新醫學時代：治療性基因組編輯

李升偉/編譯

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新醫學時代：治療性基因組編輯

李升偉/編譯

1901年，阿奇博爾德·加洛德爵士鑒定出已知的第一種人體遺傳疾病尿黑酸尿癥。今天我們認識到，至少有8 000種人體疾病是由單個基因突變引起的，稱為單基因病，其數目幾乎每天都在增加。這些疾病在美國被分類為“罕見病”，因為它們的受累人群都少于20萬人，而在全球范圍它們則可能累及4億人口。一些疾病，如鐮刀細胞病，全球累及數千萬人口，而在世界的特定區域它只能分類為“罕見”，包括美國、歐洲和亞洲的遠東地區。對于少數病人，同種異體造血干細胞移植（allo-HSCT）或者實體器官移植可用來治愈其遺傳性疾??；對于絕大多數病人來說，沒有治療手段，最多進行一些癥狀管理。

使用基因組編輯治療單基因病從概念上來說是簡單的——基因組編輯可以用來糾正致病的基因組“排版印刷”錯誤?；蚪M編輯的力量在于，它可以提供一種機制來做比簡單修飾單個核苷酸更多的事情。它是一種可以制造更復雜而細微的基因組改變的方法，可以被用來治療更為常見的疾病或修飾它們的成因。這篇綜述將介紹基因組編輯的基本戰略和工具，它們既可以拿來糾正印刷錯誤也可以對基因組做出更為復雜的改變。還將討論基因組編輯是如何被研發用以治療遺傳性疾病、傳染性疾病和獲得性疾病的。最后，簡要討論圍繞基因組編輯應用的技術問題：從可能導致工程化遺傳改變到可能從一代傳到下一代。

基因組編輯工具箱

基因組編輯又稱為基因打靶，是科學家手中一種強有力的研究工具?；虼虬性诮湍钢泻苋菀走M行，酵母即成為研究人體病理生理學的一種重要模式生物體?；虼虬凶鳛橐环N研究工具，其重要性進一步彰顯，在于2007年諾貝爾生理學或醫學獎授予了奧利弗·史密斯和馬里奧·卡佩奇博士，以表彰他們對小鼠胚胎干細胞基因打靶的發展及對小鼠的后續精準遺傳工程研究。這是人體病理生理學領域的轉折性進步。在基因治療（研究）的最早期，人們就認識到基因組編輯可以成為治愈遺傳疾病的理想方法，但是最早的研究中，通過在人體體細胞內進行同源重組來進行基因糾正的絕對頻率低下（10-6），讓人們頗感困惑。關鍵的突破是發現了在靶基因內構建一種位點特異性DNA雙鏈折斷（DSB），有可能通過同源重組刺激基因組編輯提升2～5個數量級，提供出5%或更多的總體頻率。除了通過同源重組刺激基因打靶可以提高5個數量級，一種位點特異性DSB可能刺激突變，比如引起DSB位點上的微小插入/缺失提高達9個數量級。正因為如此，DSB被認定為基因組編輯研發中一個關鍵的原則。

基于核酸酶的基因組編輯基本過程是在基因組內構建一個位點特異性DSB，然后催動細胞自己的內源性修復機制來修復折斷（圖1）。細胞可以使用兩種基本機理來修復折斷：非同源性末端連接（NHEJ）或同源重組（HR）。當單個折斷的編輯因NHEJ而發生，就可以在折斷位點上構建出插入/缺失之類的突變（圖1a）。缺失的尺寸趨向于大于插入的尺寸，當染色體外DNA在折斷位點處被捕捉時例外（其發生率罕見但是可測量），這種時候可以發生數百堿基對的插入。當使用捐贈者的供體序列進行HR而發生單個折斷的編輯時，會發生基因組內的精準核苷酸改變，從單個堿基長度的插入到大型基因盒的導入。當兩個折斷的編輯通過NHEJ而發生時，染色體缺失、倒轉或易位可以得到構建（圖1b）。這些總體染色體重排可以有針對性地生成以供治療用，但是它們還必須得到評價，因為任何核酸酶平臺都有產生脫靶效應的潛能。

