基因編輯（Gene Editing）是指通過基因編輯技術(shù)對(duì)生物體基因組特定目標(biāo)進(jìn)行修飾的過程。高效而精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)基因插入、缺失或替換，從而改變其遺傳信息和表現(xiàn)型特征。

2024年7月8日，《人類基因組編輯研究倫理指引》發(fā)布。

簡(jiǎn)介

基因編輯（Gene Editing）是指通過基因編輯技術(shù)對(duì)生物體基因組特定目標(biāo)進(jìn)行修飾的過程。高效而精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)基因插入、缺失或替換，從而改變其遺傳信息和表現(xiàn)型特征。

基因編輯技術(shù)是一種革命性的生物技術(shù)，用于修改生物體的基因組。它基于多種工具，使科學(xué)家能夠針對(duì)特定的基因序列進(jìn)行精確的編輯和改變。

基因編輯過程：在基因組中特定位置產(chǎn)生位點(diǎn)特異性雙鏈斷裂（DSB），通過非同源末端連接（NHEJ）或同源重組（HR）來修復(fù)DSB，同時(shí)完成基因編輯。

基因編輯技術(shù)具有巨大的潛力，可以在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和其他領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。然而，這項(xiàng)技術(shù)需要仔細(xì)權(quán)衡倫理和安全，并加強(qiáng)監(jiān)管措施，以確保其安全性和可持續(xù)性。

技術(shù)原理

同源重組技術(shù)（homologous recombination，HR）是較早使用的基因編輯技術(shù)，其原理是將外源性目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，通過同源序列交換，使外源性DNA片段取代原位點(diǎn)上的基因，從而達(dá)到使特定基因失活或修復(fù)缺陷基因的目的。由于效率極低，且出錯(cuò)率高，因此其應(yīng)用受到了一定的限制。

20世紀(jì)80年代末、90年代初，人們發(fā)現(xiàn)通過在特定的基因組靶點(diǎn)誘導(dǎo)雙鏈斷裂(double-stranded break，DSB)能在染色體水平上實(shí)現(xiàn)高效和準(zhǔn)確的基因修飾。

DSB被誘導(dǎo)后，細(xì)胞內(nèi)將啟動(dòng)兩種主要的修復(fù)機(jī)制：非同源末端連接（nonhomologous end joining，NHEJ）和同源重組（homology directed repair，HDR）。NHEJ不依賴模板直接連接DNA兩端，可以在DSB位點(diǎn)有效產(chǎn)生不同長(zhǎng)度片段的插入或缺失，通常導(dǎo)致基因功能失活，快速但不精確；HDR依賴于模板進(jìn)行定向修復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)特定位點(diǎn)的精確插入、缺失或者堿基置換，更精確。

此后，科學(xué)家便專注于開發(fā)各種基于核酸內(nèi)切酶機(jī)制的基因編輯技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因組位點(diǎn)DSB的精確誘導(dǎo)。

技術(shù)鋅指核酸酶技術(shù)（ZFN）

技術(shù)鋅指核酸酶技術(shù)（ZFN）。

背景：1984年，科學(xué)家在非洲爪蟾的轉(zhuǎn)錄因子中發(fā)現(xiàn)鋅指蛋白，經(jīng)過人工改造并與核酸內(nèi)切酶連接，發(fā)展成鋅指核酸酶技術(shù)（Zinc Finger Nuclease, ZFN）。

結(jié)構(gòu)：鋅指核酸酶由兩個(gè)部分組成：鋅指蛋白（Zinc Finger Protein, ZFP）和Fok1核酸內(nèi)切酶。鋅指蛋白是由多個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，用于識(shí)別和結(jié)合特定的基因序列。Fok1核酸內(nèi)切酶具有特異性的切割能力，通過二聚化形成一個(gè)有效的切割復(fù)合物，可以切割真核基因組中的任何特定識(shí)別序列。鋅指蛋白中的DNA識(shí)別域由一系列Cys2-His2鋅指結(jié)構(gòu)組成（通常為3-4個(gè)），每個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)識(shí)別并結(jié)合特定的三個(gè)堿基。

