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解读2020年诺贝尔化学奖

“基因剪刀”离临床治疗有多远

2020-10-10 14:27:49 来源:健康报

10月7日,在瑞典斯德哥尔摩,瑞典皇家科学院公布2020年诺贝尔化学奖获得者。新华社供图


    □记者 王潇雨

    北京时间10月7日,2020年诺贝尔化学奖揭晓。法国生物化学家埃马纽埃尔·沙尔庞捷(Emmanuelle Charpentier)、美国生物学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)因对新一代基因编辑技术CRISPR的贡献,摘得今年的奖项。

    精准改变基因组序列

    DNA作为一种最重要的生命基础分子,可组成遗传指令,引导生物遗传、生物发育与生命机能运作。基因编辑工具就像一把剪刀,可以在DNA双链结构上的某一个位点去插入、删除、修改目标基因,有“魔术剪刀”之称。

    2011年,杜德纳开始与沙尔庞捷合作发展基因编辑技术。一年后,两位科学家在《科学》杂志上发表论文并首次指出,CRISPR-Cas9系统在体外实验中能“定点”对DNA进行切割。这显著提升了基因编辑的效率,为该领域的发展奠定了基础。

    CRISPR-Cas9基因编辑技术的发明,为基因编辑技术的发展带来了革命性的变化。目前,CRISPR-Cas9技术已经被用于操纵培养细胞和原代细胞,编辑动物和植物的基因组,极大地加快了基础研究的步伐,也使得农业和合成生物技术取得突破性进展。

    “在未来的5年~10年,基因编辑技术用于许多疾病的临床治疗备受期待。对许多人来说,这是改变医疗方案的重大机遇,是需要科学家、医生、生物伦理学家以及监管机构精诚合作,以确保基因编辑在临床应用中的安全性、有效性的重要时代。这对很多病人来说影响巨大,刻不容缓。”杜德纳今年2月13日发表在《自然》杂志上的综述文章如是说。

    “CRISPR-Cas9的确为基因编辑提供了一把锋利的剪刀。从理论上看,基因编辑可以治疗一切与基因相关联的疾病,包括人体和胚胎。但是,目前的基因编辑技术远未达到这样的程度。”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介绍,即使是使用CRISPR-Cas9这一最好的基因编辑手段,人类目前能够治疗的疾病仍非常有限,主要为血液病和一些恶性肿瘤。其他可能应用基因治疗的领域包括先天性失明、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与社会科学学院教师张迪看好基因编辑技术对单基因遗传疾病的治疗前景。“这是一种相对更高效,且成本较低的医疗手段。”有数据显示,目前已知的单基因疾病超过5000种,影响全世界2.5亿人口的健康。

    “此外,有多家实验室正从事基因编辑治疗艾滋病的研究。当然,都是针对体细胞进行的。”张迪说。

    尚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、准确性、安全性一直受到学术领域的极大关注。“即使是在最可能实施治疗的领域,也存在着嵌合体、脱靶、诱发肿瘤及其他疾病的风险。如果针对生殖细胞(包括精子、卵子、合子以及胚胎)做基因编辑干预,还存在改变整个人类基因库的风险。因此,目前各个国家批准开展的临床基因治疗非常有限。”王洪奇说。

    如何确保这种新技术安全应用?事实上,对于人类生殖细胞的基因编辑,科学界已有共识:应允许开展相关基础研究,但还不能扩展到临床应用。我国也出台了相关文件,明确禁止将基因编辑的人胚胎用于移植和产生下一代;允许开展研究性质的人胚胎基因编辑,但必须符合“14天”准则(即利用体外受精、体细胞核移植、单性复制技术或遗传修饰获得的囊胚,其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天),另外要进行必要的伦理审查并遵守科研诚信、知情同意、风险控制、保护隐私等原则。

    “目前,禁止生殖细胞基因编辑应用于临床是全球学界的共识。”张迪说,“因为现有技术的安全性、有效性难以达到较高水平。对生殖细胞进行基因编辑会遗传给未来世代,这种风险是很难评估的,或者说风险和不确定性是极大的。目前学术界普遍认为,当未来这个技术越来越成熟的时候,才可以考虑在严格、完善的监管体系之下去开展临床研究,且最初应限于防治严重病症。”

    至于人类体细胞基因编辑技术的应用,张迪介绍,我国的管理模式类似于干细胞治疗的“双轨制”:一种是按照药物,由国家药品监督管理局按照新药审批流程进行;另一种是按照临床技术,实行机构主体负责制。“如果研究计划未来应用于临床,必须通过国家级的审批,在科学、伦理、安全等方面更有保障,这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)》中有所提及。同时,应注意评估哪些疾病适合使用基因编辑技术进行治疗,要评估成本和收益,尤其是当使用国家资源时,更需要考虑哪些研究可以优先使用这些资源。”张迪说。

    “即使是基因编辑相关的基础研究或临床前研究,也可能存在比较严重的伦理问题。”王洪奇介绍,与生殖细胞基因编辑研究有关的伦理问题包括生殖细胞的来源、“14天准则”的要求、废弃后的处置、提供者个人隐私和家族信息的保密等。“针对体细胞开展的基因编辑临床前研究,相对宽松,但是仍然需要注意伦理问题。”

    “国内外对于基因编辑临床前研究都有明确的规定,研究者一定要遵守规定,严格区分基因编辑研究与基因治疗,严格管控基因治疗的临床应用,不能‘做了再说’,不能违背国际国内相关伦理规范。在这一领域我国与国际组织所制定的相关规定本质上是一致的,不存在所谓特殊性、弯道超车的问题。”王洪奇强调。

    此外,张迪提到另一个需要关注的问题:“法学家称之为‘规则洼地’,比如有些国家监管不是很严格,甚至没有相关立法,有些研究者可能会去那些地方开展类似生殖细胞的基因编辑临床应用。因此,需要加强全球治理,也需要我国的积极参与。”

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    化学奖为什么颁给生物学家

    可能会有人问,诺贝尔化学奖为什么垂青生物领域?复旦大学物理学系施郁教授在点评2015年诺贝尔化学奖时已经注意到了这个现象,他说:“这几年的诺贝尔化学奖似乎表明,作为基础科学的化学已经结束了。”

    回看这几年的诺贝尔化学奖,2015年授予了瑞典科学家托马斯·林达尔、美国科学家保罗·莫德里克和拥有美国、土耳其国籍的科学家阿齐兹·桑贾尔,以表彰他们在基因修复机理研究方面所作的贡献;2016年授予让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加3位科学家,以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献;2017年授予瑞士科学家雅克·杜博歇、美国科学家约阿希姆·弗兰克以及英国科学家理查德·亨德森,以表彰他们在冷冻显微术领域的贡献。

    施郁说,虽然自从量子力学诞生,化学本质上就已经成为物理学的一部分。但随着时间推移,作为基础科学的化学似乎乏善可陈。获得诺贝尔化学奖的成果往往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,以及研究生命科学的新观测方法。

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