圖1.基于核酸酶的基因組編輯在基因組內構建了一種特異性雙鏈折斷（DSB），然后形成細胞自己的內源性修復機制來修復這種折斷

在證明了DSBs重要性的研究論文中，研究人員使用了一種人工系統，在其內的天然歸巢核酸內切酶（有時也稱為“大范圍核酸酶”）的靶位點ISceI被工程化進入了體細胞的基因組內；基因組編輯的頻率可以在該工程化的 I-SceI位點得到測度。高頻率編輯的障礙是，不論是I-SceI還是其他大范圍核酸酶都不能輕易地再工程化以識別基因組內的天然靶部位。這個問題的第一種解決方法是已經建立了的鋅指核酸酶（ZFNs），最初稱為“嵌合體限制酶”，后來被稱為“嵌合體核酸酶”。ZFNs是一類人工蛋白質，其一種鋅指DNA結合結構域與衍生自IIS型FokI限制性核酸酶的非特異性核酸內切酶結構域發生了融合。首先，在刺激人類體細胞內基因打靶方面，工程化ZFNs被證明與I-SceI一樣有效。然后，因為鋅指DNA結合結構域可以被工程化以識別新的靶位點，基于ZFN的方案成為第一種用來刺激人類體細胞內基因組編輯的方法，其（編輯）頻率可達到治療相關水平。與這項人類體細胞內的研究工作相提并論的重要工作是德納·卡羅爾（Dana Carroll）及其同事們證明了ZFNs可以被用來編輯真核生物黑腹果蠅的復雜基因組，使用突變原性NHEJ和同源重組方法均可。多年以來，碩果僅存的工程化核酸酶，在基因組編輯工具箱內來說是ZFNs和再工程化大范圍核酸酶。但是，在過去5年中，TAL效應物 核 酸 酶 （TALENs）、CRISPR/ Cas9核酸酶和雜交核酸酶平臺的研發與構建已經戲劇性地擴展了工程化核酸酶工具箱。

工程化核酸酶平臺有六種，四種是基本的、兩種是雜交的，它們是：工程化巨核核酸酶、ZFNs、TALENs、CRISPR/ Cas9核酸酶、巨大TAL核酸酶和Cas9-FokI核酸酶（表1）。這些核酸酶平臺之間都有細微的差異，例如，構建起來的折斷類型是不同的：大范圍核酸酶和巨大TALs生成的是3′突出端的折斷；ZFNs構建的是5′突出端的折斷；TALENs構建的折斷在位置上是可變的，通常是（但不總是）5′突出端，由FokI核酸酶（Fn）的性能決定；而CRISPR/Cas9核酸酶構建的是鈍的折斷。但總的來說，這些平臺中每一個都可以介導它們的編輯效用，是通過一種DSB的構建實現的，因此它們共享了一種基礎性的作用機制。

表1.四種標準的核酸酶平臺的比較特征

NHEJ介導的基因組編輯所需要的唯一工具是一種工程化核酸酶，但是HR介導的基因組編輯還需要一種工程化的供體性載體。供體性載體可以被設計來使單個堿基對變化發生模板化擴增或者將大型多基因盒插入到基因組內。核酸酶介導的基因組編輯的同源臂可以比鼠胚胎干細胞內HR介導的基因打靶所要求的同源臂短許多：不再必須有10千堿基對或更長，它們可以短至400堿基對。但是，如果將同源臂進一步縮短至400堿基對以下，或將減少總體編輯效率。單鏈寡核苷酸（ssODNs）還曾經被用來催動導入一種折斷后使微小核苷酸改變發生模板化擴增。單鏈寡核苷酸可以很容易得到合成，這種方法易于為研究人員得到和使用，但是，單鏈寡核苷酸構建基因組內一種靶擊性改變的機制并不依賴于經典的同源重組途徑，這種事情還沒有得到充分的認識。單鏈寡核苷酸甚至還可以誘導癌細胞內的復制和細胞周期停滯，并且很可能比原初治療學相關人體細胞類型更為值得懷疑，這部分地得到了胡班（Hoban）等人的證明。

