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科学与伦理丨人类基因组编辑的应用

已有 2312 次阅读 2019-3-6 11:44 |系统分类:科研笔记

基因组编辑(Genome editing)是一种功能强大的新工具,可对基因组(机体的一套完整的遗传材料)进行精确的添加、删除和改变。该新方法涉及大范围核酸酶的应用、锌指核酸酶、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)和最新的 CRISPR/Cas9 系统,与过去的策略相比,这是一种更加精确、高效、灵活且廉价的基因组编辑方法。伴随这种技术进步,无论是进行基础研究,还是通过治疗或预防疾病和失能来促进人类健康,人们对基因组编辑的应用潜力表现出日益高涨的兴趣。后者的应用潜力更为广泛,其中包括通过编辑体细胞使病变器官恢复正常功能,或是通过编辑人类生殖细胞预防新生儿及其后代的遗传疾病。

 

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人类基因组编辑的应用



基因组编辑已被广泛应用于实验室的基础科学研究中,目前主要用于涉及体细胞(非生殖细胞)的临床应用的初期开发阶段;未来可能适用于涉及生殖细胞(产生可遗传变化)的临床应用。

 


基础科学实验室研究


 

涉及人体细胞和组织的基因组编辑的基础实验室研究对于促进生物医学的发展发挥着至关重要的作用。利用体细胞进行基因组编辑研究将加深人们对控制疾病发生和进展的分子过程的认识,从而为受影响人群制订更加有效的干预措施。

 

涉及生殖细胞基因组编辑的实验室研究有助于人们了解人类的发育和生育问题,从而为再生医学和生育治疗等领域的发展提供支持。

 

关于涉及基因组编辑的基础科学研究,其面临的伦理问题与涉及人体细胞或组织的任何基础研究相同,且此类问题已经通过广泛的基础监管措施得到解决。当前系统的局限性(特别是该系统如何解决配子、胚胎和胚胎组织的使用问题)无疑将经历一场持久辩论,但此类法规的有效期已经证明其足以对基础科学研究实施有效的监督。在允许进行此类研究的司法管辖区内,涉及人类配子和胚胎的研究可能需要考虑特殊因素;在此情况下,管理此类工作的现行法规同样适用于基因组编辑研究。总体而言,人类基因组编辑领域的基础实验室研究已经可根据地方、州和联邦层面现行的伦理规范和监管框架进行管理。

 


有关治疗或预防疾病和失能的体细胞编辑临床应用



最近获批的一项临床试验正是应用基因组编辑改变体细胞以治疗或预防疾病的标准范例,该试验涉及对化疗和放疗等常规治疗已无反应的癌症晚期患者。在这项研究中,基因组编辑用于编辑癌症患者的免疫细胞。

 

体细胞是指存在于人体组织中的所有细胞,不包括精子和卵细胞及其前体细胞。这意味着体细胞基因组编辑产生的影响仅限于接受治疗的个体,不会遗传给患者的后代。让体细胞发生基因改变的想法被称为“基因疗法”——这已不属于新兴概念,针对体细胞的基因组编辑应用也是如此。基因疗法一直以来都受到伦理规范的制约,并且已经接受了一段时间的管理和监督,这种经验为针对体细胞基因组编辑建立类似的规范和监管机制提供了指导。

 

体细胞基因组编辑疗法可以通过多种方式运用于临床实践中。部分应用情形可能涉及从患者体内取出相关细胞(如血液或骨髓细胞),使基因发生特定改变之后,再将这些细胞送回到该患者体内。由于细胞编辑将在体外(ex vivo)进行,因此可在为患者替换细胞之前验证其是否已成功进行编辑。部分体细胞基因组编辑也可直接在体内(in vivo)完成,具体方法是将基因组编辑工具注入血液或靶器官。然而,体内基因组编辑的有效输送仍然面临着若干技术性挑战。引入体内的基因编辑工具可能无法有效地在目标细胞类型中找到靶基因。因此,其可能收效甚微,或无法对患者的健康产生任何有利影响,甚至还可能造成意外伤害,如在无意中对生殖系细胞产生影响,因此必须对其进行筛查。尽管存在上述挑战,但针对血友病B(hemophilia B)和黏多糖贮积症Ⅰ型(mucopolysaccharidosisⅠ)的体内编辑策略临床试验已经在进行之中。

 

关于采用体细胞基因疗法治疗或预防疾病和失能,与之相关的主要科学、技术、伦理和监管问题仅涉及患者本身。基因组编辑的科学和技术问题(如至今尚不成熟的脱靶问题的衡量和评估标准)可通过持续改进其有效性和准确性来解决,而伦理和监管问题将被视为涉及评估患者预期风险和利益平衡的现有监管框架的组成部分予以考虑。

