基因编辑技术CRISPR的应用 在伦理道德上有何挑战-

近几年来,丛集有规律间隔的短迴文重複序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)成为科学界的热门话题之一,其原为存于细菌的后天免疫系统(adaptive immunity),现已发展为一种成功的基因编辑技术。

CRISPR到底是什幺?

图一为CRISPR/Cas9的作用机制。从图上来看,单股导引RNA(single-guiding RNA, sgRNA)与Cas9蛋白的交互作用后,引导内核酸酶(endonuclease)的活性作用到一「与原间隔序列邻近的区域 (protospacer adjacent motif, PAM)」;而sgRNA负责辨认专一性的DNA序列, 所结合的Cas 9蛋白会裁切在DNA正反两股PAM(NGG)上游各3个核苷酸的位置,形成钝端(blunt end)的双股断裂(double-stranded break, DSB)。
 

基因编辑技术CRISPR的应用 在伦理道德上有何挑战?
 

众多CRISPR技术存在的隐忧里,最大的争议莫过于「基因改造食品(genetically modified organism, GMO)」是否对人体健康有害。目前正反意见都有,赞成者认为有害证据不足,反对者则认为仍有相当风险存在,例如外来基因可能转移到自身体内、非专一性表现产生的蛋白质恐引起过 敏和免疫毒性等。现今国际对GMO的定 义并不一致,有的国家(如美国)认为若仅为修改现有基因,而不引进外基因即非GMO;有的国家(如欧盟)态度较保守地 认为GMO是「除人类以外的生物,其遗传物质的改变非由自然配对(mating)和/ 或自然重组(recombination)的方式」所形成的产物。然而,对所谓明确定义GMO,规範管理模式为製程导向抑或产品导向, 决定非GMO及GMO的管理方式,相关法规的制定将是相当複杂且充满争议的。

另外,该技术的实践也有伦理上的考 量。以CRISPR技术复育绝种生物(如长毛象、北美旅行鸽、恐鸟),或複製死去 的宠物(如猫、狗等),让其死而复生, 技术上虽然可行,但均须借用现存类似动物(如亚洲象、家鸽、鸵鸟)或相同动物的身体作为代理孕母。人类为满足预期期待与个人慾望而逕行利用其他动物身体, 恐有违反实验动物福祉的3R原则──取代(replacement)、减量(reduction)以及精緻化(refinement)。

当CRISPR技术进到人体医疗方面做 应用时,其隐忧更容易让人感同身受,包括风险评估、个人与群众利益的考量以及医疗商业化导致的伦 理问题。

CRISPR技术固然带来许多实质利益, 但亦引发不少潜在风险,使得风险评估複杂化。为确保利益大于风险,发展可评估利益和风险比率(benefit-risk ratio)的公式并规定可接受的阀值(threshold)是必要的。然而,在制定风险评估系统时, 须扩大利益相关者(stakeholder)意见参与,专业观点的差异及引发的利益纠葛却是难以解决的。

该技术的出现,可能还伴随着私利和公益失衡的问题。个人利益固然要受到保护,但要对公众有所贡献,公共利益也才能够反馈给个人。然而,如何兼顾私利和公益并保持平衡却是个难题,举例来说,为保障个人利益,应对研发者提供何种诱因(如专利、证照、声望、荣耀、利润等);为促进公共利益,应如何将独家授 权的证照限制在最小的範围、加速专利权限制鬆绑、促成各竞争者进行证照交换(cross license)及鼓励利益相关者达成协议以规範彼此的权利义务等。

此外,这项技术应用于人体治疗所具备的高度科学、专一、客製化及费用庞大等特性,促成个人化的精準医疗(precision medicine),也让医疗更趋商业化。为确保医疗人权,须让有需求的病人均可获得治疗,而非成为少数人的特权或优先权。 然而,设计一个病人、付费者及医疗机构均能接受的保险和付费制度,却是一个经 费庞大的社会安全系统。

更惊人的是,由于CRISPR技术可成功用于矫正先天性遗传疾病,最近的研究更 发现可以编辑人类胚胎基因,虽目的仅为治疗某种特定疾病与生理障碍,但市场商 业化的结果也可能促使技术转往订製婴儿 的方向发展,恐加剧社会的不公平、阶级的对立及人生而不平等的疑虑。