輸送和處理的研發問題

這個領域內的魔咒一直是基因治療的三個最重要問題：輸送，輸送，還是輸送?；蚪M編輯的工具箱已經擴展開來，這一魔咒現在還被用于治療性基因組編輯的許多問題中：什么是將高活躍性基因組編輯試劑輸送進入臨床相關性細胞類型的最理想程序呢？這個問題的回答正在日益形成疾病特異性。確定恰當的輸送戰略，最重要的注意事項是：基因組編輯相對于基因增益戰略來說是一種切中肯綮的方法。事實上，核酸酶的持續表達不僅是不需要的，還應該規避：某種核酸酶的連續表達增加了有害基因組不穩定性的機率，既可能使受編輯細胞的適應能力減弱，又可以造成已暴露細胞的轉化。

對于細胞的體外到體內操作來說，標準的非病毒性輸送方法，如核酸酶之于RNA或者核糖核蛋白（RNP）之于CRISPR/Cas9系統，似乎是最有希望的方法。輸送核酸酶元件如RNA或RNP，保證了既激活I型干擾素應答，又使表達的持續期最小化。RNA或RNP可以通過一系列機制輸送進入一個細胞內，這些機制是由特定細胞類型用不同的復合體轉染的能力所決定的。有效穿越所有細胞類型的輸送的一種通用方法是電穿孔：使用RNA或RNP將這類細胞混合起來，然后一類簡短的電脈沖穿越這些混合物，從而構建起了一些膜孔，讓RNP或RNA進入膜內。目前，已經有多種不同的電穿孔儀器可供使用，通過這些儀器，可以發現構建最小細胞毒性的電穿孔情形，條件是激活天然免疫系統的DNA或其他核苷酸不被摻合進入混合物中。對于需要核酸酶的簡單應用來說，這似乎是一種穩健的解決方案。對于需要同源重組介導的編輯的用途來說，還需要一種DNA分子得到輸送。將裸露DNA輸送進入癌癥細胞株，已經是一種輸送供體載體的有效方法，但是將裸露DNA輸送進入原初細胞，尤其是T細胞和造血干/祖細胞，會激活一種有害的天然免疫應答，既降低基因組編輯的頻率，又危及被編輯細胞的優度。使用腺相關病毒（AAV）將供體模板輸送進入細胞，可以是問題的一種解決方案，因為AAV與許多病毒一樣，已經進化到了可以逃避被天然細胞內免疫應答識別的程度。

對于要求細胞在體編輯的治療性應用來說，挑戰更為巨大，還沒有確定哪怕是一種解決方案。再者說，在體輸送問題的解決方案可能各自不同，取決于需要被鑒定的靶細胞類型。例如，編輯肝細胞的解決方案很可能與編輯肌肉的解決方案有非常大的不同，還可能與編輯中樞神經系統內細胞的解決方案大相徑庭。盡管如此，隨著具有優先轉導不同的在體細胞類型的多種不同AAV病毒血清型的研發，輸送mRNAs進入細胞的新方法的研發以及輸送特異性組織的納米顆粒（包括脂質基和非脂質基納米顆粒）的復雜性日益增加，似乎可以在不久的將來形成一些解決方案。研發一種核酸酶在持續期間內不表達的輸送方法是重要的，既可以從基因毒性立足點出發，也可以從免疫學立足點出發。這是可以預期的，但必須得到證明，否則，所有的工程化核酸酶平臺將被免疫系統察覺為外源，并將引發一種穩健的免疫應答，這種免疫應答能夠消除治療性編輯細胞并可導致中毒性器官損傷。

隨著治療性基因組編輯研究走向高潮，與日俱增的創新方法正在得到應用。它們可以沿三種不同的軸向進行分類：非同源性末端連接對同源重組介導基因組編輯軸；體外導入體內（ex vivo）對在體（in vivo）輸送軸；遺傳性對傳染性或非遺傳性疾病適用性軸。下面對這些不同的戰略舉幾例進行討論。

