解读2020年诺贝尔化学奖“基因剪刀”离临床治疗有多远

北京时间10月7日，公布了2020年诺贝尔化学奖。法国生物化学家伊曼纽尔庞蒂埃和美国生物学家詹妮弗杜纳因对新一代基因编辑技术CRISPR的贡献而获得了今年的奖项。

正确改变基因组序列

DNA作为最重要的生命基础分子，可以构成遗传指令，诱导生物遗传、生物发育和生命功能的动作。基因编辑工具就像剪刀，可以在DNA双链结构上的某个部位插入、删除和修改目的基因，被称为“魔术剪刀”。

2011年，德纳开始与查理庞杰合作发展基因编辑技术。一年后，两位科学家在《科学》杂志上发表了论文，首次指出CRISPR-Cas9系统可以在体外实验中“定点”切断DNA。这提高了基因编辑的效率，为这一领域的发展奠定了基础。

CRISPR-Cas9基因编辑技术的发明给基因编辑技术的发展带来了革命性的变化。目前，CRISPR-Cas9技术操作培养细胞和原代细胞，编辑动物和植物基因组，大大加快基础研究的步伐，给农业和合成生物技术带来了划时代的进展。

“今后5年~10年间，基因编辑技术有望应用于很多疾病的临床治疗。对许多人来说，这是改变医疗方案的巨大机会，是科学家、医生、生物伦理学家及监督机构需要合作，确保基因编辑在临床应用中的安全性、有效性的重要时代。这对很多患者有很大影响，刻不容缓。”德纳于今年2月13日在《自然》杂志上发表的综述报道如下。

“CRISPR-Cas9确实为基因编辑提供了锋利的剪刀。理论上，基因编辑可以治疗包括人体和胚胎在内的所有与基因相关的疾病。但是，现在的基因编辑技术还没有达到这个程度。》山西医科大学人文社会科学学院教授、中华医学会医学伦理学专业委员会常务委员王洪奇表示，即使使用CRISPR-Cas9这一最高的基因编辑手段，人类目前能治疗的疾病依然非常有限，主要是血液病和一些恶性肿瘤此外，可应用基因治疗的领域还有先天性失明、艾滋病、亨廷顿病、婴幼儿发育迟缓、囊性纤维化、肌营养不良等。

北京协和医学院人文社会科学学院教师张迪很看好基因编辑技术对单基因遗传疾病的治疗前景。“这是比较高效、低成本的医疗手段。》有数据显示，目前已知的单基因疾病超过5000种，影响全世界2.5亿人的健康。

“另外，许多实验室从事基因编辑治疗艾滋病的研究。当然，是针对体细胞进行的。”昌迪说。

不能扩展到临床治疗。

在基因编辑技术蓬勃发展的同时，其可控性、正确性、安全性受到学术领域的关注。“即使在实施治疗可能性最高的领域，也有诱发嵌合体、脱靶、肿瘤和其他疾病的风险。如果对生殖细胞(包括精子、卵子、合子、胚胎)进行基因编辑的介入，也有改变整个人类基因库的风险。因此，目前各国允许开展的临床基因治疗非常有限。”。王洪奇说。

如何确保这项新技术的安全应用？实际上，科学界对人生殖细胞的基因编辑已经有共识应该允许开展相关基础研究，但不能扩展到临床应用。我国也发表了相关文件，明确禁止将基因编辑的人胚胎用于移植和下一代的产生。允许研究性质的人胚基因编辑，但符合“14天”的标准(利用体外受精、体核移植、孤雌复制技术或遗传修饰得到的胚胎，体外培养期间不得超过受精或核移植14天)，并进行必要的伦理审查，科学

“目前禁止生殖细胞基因编辑的临床应用是世界学术界的共识。”昌迪说“因为现有技术的安全性、有效性很难达到高水平。对生殖细胞进行基因编辑会遗传给未来一代，但这种风险很难评价，或者风险和不确定性极大。现在学术界认为，将来该技术越来越成熟时，可以考虑在严格完善的监督管理体系下开展临床研究，而且最初应仅限于严重的病症防治。」

关于人体细胞基因编辑技术的应用，昌迪介绍说，中国的管理模式类似于干细胞治疗的“双轨制”:一是基于药物，由国家药品监督管理局按照新药批准程序进行。另一个是根据临床技术，实行机构主体的责任制。“在去年公开征求意见的《生物医学新技术临床应用管理条例（征求意见稿）》中提到了研究计划将来应用于临床的情况下，必须经过国家级审查批准，在科学、伦理、安全等方面得到更好的保障。同时，必须注意评价哪些疾病适合使用基因编辑技术治疗，必须评价成本和收益，特别是在使用国家资源时，需要考虑哪些研究可以优先使用这些资源。”昌迪说。

“在关于基因编辑的基础研究和临床前研究中，也有可能存在比较严重的伦理问题。》王洪奇介绍说，与生殖细胞基因编辑研究相关的伦理问题包括生殖细胞的来源、《14天指南》的要求、废弃后的处置、提供者的隐私和家族信息的保密等。“对体细胞的基因编辑临床前研究比较宽松，但需要注意伦理问题。」

“国内外对基因编辑临床前研究有明确的规定，研究者一定要遵守规定，严格区分基因编辑研究和基因治疗，严格管理基因治疗的临床应用，不要‘再说一遍’。不要违反国际国内相关伦理规范。在这个领域我国和国际组织制定的相关规定本质上是一致的，没有特殊性、弯道超车的问题。》王洪奇强调。

另外，昌迪提到了另一个值得注意的问题“法学家称之为‘规则洼地’”。例如，有些国家的监督管理不那么严格，也没有相关的立法，有些研究者有可能去那些地方开展生殖细胞这样的基因编辑的临床应用。因此，需要加强全球治理，也需要我国的积极参与。」

化学奖为什么授予生物学家

你可能会问，诺贝尔化学奖为什么下垂到生物领域。复旦大学物理学系施郁教授在评价2015年诺贝尔化学奖时关注了这一现象，他说“这几年的诺贝尔化学奖似乎标志着作为基础科学的化学已经结束。”

回顾这几年的诺贝尔化学奖，2015年他为瑞典科学家托马斯林德尔、美国科学家保罗莫德里克、美国和土耳其国籍科学家阿齐兹桑杰做出了基因修复机制研究的贡献。2016年让皮埃尔索瓦日、弗雷泽斯托达特、伯纳德弗林加三位科学家表彰分子机械设计和合成领域的贡献。2017年，他向瑞士科学家杰克杜博舍、美国科学家约阿希姆弗兰克和英国科学家理查德亨德森表彰了他在冷冻显微镜领域的贡献。

施郁说，自从量子力学诞生以来，化学本质上成为物理学的一部分。但是，随着时间的推移，作为基础科学的化学似乎还不够。获得诺贝尔化学奖的成果多来自生命科学和材料科学等领域，特别是化学和物理学在这些领域的新应用和研究生命科学的新观测方法。