 

总体而言,委员会的结论如下:针对人类临床研究、基因转移研究和现有体细胞疗法制定的伦理规范和监管制度适用于管理那些旨在治疗或预防疾病和失能的新的体细胞基因组编辑应用方法。然而,脱靶效应会随着平台技术、细胞类型、靶基因和其他因素的变化而变化。因此,目前无法针对体细胞基因组编辑的有效性或特异性确定单一标准,也无法确定单一的可接受的脱靶率。正如上文所述,由于进行体细胞基因组编辑可采用的方式较多,因此,监管机构在权衡预期风险和利益时应考虑基因组编辑系统的技术环境及拟议的临床应用方法。

 


生殖细胞编辑和可遗传的变化



虽然已经在动物身上成功地对个体种系(生殖)细胞进行编辑,但在开发该技术并以安全和可预测的方式将其应用于人类领域的过程中,仍需解决若干重大的技术性挑战。尽管如此,单基因突变是大多数遗传疾病的致病原因,因而该技术仍然颇受关注。因此,对携带此类突变基因的个体进行生殖细胞编辑可避免其后代遗传此类疾病的风险。现有技术(如产前或植入前遗传检查)在特定情况下未能发挥作用,或现有技术涉及放弃受影响的胚胎或在产前诊断后需要进行选择性流产,因此在可预见的将来,生殖细胞基因组编辑还不大可能被用来影响此类遗传病的现患率,但可为部分家庭提供最佳和可接受的选择,从而帮助其避免疾病的传播。

 

但是,生殖细胞编辑同样存在着巨大争议,原因在于由此产生的基因变化将遗传给下一代,因此,这项技术将跨越多数人认为的伦理学上不可逾越的界限。通过生殖细胞基因组编辑产生可遗传变化的可能性将人们的关注重点从个体层面转向更为复杂的技术、社会和宗教问题,如干预程度的适当性及此类变化对先天残疾儿童接受度的潜在影响。该领域的政策需要仔细权衡文化规范、儿童的身心健康、父母的自主权及监管体系防止不当应用或滥用的能力。

 

鉴于该技术所涉及的技术和社会问题,委员会的结论如下:允许就生殖细胞基因组编辑开展研究试验,但是,必须进行更多试验以满足授权临床试验的现有风险/利益标准,同时提出令人信服的理由并接受严格的监管。关键在于以谨慎的态度对待这项研究,并且应根据广泛的公众意见推进研究进程。

 

在美国,由于美国食品药品监督管理局(FDA)禁止使用联邦资金审查“有意创造或修改人类胚胎以使其包含可遗传基因修饰的研究”,因此,美国当局目前无法审议该研究的相关提案。在其他一些国家,生殖细胞基因组编辑试验完全被禁止,如果美国取消对此类试验的限制规定,或者法律并未禁止国家继续进行此类试验,则必须在最具说服力的情况下开展试验,并确保其接受监管框架的全面约束,以保护研究对象及其后代,并且应制定相应的保障措施,防止此类试验延伸至缺乏必要性或了解程度不足的领域。尤其需要注意的是,只能在监管框架允许的范围内应用可遗传生殖细胞编辑技术开展临床试验,该监管框架应包含下列标准和结构:


•不存在其他合理的备选方案。

•预防严重疾病或病症的限制。

•编辑已证明可引起疾病或对疾病有强烈易感性的基因的限制。

•将此类基因转变为在人群中普遍存在且与普通健康问题相关的版本,且几乎无证据证明其存在不良反应的限制。

•已针对该程序的风险和潜在的健康益处获得可靠的临床前和(或)临床数据。

•在临床试验期间就该程序对受试者健康和安全的影响持续进行严格的监督。

•针对长期的多代后续试验制订综合计划,同时尊重个人的自主性。

•在确保透明度最大化的同时保护患者隐私。

•持续评估健康和社会利益及风险,确保持续、广泛的公众参与和投入。

•通过可靠的监督机制防止其用于预防严重疾病或病症以外的目的。

 