工作原理：多個(gè)鋅指蛋白結(jié)構(gòu)串聯(lián)形成一個(gè)鋅指蛋白組，能夠識(shí)別特定的堿基序列，具有高度的特異性。非特異性核酸內(nèi)切酶來自Fok1，它位于C端，由96個(gè)氨基酸殘基組成切割域。Fok1是一種來自海床黃桿菌的限制性內(nèi)切酶，只有在二聚體狀態(tài)下才具有切割活性。每個(gè)Fok1單體與一個(gè)鋅指蛋白組相連形成一個(gè)ZFN，它們識(shí)別特定的位點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)之間的距離適當(dāng)（6-8個(gè)堿基）時(shí)，兩個(gè)ZFN單體相互作用形成切割功能，實(shí)現(xiàn)DNA的定點(diǎn)切割。

優(yōu)勢(shì)：能夠在指定的位點(diǎn)引發(fā)DNA雙鏈斷裂，促使細(xì)胞啟動(dòng)自然的DNA修復(fù)過程，包括同源重組和非同源末端連接，從而誘導(dǎo)位點(diǎn)特異性的基因重組。相對(duì)于傳統(tǒng)方法，鋅指核酸酶技術(shù)提高了基因組定點(diǎn)修飾的效率3-5個(gè)數(shù)量級(jí)，并有極高的特異性?？梢栽?-8周內(nèi)實(shí)現(xiàn)永久、可遺傳的基因刪除、插入和修飾。

局限性：（1）鋅指核酸酶存在上下文依賴效應(yīng)，即鋅指蛋白之間的相互作用可能影響對(duì)特定核苷酸序列的識(shí)別和結(jié)合。（2）在人類基因組中，每隔至少500個(gè)堿基才能結(jié)合一個(gè)ZFN靶點(diǎn)，由模塊組裝的ZFN不能直接切割染色體。

轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶技術(shù)

轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶技術(shù)（TALEN）。

背景：2007年，在植物黃單胞菌（Xanthomonas）中發(fā)現(xiàn)一種特殊的分泌蛋白質(zhì)，被稱為轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物（Transcription activator-Like effector, TALE）。這種蛋白質(zhì)具有結(jié)合植物宿主基因組并激活轉(zhuǎn)錄的能力。2009年，TALE與DNA結(jié)合的機(jī)制被闡明。2012年，轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物技術(shù)出現(xiàn)，逐漸取代了鋅指核酸酶技術(shù)。

結(jié)構(gòu)及工作原理：TALEN由兩個(gè)部分組成：特異性識(shí)別和結(jié)合DNA的區(qū)域，即TALE；與ZFN相同的IIＳ型Fok1核酸酶，通過二聚化作用使目標(biāo)DNA片段發(fā)生雙鏈斷裂。然后，利用細(xì)胞內(nèi)的修復(fù)機(jī)制修復(fù)損傷。

局限性：（1）最初TALEN蛋白只能識(shí)別“胸腺嘧啶”。（2）在TALEN上連接重組酶或位點(diǎn)特異性轉(zhuǎn)座酶，可自動(dòng)完成對(duì)基因組的切割和連接，可以在任何細(xì)胞中使用（即使在沒有NHEJ和HDR修復(fù)通路的細(xì)胞中），擴(kuò)大了TALEN的應(yīng)用范圍。然而，這些酶會(huì)產(chǎn)生較為明顯的脫靶效應(yīng)。

轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶工作原理圖：TALEN由N端轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)、Ｃ端核定位信號(hào)、轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和DNA特異性識(shí)別結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成。

成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列-相關(guān)核酸酶

成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列-相關(guān)核酸酶技術(shù)（CRISPR-Cas）。