非同源性末端連接介導治療學

使用NHEJ介導的基因組編輯可以解決的疾病是那些某種遺傳學元件突變引發并可能導致臨床利好的疾病，這類遺傳學元件到底是一種編碼區域，還是一種調控元件，抑或是一些其他的遺傳元件值得琢磨。這種方法的一例是：刪除造血干/祖細胞（HSPCs）內Bcl11A基因的紅系增強子，以便上調γ球蛋白來治療鐮刀細胞病和β地中海貧血。鐮刀細胞病和β地中海貧血都是由HBB基因內的突變導致的單基因疾病。如果一種與HBB緊密相關的基因HBG得到上調，從而既可替代丟失的（β地中海貧血）γ球蛋白、又可應對（鐮刀細胞病的）γ球蛋白的功能紊亂，則這兩種疾病都可以治愈。對球蛋白開關的研究已經證明，Bcl11A基因是HBG基因的一種轉錄阻抑物，這種Bcl11A基因的阻抑可以導致HBG基因的去阻抑。而且，當其被用作一種研究工具時，基因組編輯證明：紅系增強子Bcl11A基因內一種特異性調控元件的缺失可以阻抑紅系譜系內的Bcl11A基因，但在B細胞譜系內則不能，因而認證了HSPCs細胞內的非同源性末端連接介導的基因組編輯所導致的這種元件失活是一種治療學戰略。

使用NHEJ介導的基因組編輯的一種不同戰略正在得到研發，來治療杜興氏肌營養不良，這是一種由肌營養不良基因內突變導致的單基因疾病。這種在體戰略內，一種單個核酸酶可以被輸送進入肌纖維，來治療插入/缺失，抵消原初性移框突變，從而可以逆轉病理性讀框突變?；蛘呖梢詫⒁粚怂崦篙斔瓦M入肌纖維，以便刪除一套外顯子從而刪除病理性突變，將杜興氏肌營養不良轉換為較不嚴重的貝克氏肌營養不良。對于這兩種戰略來說，概念認證研究都已經得到了發表，但是挑戰依舊，那就是達到了肌纖維的一部分，包括心臟和隔膜組織的理想編輯效果，其大小程度足以改變疾病特異性的臨床期間。另外，作為一種普遍原理，任何一種可以通過RNA干擾（RNAi）介導的某種基因敲除而治療的疾病都可以更加確定性地被基因組編輯治療。編輯可以導致該基因的永久性敲除，因此將不需要敲除性RNA干擾劑的重復（給藥）劑量。

對于傳染性疾病來說，從體外導入到體內的NHEJ介導的基因組編輯已經達到了臨床II期臨床試驗，這是一種產生對HIV病毒感染具有耐受性的T細胞群體的方法。這些研究是基于這樣的發現：CCR5基因內出現雙等位基因突變的人體對HIV病毒感染產生了接近完全的耐受性，而且，使用干細胞內包含CCR5基因內雙等位基因突變的供體所進行的同種異體造血干細胞移植，治愈了一位HIV病人。Sangamo生物科學公司和他們的合作者們已經工程化構建了ZFNs來靶擊CCR5基因，然后使用這些ZFNs來突變衍生自已經感染了HIV病毒的病人體內的原初T細胞內的CCR5基因。在I期臨床試驗中，他們證明了這種方法既是可行的也是安全的，Ⅱ期試驗正在進行中。

基于NHEJ的在體基因組編輯方法在傳染性疾病中得到了研發。在多項概念認證研究中，已經工程化構建了核酸酶來識別多種病毒基因組（包括HIV病毒和乙肝病毒的基因組）的關鍵部件，以便構建可以用來滅活該病毒的突變。這些研究已經證明：這樣的核酸酶可以得到工程化構建，它們可以改變離體模式生物體內的病毒動力學，但是真實的挑戰仍然存在，那就是如何在一種在體條件下運用這種戰略，這種條件要求必須達到向所有感染細胞的輸送，這種方式并不要求核酸酶的結構性表達。

最后，NHEJ介導的基因組編輯已經被用于概念認證研究中，以作為治療高膽固醇的潛在方法。PCSK9基因是一種膽固醇的調節物，那些PCSK9基因內有罕見純合性缺乏的病人只是擁有極低的膽固醇水平，在其他方面則是健康的。在體核酸酶介導的基因組編輯已經被用來使肝內PCSK9基因發生突變，結果導致膽固醇水平的下降。盡管這些實驗具有多方面的困難，它們實實在在地證明了，原理上在體編輯是如何用來治療多因子性疾病的，這些疾病的病程可以使用基因組編輯進行調整，以構建一種臨床有用性的基因型。

