基因編輯首次應用於人體胚胎基礎研究，或將開啟人類功能遺傳學新紀元

9 月 20 日，Nature 雜誌在線發表了來自英國弗朗西斯·克里克研究所的一篇論文。論文作者 Kathy K. Niakan 團隊通過基因編輯技術刪除了人類胚胎中的一個基因，並觀察到了隨之而來的胚胎髮育異常。

這是人類首次通過基因編輯技術研究人體胚胎髮育的基礎原理。之前對人體胚胎的基因編輯主要用來直接消除致病突變。

為了完成這項研究，科學家花費了漫長的過程。早在 2015 年，Niakan 就提交了基因編輯人體胚胎的申請。2016 年 1 月 14 日，英國人類受精與胚胎管理局批准她可以用 CRISPR 技術修改人類胚胎。這一決定當時在科學界受到普遍的歡迎。

在獲得了研究許可後，研究團隊從試管嬰兒診所那裡獲得了 58 個廢棄的受精卵。他們利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術，敲掉了受精卵中的 Oct4 基因，然後繼續培養一周，觀察胚胎髮育的情況。

圖丨研究人員用 CRISPR 技術干擾了人體胚胎中的一個蛋白質。在實驗中，他們用染料標記了這種蛋白質（紅色），確認它是否存在。（圖片來源：Niakan et al. DOI 10.1038/nature24033）

選擇 Oct4 可能因為後者是幹細胞維持自己潛力的重要基因。2006 年山中伸彌在製造誘導幹細胞的時候，Oct4 是他轉入細胞的四個基因之一。2012 年，山中伸彌憑藉此項發現獲得了諾貝爾獎。

研究結果表明，失去 Oct4 對胚胎髮育影響很大。沒有經過基因編輯的對照組胚胎有大約一半形成了正常的多層細胞結構（囊胚）。但是經過基因編輯的受精卵只有 19% 形成了同樣的結構。

這說明，CRISPR 在編輯人體胚胎細胞的時候，效率很高。這個結果非常重要，因為和動輒使用成百上千個胚胎的老鼠實驗相比，人類胚胎研究的實驗材料非常稀缺。這可以成為研究人類胚胎的有效工具。

在過去的一百多年裡，發育生物學家通過對果蠅、蟾蜍、斑馬魚和小鼠等生物的觀察和實驗來獲得動物胚胎髮育的信息。在人類胚胎上直接做研究會面臨一些倫理問題，同時實驗材料也非常稀缺（一般用於實驗的人類胚胎主要依靠試管嬰兒診所捐贈多餘不用的胚胎）。不過，動物和人類總是會存在區別。

圖丨向人類胚胎中注射編輯基因的分子。（圖片來源：Kathy Niakan/Nature）

最新的這篇 Nature 論文再次反映了這點。在小鼠胚胎中，缺少了 Oct4 基因的受精卵仍然會形成大部分胎盤。然而人類胚胎如果缺少了 Oct4，很早就會停止發育，既不會形成胎盤，也不會出現卵黃囊。論文作者 Niakan 表示，這點非常重要。因為目前可用於研究胎盤發育的模型太少。

在有效性經過驗證後，基因編輯將更加廣泛得被用在人體胚胎的發育研究中。Niakan 的團隊下一步準備進一步研究 Oct4 會和哪些基因相互作用，影響發育。其他一些研究團隊也準備開始相關的研究。密歇根州立大學的發育生物學家 Amy Ralston 評論說：「這是令人激動人心的第一步，這篇論文開啟了人類功能遺傳學的新紀元。」

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