现在可以对人类胚胎进行基因编辑了吗？

俄勒冈健康与科学大学的科学家们领导的一项新研究表明，一种常用的分析早期人类胚胎中微量DNA的科学方法不能准确地反映基因编辑。

这项研究今天发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，涉及使用基因编辑工具CRISPR对早期人类胚胎进行基因组编辑的测序。这项工作对DNA读取程序的准确性提出了质疑，这种程序依赖于为基因检测而放大少量DNA。

此外，该研究还揭示，用于纠正早期人类胚胎致病突变的基因编辑也可能导致基因组发生意想不到的、可能有害的变化。总之，这些发现为任何可能准备利用基因编辑胚胎实现妊娠的科学家提出了新的科学依据。

虽然基因编辑技术在预防和治疗在遗传病方面有希望，但这项新研究揭示了在用于确定妊娠的基因编辑视为安全或有效之前必须克服的局限性。

OHSU胚胎细胞和基因治疗中心主任、资深作者Shoukhrat Mitalipov博士说:“这说明我们对基因组编辑知之甚少，尤其是细胞如何对CRISPR诱导的DNA损伤做出反应。”OHSU医学院、OHSU俄勒冈国家灵长类动物研究中心的妇产科、分子和细胞生物科学教授。“基因修复具有巨大的潜力，但这些新的结果表明，我们还有很多工作要做。”

这些发现是在伦敦举行的第三届人类基因组编辑国际峰会上得出的。在2018年11月在香港举行的上一届国际峰会前夕，一名中国科学家通过一项引发全球谴责的实验，揭示了世界上首批通过基因编辑胚胎产生的婴儿的诞生。

在编辑过的胚胎可以移植以获得妊娠之前，重要的是要确保程序按计划进行。

因为早期人类胚胎只有几个细胞，所以不可能收集到足够的遗传物质来有效地分析它们。相反，科学家们从几个甚至单个细胞的一小部分DNA样本中解读数据，然后这些样本必须在被称为全基因组扩增的过程中扩增数百万倍。

同样的过程——被称为胚胎植入前遗传学检测(PGT)——通常被用于筛查接受体外受精患者的人类胚胎的各种遗传病状况。

全基因组扩增的局限性降低了基因检测的准确性，资深合著者、OHSU医学院妇产科教授Paula Amato医学博士说。

阿马托使用体外受精来治疗不孕症患者，并防止遗传疾病的传播。他说，PGT使用更先进的技术，在临床上仍然可以用于检测染色体异常和由父母传给孩子的单基因突变引起的遗传疾病。

为了克服这些问题，OHSU研究人员与韩国和中国的研究机构合作，利用基因编辑的胚胎建立了胚胎干细胞系。胚胎干细胞无限生长并提供充足的DNA物质，不需要全基因组扩增来分析。

研究人员说，这一发现强调了全基因组扩增容易出错的本质，以及通过建立胚胎干细胞系来验证胚胎编辑的必要性。

利用胚胎干细胞，这项新研究验证了米塔利波夫实验室开发的基因修复过程，该研究结果于2017年发表在《自然》杂志上，并于2018年得到验证。

在这项研究中，科学家剪下了已知由捐精者携带的突变基因的特定目标序列。

研究人员发现，人类胚胎可以利用来自父母另一方的正常基因拷贝作为模板，修复这些断裂。米塔利波夫及其合著者证实，这一被称为基因转换的过程在早期人类胚胎的DNA双链断裂后定期发生。这种修复，如果用于通过体外受精和胚胎移植建立妊娠，理论上可以防止已知的家族疾病传给孩子，以及该家族的所有后代。

在这篇新发表的论文中，研究人员利用捐赠的精子和卵子研究了其他离散的突变，包括一种已知会导致肥厚型心肌病的基因突变，以及另一种与高胆固醇相关的突变。在每一种情况下，一种被称为Cas9的酶与CRISPR串联使用，在突变的精确位点诱导DNA的双链断裂。

除了复制和确认2017年报道的基因修复机制外，这项新研究还检查了突变基因被修复的特定位点以外的基因组中发生的事情。这就是问题可能发生的地方。

基因组的大量复制，从父母一方复制到另一方，产生了一种称为杂合性丢失的情况。每个人的基因组上的每个基因都有两个相同的版本或等位基因——一个来自父母双方。大多数情况下，等位基因是相同的，因为任何一个人的DNA序列有99.9%是与其他人共享的。然而，在某些情况下，父母中的一方会携带一种隐性致病突变，这种突变通常会被另一方相同基因的显性健康版本抵消。

被复制的基因密码越多，发生危险基因变化的风险就越大。在这项新的研究中，科学家测量了从相对较小的片段到多达18600个碱基对的DNA的基因转换通道。事实上，对一个已知突变的修复可能会产生比解决更多的问题。米塔利波夫说:“如果你在染色体中间切割，那里可能有2000个基因。”“你在修复一个微小的点，但上游和下游的数千个基因都可能受到影响。”这一发现表明，在将基因编辑应用于临床以建立妊娠之前，需要进行更多的研究来了解基因编辑的工作机制。

由于分析单细胞或少细胞样本的复杂性，人类植入前胚胎中诱导的双链断裂的DNA修复范围仍不确定。对如此微小的DNA输入进行测序需要进行全基因组扩增，这可能会引入一些错误，包括覆盖率不均匀、扩增偏倚和目标位点的等位基因脱落。在对照单卵裂球样本中，平均26.6%的先前存在的杂合子位点在全基因组扩增后显示为纯合子，表明等位基因丢失。为了克服这些局限性，我们在胚胎干细胞中验证了在基因编辑的人类胚胎中观察到的靶点修饰。研究表明，除了频繁的插入缺失突变，双等位基因双链断裂也可在目标位点产生大片段缺失。此外，一些胚胎干细胞在裂解位点表现出拷贝中性杂合性缺失，这可能是由等位基因间的基因转换引起的。然而，胚胎干细胞中的杂合性丢失频率低于卵裂球，这提示等位基因丢失是人类植入前胚胎中常见的全基因组扩增结局，限制了基因分型的准确性。