同源重組介導治療學

對特定疾病的病理生理學進行深入認識可以證明，NHEJ介導的基因組編輯是如何成為這些疾病的治療方法的。但是，總體上來說，在體外導入體內和在體兩種途徑上都具備了同源重組介導的基因組編輯能力后，有潛能影響更多疾病。

使用同種異體造血干細胞移植方法可以治愈多種與人類造血干/祖細胞相關的遺傳性疾病，如鐮刀細胞性疾病、β地中海貧血、重癥聯合性免疫缺陷和慢性肉芽腫疾病。在這些類型疾病的同種異體造血干細胞移植應用中，造血系統可以用包含該基因的至少一種野生型版本的細胞來替代，因此一些此類方法已經被稱為“同種異體基因療法”。由于HR介導的基因組編輯方法的使用，可以用遺傳學糾正的自體細胞來替代遺傳學糾正的同種異體干細胞。要做到此，既可以直接糾正缺陷基因，也可以使用同源重組介導的基因組編輯來將治療性轉基因靶向到一種“安全的避難所”，在這種基因組位點上，轉基因可以在需要的水平上表達、并且不會導致被修飾細胞的功能紊亂或轉化。用同源重組進行的基因糾正有一個潛在的問題，那就是除鐮刀細胞性疾病外的許多遺傳性疾病可以由遍布該基因的突變引發。在可能考慮為單個突變設計核酸酶的工具中，工程化核酸酶工具箱可用。一種替代的方法是設計供體載體，在這種情況下，在同源重組之后，整合性轉基因可以功能性地糾正所有的 （或者大多數）致病性突變。使用這種戰略，一種單個的組合試劑可以研發來治療所有的遺傳病個體，這種戰略可以顯著簡化研發和管理過程。

對于在體同源重組基因組編輯來說，概念認證研究已經得到了描述：不僅致病的突變本基因可以得到直接的糾正，而且可以將某種轉基因整合進入一個特定的位點，使之可以在足以解救致病缺陷的水平上得到表達。在直接基因糾正戰略中，核酸酶和供體載體被輸送到了延胡索酰乙酰乙酸酶（FAH）缺陷小鼠體內。正常說來，FAH缺陷導致了肝細胞死亡，但是，在基因組編輯機制得到輸送后，小量的肝細胞得到了糾正。這些被糾正了的肝細胞在其他存活肝內再次生長繁殖，從而解救了小鼠不出現肝衰竭。在這些實驗中，被糾正的細胞相對于未糾正的細胞來說有一種巨大的選擇優勢，這種選擇優勢的原理是一種被基因治療學術界常規使用的原理。在轉基因靶擊戰略中，核酸酶被用來刺激某種治療性轉基因（IX因子或溶酶體貯存酶類）的靶向性導入進入某個基因座，可以驅動肝細胞的高水平表達。在這種方法中，小量的被修飾肝細胞能夠在一種系統化水平上解救致病性遺傳學缺陷。

從體外導入到體內的同源重組基因組編輯正在研發以作為治療HIV病毒耐性的免疫系統的一種方法。HIV病毒的特性是它的突變和逃避任何抑制的能力，因此，簡單突變CCR5共同受體將不足以給予HIV病毒的細胞耐性。而且，許多HIV病毒感染病人已經構建了HIV變異型，通過CXCR4共同受體進入細胞，因此可能逃避任何只靶向CCR5基因的方法；但是，通過使用同源重組介導的編輯，可以在插入一個抗HIV病毒基因盒的同時滅活CCR5基因，因此構建起針對HIV病毒生命周期的多個遺傳學阻抑物，并且抑制了通過CXCR4共同受體進入的變異型。

最后，從體外導入到體內的同源重組介導的基因組編輯已經在概念認證實驗中得到了證明，是某種獲得性疾病的治療學方法。在這些實驗中，通過同源重組工程化構建了成纖維細胞來分泌某種創傷愈合生長因子。當這些工程化成纖維細胞被植入到小鼠創口時，它們通過刺激血管形成而加速了創口的愈合。從原理上來說，這證明了通過工程化構建，使得細胞分泌出可以解救非遺傳性疾病的治療用蛋白，可用于人體的創口愈合。但是人們還是可能推測，例如，某種類似的方法可以用來工程化細胞構建，不論是體外導入到體內還是在體，都可以分泌神經保護因子來減緩或中止神經退行性病變或者促進創傷后的神經形成或神經再生。

