许教授和广州医科大学附属第三医院刘见桥等人的最新研究成果,利用碱基编辑器技术成功纠正了人类胚胎中的马凡综合症(Marfan syndrome)的致病突变。
马凡综合征这一疾病由法国医生Antoine Marfan最先报告,并因此命名。患病特征为四肢、手指、脚趾细长不均匀,又被称为“蜘蛛人”。这种疾病几乎可以影响身体的任何部位,从松弛的关节、弱视到心脏壁上危及生命的裂缝。
全球每5000人中就有1人患有马凡综合征,患者大部分在30-50岁之间死于心血管疾病。目前,马凡综合征尚无特效药,主要通过手术纠正病变减轻症状,但费用昂贵且不能根治。
具体来说,该疾病是一种常染色体显性遗传病,由15号染色体上FBN1基因(编码原纤维蛋白1)中单个碱基突变(腺嘌呤A突变为鸟嘌呤G)引起。当FBN1基因发生突变时,人体骨骼中的软质部分,即弹性纤维蛋白数量就会比正常人少一半,导致骨骼在生长过程中会变得异常长。
此番,黄行许等人选择的“修正”工具并非是典型常用的CRISPR/Cas9基因编辑技术,而是采用了新型的单碱基编辑器BE。这也是中国科学家首次通过碱基编辑技术在人类胚胎上纠正遗传疾病的致病突变。
碱基编辑器BE由基因编辑界大牛哈佛大学David Liu实验室在2016年开发。通过在Cas9蛋白上安装大鼠胞苷脱氨酶APOBEC1,Cas9的“剪刀”功能消失,不再切割DNA双链,但仍能结合目标DNA片段,同时能将胞嘧啶C转化为尿嘧啶U。之后,再通过第三种蛋白,让细胞启动DNA修复程序,最终使得C-G碱基对替换为T-A碱基对。
如果说CRISPR/Cas9被誉为“基因魔剪”, 碱基编辑器BE则更像是批改单个碱基的带有橡皮擦的铅笔。相对于CRISPR/Cas9,碱基编辑器BE更安全、脱靶效应也更低。
研究团队在获得得个体捐献者的知情同意情况下,收集了临床上废弃的不成熟的卵子,并进行体外成熟,然后利用体外受精技术(IVF)将成熟的卵母细胞与马凡综合征患者捐赠的精子制备成能自行发育的人类胚胎。所有研究工作均取得了相关伦理委员会的批准。
16-18小时后,即1细胞期时,研究团队对其中部分受精卵显微注射含有校正sgRNA的BE编辑系统。测试组和对照组胚胎均在实验室条件下存活了2天,以进行编辑效果测试。
研究得出,所有的18个测试胚胎均被编辑,无一例“脱靶”。其中16个胚胎仅携带FBN1基因经过修正的版本,而另外2个胚胎中发生了额外的不需要的编辑。“总的来说,这项试点研究提供了概念验证,并开启了基于基因编辑的基因治疗的潜力。”黄行许表示。
值得一提的是,世界上第一例对人类胚胎基因的编辑修改即由中国科学家完成。2015年,中山大学教授黄军发表论文,宣布利用CRISPR-Cas9技术试图修改人类胚胎中的一个致病基因,该突变致病基因会导致严重遗传病β-地中海贫血症。
黄军当时所用的胚胎来自于当地医疗机构无法发育成婴儿的缺陷胚胎。当年,黄军还被《自然》期刊评为十大年度科学人物。
2017年8月,《自然》在线发表了美国俄勒冈州健康和科学大学的俄裔研究员舒赫拉特?米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)等人的成果,继中国之后,美国也迎来第一批经过基因编辑的人类胚胎。
尽管类似的“设计婴儿”研究在实验室内屡屡出现成果,但这些经过基因编辑过的胚胎目前尚无可能存活太久。目前科学界普遍认为,应允许开展相关基础研究,但还不能扩展到生殖领域的临床应用。
刘见桥此番就提到,因伦理问题和相关法律法规的限制,以及研究可靠性、安全性的验证等,这一技术距离临床应用尚有一段距离。
此前的7月底,美国独立性民调机构皮尤研究中心(Pew Research Center)对2537名美国

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