什么是嵌合体?基因编辑技术的最大安全性问题

基因编辑技术有两个最大的安全性问题，脱靶效应和嵌合体。

什么是嵌合体呢？

有一个故事说，一对夫妻通过试管婴儿生了宝宝，却发现DNA检测孩子是叔叔的，但爸爸没有兄弟。为何有这样的怪事？

这样的故事是真实发生的，原来孩子的爸爸是“嵌合体”双胞胎，受精卵发育的过程中爸爸把兄弟给吞噬掉了，两个胚胎合成了一个。被吞噬的一方会发育成某一器官，这次事件中可能就是生殖器官。这个爸爸的精子DNA其实是那个被吞噬掉的兄弟的DNA。

嵌合体的英语为Chimera，“奇美拉”，是希腊神话中一种狮头、羊身、蛇尾的吐火怪物。在生物学上，主要指动物的两颗受精卵融合在一起，长成一个个体的现象。最常见的就是驴和马交配生出来的骡子。世界各地的网友都上传的“双面猫”，也是嵌合体。

奇美拉

双面猫

人类中也存在嵌合体实例，有研究显示，每8个出生的孩子中，就有1个最早是发育自双胞胎或多胞胎。但目前全球医学论文报告出来的人类“嵌合体”案例，只有大约100例。

人类中常见的主要是“微嵌合体”现象，比如一个人接受骨髓移植时可能发生，再比如孕妇的组织中也被发现存在胎儿细胞，这种现象几乎会发生或暂时性发生在所有怀孕女性身上。

对于首例基因编辑婴儿“露娜姐妹”来说，“嵌合体”的风险有多大，会造成什么后果？

中科院动物所基因工程技术研究组组长王皓毅在一篇访谈中把“嵌合体”作为技术难题排在了“脱靶”之前。

他表示：

首先是“嵌合”问题。采用目前的基因编辑工具，很可能不光在一细胞期起作用，还有可能在二细胞期、四细胞期等阶段发挥作用，那这样形成的婴儿就有可能存在基因型的“嵌合”。

正常人只拥有来自父本和母本的两种基因型，而“嵌合体”婴儿可能拥有三四种或更多种基因型。这会对两个孩子产生怎样的影响，是很难预测的。

“露娜姐妹”实验的始作俑者贺建奎去年2月在个人博客中两次提到了基因编辑技术的这两个安全性问题。他写道：“但是，目前用于人类生殖目的基因编辑尚未解决科学上的安全性问题，尤其是脱靶和嵌合体。在解决好以下的安全性问题之前，进行人类生殖目的的基因编辑是不负责任的。”

他随后指出有五个安全性问题尚未解决：动物模型和细胞系、脱靶、嵌合体、胚胎发育、多代效应。

当然他也认为脱靶和嵌合体是其中最大的问题。而他去年7月在一次演讲中态度转变，他在幻灯片中指出，脱靶效应可以通过谨慎地设计向导RNA来最小化；全基因组深度测序可以作为检测脱靶效应的有效工具；大多数被编辑的胚胎是嵌合体，可以通过选择更好的注射策略来改进。

关于脱靶，也就是“误伤”其他基因的问题，确实也有人为之辩护。在Science发表的关于贺建奎基因编辑婴儿的专访中，CRIPSR基因编辑先驱之一，哈佛大学教授，美国国家科学院院士，美国国家工程院院士George Church是这样为贺建奎辩护的：

“我不会说一定不会有脱靶的问题。但让我们做出指控前先做一些定量的分析。脱靶也许会被观测到，但未必是临床的。没有证据显示脱靶给动物或者细胞带来问题。我们一些猪有十几个CRISPR突变，有一种老鼠40多个CRISPR点经常脱靶。但我们还没有看到负面后果的证据。”

值得注意的是，贺建奎去年2月参加了由George Church等人组织的一次闭门研讨会，并在其中做了题为“人类胚胎基因编辑安全性”的报告。就是在会后，他在博客里谈到了基因编辑的安全性问题。

根据《自然》的报道，贺建奎在去年做演讲时，有组织者指出他从未提及任何准备做人体试验的内容。但贺建奎称自己和一些美国科学家讨论过人体实验，不过他没有给出姓名。这些美国科学家中是否包括George Church我们不得而知。

但即便在这篇罕见的为贺建奎辩护的业内大佬访谈中，也并没有谈到嵌合体的问题。而在贺建奎态度转变的演讲中，他也承认大多数被编辑的胚胎是嵌合体。

不过贺建奎也给出了解决办法，如何理解他说的可以用更好的注射策略来改进呢？

之前的研究中，先对卵子进行受精，再注射Cas9酶和向导RNA进行基因编辑，后期胚胎混杂了被修复和未经修复的细胞，即出现了嵌合体现象。有一些研究则声称，通过将CRISPR/Cas9注入减数分裂II期（metaphase II,MII）卵细胞，并几乎在同时使其受精，可以改善。

但我们也不难理解，安全风险是一回事，道德风险是另一回事。与脱靶这个相对安全性更大的问题相比，嵌合体的法律、伦理问题更大。

卫生部发布的《人类辅助生殖技术规范》中除了提到“禁止以生殖为目的对人类配子、合子和胚胎进行基因操作”，还提到“禁止开展人类嵌合体胚胎试验研究”。

也就是说，人类嵌合体胚胎连“试验研究”都是不被许可的。

此前，就有一些出发点很好的实验，就因为涉及人类嵌合体，引起了伦理道德争议。2017年1月，有研究团队在《Cell》杂志上发文称，将人类干细胞注入超过2000个猪胚胎中，并使这些胚胎在母猪体内生长4周，猪胚胎开始发育出含有人类细胞的器官。

往猪胚胎注射人干细胞

加州大学戴维斯分校猪场培育约克郡小猪，这是一种用于嵌合实验的品种

尽管这些人猪“嵌合体”在胚胎期就被销毁了，而且实验的出发点可以被善意理解，因为这项技术最终可用于培育供移植的人体器官，从而弥补移植器官供体的短缺，但这项实验还是饱受争议。当然这和“露娜姐妹”实验无关，不过这个实验同样采用了CRISPR基因编辑技术，两个实验的伦理问题拷问到了同一项技术。