为了更好地从遗传学的角度去理解和评论贺建奎这次用CRISPR-Cas9 编辑人的CCR5 基因而产生的“抗艾滋病婴儿”一事,我们先看看HIV 是怎么感染人的。
HIV有两种:HIV-1 和HIV-2. HIV-2的感染性和致病性均较低,且基本局限在西部非洲。在全球范围都有感染真正对人类健康有威胁的是HIV-1. HIV-1 感染发生时,通过它的表面外壳蛋白与辅助 T细胞 (helper T cell, CD4+) 上的CD4受体结合,然后它还要和一个co-receptor结合才能把它的RNA输入辅助T细胞。co-receptor 有两个:一个是CCR5, 另一个是CXCR4. 根据感染时需要结合的co-receptor不同,HIV-1 病毒可分为三型: R5 (只结合CCR5), X4 (只结合CXCR4) 和R5X4 (既可结合CCR5 又可结合CXCR4). R5的病毒在无症状的感染者中比例较高,可达80%, 提示CCR5可能是HIV感染的主要co-receptor. 但到感染的中后期,或已用药治疗的病人中, X4和CXCR4 的比例也可能高达一半以上。尽管如此,CCR5看来是HIV-1感染的主要co-receptor. 贺建奎想打掉的就是这个CCR5 基因,以阻滞R5型HIV-1病毒的感染。CCR5是一个具有352氨基酸的蛋白质。在欧洲人群中,有一部分人带有CCR5基因中32碱基的缺失,到致只能编码CCR5的184个氨基酸,其他的部分缺失掉了,所以就不能再结合R5的HIV-1了。这个CCR5杂合缺失突变的频率在欧洲人群的中为10%. 也就是说,纯合子的频率为百分之一,即一百个欧洲人中,有一个人为天然的CCR5的knockout. 这些人似乎并没有什么明显的健康问题,但对R5 的HIV-1有天然的抗性。在东亚人群中 (中国,朝鲜和日本人),CCR5-缺32的突变频率为万分之一,纯合子应为一亿分之一, 也就是说,对R5 HIV-1有天然抗性的中国人可能有10来个人。据贺说他用的是CRISPR-CAS9, 不知道是用的SpCas9还是SaCas9. 但大同小异。SpCas9的脱靶率可能会更高一些, 但应用上更成熟一些。我估计他是用的SpCas9. CCR5旦白质只由单个外显子编码, 所以不存在 nonsense-mediated mRNA decay, 也就是说,即使打靶而到致CCR5翻译提前终止,CCR5旦白质N-端位于终止密码前的那180多个氨基酸还是会翻译出来的,但不会结合R5的病毒了。贺说露露是15个碱基插入,也就是说加5个氨基酸, 不知是纯合还是杂合。这个不知道会否影响CCR5的功能,能否提供抗性。娜娜是+4,-1, 这两个突变都会导致蛋白质翻译时移码, 效果类似欧洲人中缺32个碱基的无功能的蛋白质。
Stephen 等人发现libert等人调查了18个不同的欧洲人种中CCR5的多态性,他们发现有CCR5等位基因突变的概率很小,所以大多突变是属于单个突变事件,他们认为CCR5缺32碱基的突变大约在700年前,估计范围在275到1875年之间。而在高加索人群中该基因的突变率之高,不能用单个突变事件随机遗传来解释,因而他们认为该基因在高加索地区的高突变率与历史事件(艾滋病的广泛流行)有关,艾滋病最早出现在1920年代的非洲金沙萨。这个基因的突变还与1型糖尿病,HCV感染,西尼罗河病毒感染的表型有关,除了该基因突变与西尼罗河病毒感染阳性率有关外,其他好像都是具有好的作用,比如32号碱基突变会降低1型糖尿病的发病风险,Hall等人发现该突变会降低个体患哮喘的风险,Duncan等人的群体遗传模型发现,每年广泛流行鼠疫(流行性出血热)时,该32号碱基的突变频率均会上升。CCR5 这一趋化因子受体的基因功能,好像仅在面对炎症时具有免疫细胞募集作用,针对分枝杆菌感染也有一定作用。我们国内传染性疾病,结核是非常重要不可忽视的一部分,而国外由于环境原因,目前却几乎很少有结核病了。这也是贺建奎之所以敢如此大胆实践的原因之一。
如何评价这一工作呢?我个人是这样看的,供参考。
1. 贺超越伦理底线,他的行为极其不负责任。
生殖细胞的基因组用CRISPR-CAS9来做编辑,技术上很容易。我们在老鼠上都做了10多个基因了,knockin 和 knockout都有。之所以其他科学家都不去动人类的生殖细胞,是因为大家都遵守一条伦理底线,那就是在没有确切把握之前,在其他手段没耗绝之前,在人类没有受到绝种威胁之前,….., 我们不修改可能影响我们子孙后代生存的基因组。因为我们现在对我们自己这个进化得几乎完美的系统了解得还太少了。我们可以在体细胞上做, 因为那只会影响单个个体 , 而不会遗害后代。如果他真是想解决艾滋病人的生小孩的问题,其实已有很切实可行的其他办法。所以他的帮助病人生正常孩子这一说法的借口其实并不存在。且打掉CCR5并不能提供全面的保护 (还有CXCR4)。CCR5编辑的一个立即要回答的问题是,有没有脱靶问题。尽管他说没有,但他做这事谁都不知道,结果又不公开,只发新闻报道,有违常理!即使没有脱靶,打掉CCR5基因对人类生存的长远影响并不确定。CCR5从鱼类到人都一直保留了下来,说明在这几亿年中,它对生物的生存一定起有重要的作用。据推测,欧洲人CCR5缺32碱基的突变大约发生在700—1000年前。随着近千年来人类生存环境的大幅改善,一些对人类生存有重大影响的致病因素,特别是感染性的病毒,细菌和真菌等可能暂时没那么容易大规模地感染到人类,但没准什么时候就有机会了呢!或变个花样来攻击人类了呢!如果我们丢掉了在进化过程中得来的最有效的武器,就有可能被一次或几次感染而wipe out了!这才是最让人类担心的问题。夏天时不能因为看着厚厚的棉袄没有用就把它扔了,不然寒冬来时就可能被冻翘翘了!
贺建奎信誓旦旦说会为两小孩负责,真有什么问题的话,他能负什么责?他负得了责吗?给人家几分钱就叫对人家负责?这是为一己私利而极端的不负责任!
2. 反例的正面效应。
贺本来期待通过这一捷径而赢得一片鲜花和掌声,没想到却招致全球一致谴责,这对他和旁观者有正面的警示作用,同时会促进法规的建设并加强监管,以期在相当长的一段时间内,下不为例!