背景：CRISPR-Cas系統(tǒng)（Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats-CRISPR associated protein）由兩部分構(gòu)成：，即成簇規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列（CRISPR）及相關(guān)蛋白（Cas）。CRISPR序列由高度保守的重復(fù)序列（repeat）和間隔序列（spacer）組成。其中，間隔序列來源于外源基因。CRISPR序列附近還有一些相關(guān)基因，編碼一系列Cas蛋白（核酸酶）。該系統(tǒng)最初是從細(xì)菌和古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的一種適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，可以抵御病毒和質(zhì)粒DNA的入侵。它的工作過程分為三個(gè)階段：（1）獲??；根據(jù)外源基因的原間隔序列臨近基序（protospacer adjacent motifs，PAM）確定原間隔序列，Cas蛋白將其切割，整合到CRISPR序列中。（2）表達(dá)：間隔序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、加工成為成熟的crRNA，識(shí)別外源基因。（3）干擾：crRNA與特異性Cas蛋白形成核糖核蛋白復(fù)合物，特異性切割外源基因。

結(jié)構(gòu)及工作原理：CRISPR-Cas9包含兩種重要組分：行使核酸內(nèi)切酶功能的Cas9蛋白；具有導(dǎo)向功能的sgRNA（由tracrRNA和crRNA連接而成）。Cas9由1409個(gè)氨基酸組成，包含兩個(gè)關(guān)鍵的核酸酶結(jié)構(gòu)域（RuvC和HNH）。HNH結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)切割與其互補(bǔ)的DNA單鏈，切割位點(diǎn)位于PAM（protospacer adjacent motifs）序列上游3個(gè)核苷酸處。RuvC結(jié)構(gòu)域則負(fù)責(zé)切割另一條DNA鏈，切割位點(diǎn)位于PAM序列上游3-8個(gè)核苷酸處。

局限性：（1）對(duì)PAM序列的依賴性和脫靶效應(yīng)。（2）存在嵌合體現(xiàn)象。

技術(shù)應(yīng)用

遺傳疾病治療

基因編輯可以用于修復(fù)或糾正導(dǎo)致遺傳疾病的突變基因。例如，可以使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)來修復(fù)單基因疾?。ㄈ缒倚岳w維化、遺傳性失聰?shù)龋┲械耐蛔兓颍謴?fù)其正常功能。

癌癥治療

基因編輯可用于研究和治療癌癥。例如，科學(xué)家可以利用基因編輯技術(shù)來研究腫瘤抑制基因和腫瘤促進(jìn)基因，以了解其對(duì)癌癥發(fā)展的影響，并開發(fā)新的治療方法。

農(nóng)作物改良

基因編輯可以用于改良農(nóng)作物，提高其產(chǎn)量、耐病性和適應(yīng)性。通過編輯農(nóng)作物基因組中的關(guān)鍵基因，可以使其具備更好的抗蟲性、耐旱性、耐鹽性等特性。

遺傳調(diào)控研究

基因編輯可用于研究基因在生物體發(fā)育和功能中的作用。通過刪除、插入或改變特定基因的序列，科學(xué)家可以研究基因?qū)€(gè)體發(fā)育、生理過程和疾病發(fā)展的影響。

生物學(xué)研究工具：基因編輯技術(shù)提供了研究生物學(xué)基本原理的有力工具。通過編輯模型生物（如小鼠、果蠅、線蟲等）的基因，科學(xué)家可以研究基因功能、信號(hào)傳導(dǎo)途徑和疾病機(jī)制等。

生物能源生產(chǎn)

基因編輯可以用于改良微生物，使其能夠更有效地產(chǎn)生生物燃料或其他有用的化合物。

技術(shù)突破

2016年，研發(fā)的堿基編輯器base editor（BE）是一種可以在不產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂的情況下實(shí)現(xiàn)單堿基水平堿基替換的工具，其在基礎(chǔ)研究和基因治療領(lǐng)域顯示出了極大的潛力。堿基編輯器主要有3種類型：胞嘧啶堿基編輯器 cytosine base editor（CBE）、腺嘌呤堿基編輯器adenine base editor（ABE）和糖基化酶堿基編輯器glycosylase base editor（GBE），它們?cè)诓恍枰狣NA雙鏈斷裂和編輯模板的情況下可分別實(shí)現(xiàn)C-to-T，A-to-G和C-to-G的堿基編輯。