安全性與毒理學

與其他永久改變細胞基因組的方法相比，基因組編輯的巨大潛在優勢之一是其過程的特異性。而且，通過某種位點特異性工程化核酸酶而導入某種雙鏈折斷（DSB）是基因編輯的關鍵問題，雙鏈折斷可以產生基因組學不穩定性，包括染色體易位、染色體丟失和非整倍性。因此，核酸酶介導的基因組編輯臨床研發的一個關鍵問題是，建立一系列試驗來評估該過程的潛在安全性。這個領域還很年輕，沒有任何單個的或成套的試驗已經被認證了可以建立起對人體來說將是安全的編輯過程。相反，安全性和毒理學分析的評估是根據以下原理進行的：一是使脫靶雙鏈折斷及其可能產生的插入/缺失最小化或得到消除；二是使用最佳可得模型來評估被編輯細胞的功能性行為；三是將基因組編輯過程放入到每個人體內連續不斷地發生的天然基因組學不穩定性的背景中去。這些基礎性的標準適用于任何被使用的核酸酶平臺，因為每個平臺都是通過某種雙鏈折斷的構建來運作的。

評估某種核酸酶的特異性既有偏倚性方法也有非偏倚性方法。生物信息學工具的基本原理是搜索與靶位點相似序列的位點，這有助于預測哪些脫靶位點應該得到檢查。一旦一套位點得到了鑒定，就可以應用深度測序來審查那些位點，以便確定在那些位點上是否存在核酸酶產生的插入/缺失?；谏疃葴y序方法學目前的錯誤率，某種給定位點的檢測限度是0.01%左右。而且，生物信息學算法仍然處于它們的早期研發階段，還不能可靠地鑒定所有潛在的脫靶位點。為了使用生物信息學來對偏倚性方法進行補充，人們新研發了非偏倚性工具，包括折斷指導性測序、HTGTS、BLESS和Digenome-seq方法。其他試驗使用染色體外DNA，包括腺相關病毒、裸露DNA質粒和整合缺陷性輪狀病毒載體來捕捉折斷，有助于評估某種核酸酶的特異性。這些工具擁有特定的效力，因為它們還可以鑒定規模性染色體重排（如易位），后者使用偏倚性方法是不能得到鑒定的。由于染色體易位將是一種罕見但是不可避免的誘導性雙鏈折斷的結果，它的嚴謹操作可以避免靶向那些在治療性基因組編輯研發階段癌癥關聯性染色體易位所涉及的基因。

這些無偏倚方法的挑戰是，它們已經在特異性癌癥細胞株內得到了研發，這些細胞株并沒有完整的DNA修復通路，它們需要適應于擁有完整DNA修復通路的原初臨床相關性細胞類型。而且，這些工具還提供了對優化某種核酸酶的特異性有用的信息。例如，如果這些試驗揭示了核酸酶擁有多個脫靶位點，則它們提示核酸酶應該得到再設計，以更加具有特異性。對于鋅指核酸酶來說，這可能需要使用核酸酶結構域中強迫性異二聚體結構，或者探索氨基酸內的特異性改變，來調整對靶序列的識別。對于TAL效應物核酸酶來說，這可能需要使用核酸酶結構域中強迫性異二聚體結構，或者使用TAL效應物識別結構域內的替代性重復可變性雙殘基（RVDs）。對于CRISPR/Cas9核酸酶來說，改善設計可能需要檢驗某種不同的指導序列，或者使用某種截斷頂端的指導序列或配對切割酶方法。對于所有這些平臺來說，可以通過限制核酸酶表達期間來增加特異性，這種期間是減少核酸酶暴露的AUC值（曲線下面積）的藥理學等價物。

對于直接鑒定核酸酶的潛在脫靶位點的意圖來說，一種補充方法是通過更為經典的功能性藥理學－毒理學方法來評估基因組編輯過程。這種戰略評估的是，基因組編輯過程是否會構建出不能執行它們正常功能（例如造血干細胞重構多譜系血細胞生成的能力）并轉化成為癌細胞的細胞，或者是否會導致群體變得克隆斜交（一種可能的預兆，細胞的構建可能在某種時間框架后得到轉化，不僅僅可以用目前的試驗來測度）。