即使是支持这一建议的群体也不可能通过相同的推理满足上述标准。对于那些认为利益足以令人信服的人群而言,上述标准代表着在谨慎注意和负责任的科学框架内促进福利的承诺。而那些尚未完全相信利大于弊的人则可能会得出这样的结论:在得到恰当实施的情况下,此类严格标准已足以预防他们担心的伤害问题。需要特别注意的是,嵌入此类标准的“合理备选方案”和“严重疾病或病症”等概念必然存在一定的模糊性。不同的社会将根据其多元化的历史、文化和社会特征来解释这些概念,同时还将考虑公众及相关监管机构的意见。同样,医生和患者将根据独立个案(生殖细胞基因组编辑可能会被视为可选项)的具体情况对其进行解释。对此类概念的定义可从若干出发点开始,如美国食品药品监督管理局使用的“严重疾病或病症”的定义。最后,反对生殖细胞编辑的人们甚至有可能得出以下结论:在恰当实施的情况下,上述严格标准将阻止所有涉及生殖细胞基因组编辑的临床试验。

 


通过基因组编辑达到“增效”效果


 

尽管目前围绕基因组编辑的讨论主要集中于如何利用此类技术治疗或预防疾病和失能,但这种公开辩论的某些方面也涉及其他目的,如使身体特性和能力超出标准健康水平的可能性。在理论上,为了达到“增效”效果而进行的基因组编辑可涉及体细胞和生殖细胞。此项技术在该领域的应用也引发了有关公正性、社会规范、个人自主性及政府角色的问题。

 

首先,必须确定“增效”的含义,因此需要考察各种利益相关团体如何界定“正常”一词。例如,通过基因组编辑降低高胆固醇人群的胆固醇水平会被视为预防心脏病的一种手段,但利用该技术将胆固醇维持在理想范围之内并非易事,且干预措施也可能有别于目前使用的他汀类药物。同样,通过基因组编辑改善肌营养不良患者的肌肉组织会被视为一种修复性治疗,但对于无已知病理且具备普通能力的个体而言,基因组编辑仅仅是为了使其在“正常”范围内变得更加强壮,因此会被视为“增效”手段。

 

撇开具体定义不谈,公众仍然对利用基因组编辑达到“增效”作用表现出了焦虑和不安,无论是担心加剧社会的不平等现象,或是因使用人们不愿意选择的技术而造成社会压力。正是由于在主观因素的强烈影响下难以评估“增效”手段为个体带来的益处,因此需要根据公众讨论分析监管风险/利益,从而为研究或上市问题的审批提供决策基础。此外,公众讨论还有助于了解实际和预期的社会影响,以便针对此类应用情形制定相应的监管政策。委员会建议,目前尚不应针对治疗或预防疾病和失能以外的目的进行基因组编辑,并且在决定是否或如何就此类应用方法进行临床试验之前,公众讨论仍然是必不可少的重要环节。

 


公众参与


 

公众参与一直以来都是新技术监管工作的重要组成部分。如上文所述,对于体细胞基因组编辑而言,在考虑是否应针对治疗或预防疾病和失能以外的目的(如“增效”目的)批准进行临床试验之前,具有透明度和包容性的公共政策辩论是必不可少的环节。就可遗传的生殖细胞编辑而言,广泛的公众参与和意见及对健康和社会利益与风险的持续评估是批准临床试验的重要条件。

 

目前,美国监管体系已经纳入了一系列公众交流和咨询机制,其中包括专为基因疗法(涉及人类基因组编辑)制定的相关机制。在特定情况下,监管规则和指导文件只有在广泛征求公众和机构意见之后方可正式发布。州和联邦级的各个生物伦理委员会负责促成公众讨论,此类委员会通常将技术专家和社会科学家召集到公开会议中。美国国立卫生研究院重组DNA咨询委员负责为基因疗法的公众讨论提供活动场所,以便审查特定方案并向监管部门传达咨询意见。其他国家(如法国和英国)均有涉及正式投票或听证会的相关机制,以确保听取不同的意见。



本文摘编自美国国家科学院 美国国家医学院主编、马慧等主译  《人类基因组编辑:科学、伦理和监管》(中文翻译版)一书,内容有删节,标题为编者所加。


基因组编辑,尤其是CRISPR/Cas9基因组编辑系统被Science评为2015年度十大科学突破,在全球范围内引起了极大关注。该技术的迅猛发展为改善人类健康提供了更加有效的新策略。但是,基因编辑技术的进步也伴随着潜在的问题,如在治愈疾病甚至预防自身及后代疾病的同时如何减少与健康需求无关的基因或性状的改变。基因编辑技术已应用于人体细胞编辑研究,其生物医学突破与技术及伦理风险并存。生物医学和伦理方面的深入研究和风险监管旨在促进基因编辑技术,认真审查该技术引发的科学、伦理和社会问题,并评估有关部门在确保其健康有序发展及应用方面的监管能力。


(本期编辑:王 芳)


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