2019年，據(jù)英國(guó)《自然》雜志21日發(fā)表的一項(xiàng)研究，美國(guó)博德研究所核心成員、華人生物學(xué)家劉如謙及其同事，提出一項(xiàng)新型編輯技術(shù)——“先導(dǎo)編輯Prime Editor（PE）”，支持靶向點(diǎn)突變、精準(zhǔn)插入、精準(zhǔn)刪除及其各種組合，而不造成DNA雙鏈斷裂。報(bào)告稱，這項(xiàng)技術(shù)比傳統(tǒng)Cas9編輯技術(shù)效率更高，副產(chǎn)物更少，脫靶率更低。

2021年，美國(guó)博德研究所的研究人員開發(fā)了一種新版本的先導(dǎo)編輯：雙先導(dǎo)編輯（twin prime editing, twinPE），它可以整入或置換出基因大小的DNA序列。

2022年，中國(guó)科學(xué)院賴良學(xué)課題組將腺嘌呤堿基編輯器（ABE）和糖苷酶堿基編輯器（CGBE）結(jié)合，開發(fā)出新型的雙堿基編輯器——AGBE。它可以利用單個(gè)向?qū)NA（sgRNA）誘導(dǎo)同一等位基因的靶序列單獨(dú)或同時(shí)發(fā)生包括A-to-G、C-to-G、C-to-T和C-to-A等4種不同類型的堿基轉(zhuǎn)換。

2025年，有研究團(tuán)隊(duì)在開發(fā)出了一種個(gè)體化CRISPR基因編輯療法，并成功應(yīng)用于一名患有罕見遺傳病的嬰兒患者。這一事件標(biāo)志著人類首次真正實(shí)現(xiàn)了為單個(gè)病患量身定制的基因編輯治療。

未來發(fā)展

未來的優(yōu)化方向：提高編輯效率、降低脫靶風(fēng)險(xiǎn)（增強(qiáng)靶向性/特異性）、降低對(duì)細(xì)胞的擾動(dòng)、優(yōu)化遞送方式（提高治療效率）。

風(fēng)險(xiǎn)和爭(zhēng)議

（1）在技術(shù)層面，基因編輯技術(shù)的倫理問題在于技術(shù)上尚不完善，可能導(dǎo)致應(yīng)用過程中的諸多不確定性。

①準(zhǔn)確率不足導(dǎo)致的“脫靶效應(yīng)”

脫靶效應(yīng)是指，基因編輯工具在編輯目標(biāo)基因時(shí)，無法精確到只和靶序列結(jié)合，切割操作并不精準(zhǔn)，依靠外源DNA做同源修復(fù)效率低，可能會(huì)誤切或者誤編輯到非目標(biāo)區(qū)域，從而導(dǎo)致非預(yù)期的基因編輯。

②編輯效率低下產(chǎn)生的“嵌合效應(yīng)”

由于胚胎細(xì)胞的特殊性質(zhì)，基因編輯技術(shù)在編輯人類胚胎時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致未完全編輯細(xì)胞的“嵌合效應(yīng)”。嵌合體：不同遺傳性狀嵌合或混雜表現(xiàn)的個(gè)體，亦指染色體異常類型之一。

③CRISPR/Cas9系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)導(dǎo)致的“免疫效應(yīng)”

④編輯特定功能性基因?qū)е碌牟豢深A(yù)知的“副作用”

（2）在社會(huì)層面，基因編輯技術(shù)可能會(huì)對(duì)社會(huì)公平與正義產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致社會(huì)發(fā)展倫理問題的出現(xiàn)。例如，基因編輯手段可能加劇社會(huì)中存在的偏見和狹隘，加劇家庭觀念及共同利益的沖擊，動(dòng)搖技術(shù)的平等獲取和社會(huì)正義。