偏倚性、非偏倚性和功能性方法需要在受研的治療性細胞類型內得到執行，使用的是規劃好的臨床級別基因組編輯過程，因為在其他細胞類型內的評估，尤其是已經轉化了的癌癥細胞株的評估，可能是不相關的。

應該記住的一個重要原理是分裂中的細胞正在形成持續性的基因組學挑戰（激發）。據估計，每次當細胞分裂的時候，它必須修復 20~40個DNA雙鏈折斷，不用考慮數百萬個其他類型的DNA病灶。這種天然基因組學挑戰的結果是一個正常分裂干細胞在每次細胞分裂中獲得了接近3~30個突變。據估計在每個個體內每秒發生了一百萬個突變。有人已經提出，通過病人衍生的誘導多潛能細胞的基因組編輯而進行的基因糾正，然后進行全基因組測序來確定是否已經發生了有害突變，可能是一種更為安全的方法。從體外到體內擴展所導致的突變負荷，從單個細胞到治療相關性細胞數目（對于造血系統疾病來說，根據病人細胞大小的不同，介于50~800百萬個細胞的數量級），相對于只修飾巨大數量的體細胞而不能對任何一個細胞的基因組進行測序，可能更具致癌性。

胚系基因組編輯的挑戰

強勁的基因組編輯工具箱的研發，并用來通過受精卵注射構建多種多樣的遺傳修飾物種，已經提高了這樣的可能性：一些人可能使用人體受精卵內的基因組編輯來構建人體。這種可能性得到了一些中國研究人員工作的彰顯，他們在三原核人體受精卵內使用了這種方法，這類人體受精卵從遺傳學上來說不能在人體內得到研發，但是在概念上接近于與二倍體受精卵相一致。三原核受精卵注射實驗提示了這種過程的低效率和不可預測性，這些發現得到了使用健康二倍體受精卵的動物實驗的預測。這些結果清楚地證明，如同受精卵注射之類的基因組編輯技術應用，盡管從倫理學判決上來說是可允許的或令人滿意的，還不足以進入人體應用。而且，這些特異性實驗和總體概念已經產生了大量的專業或非專業的文獻報道。在發展方向上來說仍有許多問題需要加以確定，但是就前沿研究工作來說，我希望提出自己的幾項原則：首先，倫理學問題不應該阻礙基因組編輯工具在研究中的運用，這種運用為胚系細胞、胚系細胞研發和早期胚胎發育提供了更好的認識。其次，應該聽取來自不同領域的科學領軍人物的討論，還要考慮來自不同的利益相關者的意見，尤其包括那些發生了多個世代的致命性遺傳病家系的意見。第三，目前還沒有單個的倫理學觀點形成優勢觀點，理想的結果是，新的認識和觀點可以整合進入一種持續、反復的過程，而不僅僅是形成一種在單個時間點上的清晰分辨率。最后，使用基因組編輯的問題可能導致特異性基因型傳播到未來世代，需要放在這些動態的背景下加以考慮，它們已經發生，同樣也影響到了未來世代的基因型結構。兩項這樣的例子是選擇性受精卵植入中的植入前遺傳學診斷和治愈或幫助遺傳疾病病人 （一種明確的好事），使得他們不將他們的致病突變遺傳給他們的兒孫們。

基因組編輯的精準性和糾正DNA序列內致病性基因組信息錯誤的能力，已經使得這個領域在概念上吸引了人們的關注和興趣。人們激動地預測，在接下來的十年中，將會有數十項（或許還不止）基因組編輯臨床試驗得到來自學術界、生物科技創新公司和藥企的研發。但是，還有一些重大問題未能得到解決。包括建立適合于基本技術的管理框架；建立安全有效的機理；建立靈活的、適應性強的管理框架。這些框架需要考慮受到這個問題影響的多種多樣利益相關者的訴求，還必須尊重目前不同的發展理念和發展文化。

［資料來源：Genome Biology］［責任編輯：彥 隱］