（3）在生態(tài)層面，基因編輯技術(shù)可以改變物種的基因庫(kù)，帶來不可控的風(fēng)險(xiǎn)后果。例如，基因編輯所帶來的“多代效應(yīng)”后果難以評(píng)估，可能會(huì)人為增加人類出現(xiàn)遺傳問題的風(fēng)險(xiǎn)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，損害整體的自然生態(tài)，人為定向基因選擇可能會(huì)導(dǎo)致基因的多樣性消失；基因編輯食品所涉及的食品安全和監(jiān)管，以及間接引發(fā)的法律規(guī)制等問題。

典型事件

2018年11月26日，南方科技大學(xué)副教授賀建奎在香港舉行的國(guó)際基因組編輯峰會(huì)上宣布，他已經(jīng)使用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，成功地將一對(duì)名為“露露”和“娜娜”雙胞胎女嬰的CCR5基因進(jìn)行了改造，于中國(guó)誕使其具有抗HIV的能力。第一對(duì)基因編輯嬰兒在中國(guó)誕生，這一事件引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注和爭(zhēng)議。

2022年10月，一位名叫Terry Horgan的27歲杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（duchenne muscular dystrophy，DMD）患者在接受腺相關(guān)病毒（AAV9）載體遞送的CRISPR基因編輯治療后不幸去世。雖然目前尚不清楚Terry Horgan去世的真正原因，以及是否與CRISPR有關(guān)，但它的去世無疑引發(fā)了人們對(duì)CRISPR基因編輯療法前景的擔(dān)憂和質(zhì)疑。

2025年1月8日，來自巴基斯坦的4歲女孩艾莎（化名）患有重型地中海貧血癥飛抵上海求醫(yī)，國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心、復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院血液科翟曉文教授團(tuán)隊(duì)采用中國(guó)原創(chuàng)基因編輯技術(shù)為其進(jìn)行治療，歷經(jīng)4個(gè)多月，已經(jīng)擺脫輸血依賴并回歸到正常生活中，成為首位受益于該中國(guó)技術(shù)的外籍兒童患者。

法律規(guī)定

2020年12月26日，第十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十四次會(huì)議通過《中華人民共和國(guó)刑法修正案（十一）》，在刑法第三百三十六條后增加一條，作為第三百三十六條之一：“將基因編輯、克隆的人類胚胎植入人體或者動(dòng)物體內(nèi)，或者將基因編輯、克隆的動(dòng)物胚胎植入人體內(nèi)，情節(jié)嚴(yán)重的，處三年以下有期徒刑或者拘役，并處罰金；情節(jié)特別嚴(yán)重的，處三年以上七年以下有期徒刑，并處罰金”。

2021年2月22日，最高人民法院審判委員會(huì)第1832次會(huì)議、2021年2月26日最高人民檢察院第十三屆檢察委員會(huì)第六十三次會(huì)議通過的《最高人民法院最高人民檢察院關(guān)于執(zhí)行，<中華人民共和國(guó)刑法>確定罪名的補(bǔ)充規(guī)定（七）》規(guī)定了非法植入基因編輯、克隆胚胎罪罪名。

2021年7月12日，世界衛(wèi)生組織發(fā)布兩份互相關(guān)聯(lián)的報(bào)告《人類基因編輯管治框架》與《人類基因編輯建議》，就如何在全球范圍內(nèi)使人類基因編輯技術(shù)成為促進(jìn)公共健康的工具提出了首份建議，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)安全、有效及合乎道德。報(bào)告在九大不同領(lǐng)域分別對(duì)人類基因編輯的管理和監(jiān)督提出了建議，包括人類基因編輯登記注冊(cè)；國(guó)際研究以及出于醫(yī)療目的的跨國(guó)旅行；非法、未注冊(cè)、不道德和不安全的研究；知識(shí)產(chǎn)權(quán)；以及教育、參與和賦權(quán)等。

相關(guān)文件

2024年7月8日，為規(guī)范人類基因組編輯研究行為，促進(jìn)人類基因組編輯研究健康發(fā)展，國(guó)家科技倫理委員會(huì)醫(yī)學(xué)倫理分委員會(huì)研究編制了《人類基因組編輯研究倫理指引》，供相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和科研人員參考使用。