一些案例讨论

基因编辑工具发展至今,已出现许多相关应用,包括基因治疗、器官移植与动物的複製等。即便可以透过这项 技术改变一个物种的「宿命」,但该做法仍存在诸多争议⋯⋯

基因治疗与细胞治疗所谓基因治疗即利用基因编辑技术(如 CRISPR)与传递工具(delivery tool)将特定基因导入人体或胚胎中,以删除、嵌入、修补或置换变异基因,或造成位置专一性修饰(site-specific modification),达成标靶治疗(target therapy)的目的。细胞治疗则是取人类自体(autologous)细胞或同种异体(allogeneic)细胞,经基因编辑技术加工处理及体外培养后,再将整个细胞引进病人体内,以修补、重建、置换或补充受损的细胞或组织。

基因治疗最初主要用于治疗先天性遗传性疾病,细胞治疗则主要用于抑制骨髓、器官移植时引起的排斥(rejection)反应。然而,近来这两个介入亦逐渐发展成适用于其他疾病,如心血管、代谢性、 神经退化性疾病及癌症等,连同组织工程(tissue engineering)产品,在国外被列为先进医疗产品(advanced therapy medicinal product,ATMP)。
 

去(2018)年11月,中国南方科技大学生物系副教授贺建奎宣称以CRISPR技 术修改一对双胞胎胚胎的CCR5基因,让 孕母成功产下全球首对爱滋病(acquired immunodeficiency syndrome, AIDS)免疫双 胞胎。基因编辑结果可遗传至下一代,引 发全球科学界譁然,却也存在一些争议。

从技术风险来看,一般来说人类免疫缺 陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)可分为两个亚型,其人体受体 (receptor)分别是CCR5和CXCR4,若仅 编辑CCR5基因,难以确保绝对安全;在未 评估其是否有其他功能的前提下,以人工方法干预正常的CCR5基因,可能造成其他 后遗症。此外,由于AIDS为传染性疾病而 非先天性遗传疾病,以基因编辑技术产生 AIDS免疫婴儿,必要性与正当性受到强烈 质疑,有订製婴儿的疑虑。

人体器官移植

全球有器官移植医疗需求的病人总数高 达数百万,主要来源为尸体摘取或活人捐 赠,均必须是自愿、无偿且符合法规严格 规範的,故每年获移植者可能不到1%, 器官捐赠一直有很大的需求。

干细胞是一种原始且未分化的细胞, 具有再生各种细胞或组织、器官的潜在功能。导入特定基因或基因产物(蛋白质) 后,成熟的细胞可以被重新编程为具有多 功能分化性的干细胞-诱导性多功能干细 胞(induced pluripotent stem cell, iPSC), 利用基因编辑技术(如CRISPR)技术修改 iPSC特定基因植入其他动物体内,具有培 养出人体特定器官的可能性(图二)。技术上虽然具有可行性,但是人造器官目前两种治疗方法的研究虽已获显着成果并已有多种产品应用于临床,但在伦理、道德上仍存有相当多的挑战(表二)。


图二:利用 CRISPR 修改 iPSC 基因可能在其他动物体内培养出人体器官。(维基百科,iPSC)

表二:基因治疗与细胞治疗在伦理、道德面上所遭遇的挑战。

基因编辑婴儿

2017年,贝格雷(Sharon Begley)研究 发现CRISPR技术可于活体外编辑人类胚胎基因,藉由剔除标靶的人类染色体基因来治疗新生儿先天性缺陷。以该技术编辑 人类生殖谱系细胞(germline cell,如精子、卵子和受精卵)已被证明在技术上是可行的。

在法规适用、伦理道德考量、病人心理及 社会观感上仍存在极大的争议。

複製动物

禁止複製人的研究是有国际共识的, 但基于研究需要,多种複製动物(如羊、牛、猪、小鼠、马、猴子及猫等)已陆续 成功诞生。複製羊桃莉(Dolly)是第一个 成功複製的哺乳动物,共有三个母亲:一个提供体细胞DNA、一个提供卵子,一个则是代理孕母。

早期研究认为,桃莉羊仅活了6岁半 (绵羊平均寿命约有12岁,寿命应从母体年龄算起)。这种早衰是技术因素导致, 可透过基因编辑技术使其更长寿,惟2017 年《科学报导》(Scientific Reports)一研 究报告显示,桃莉羊的死亡与早衰并无必然关係。複製动物原本的预期功能是解开複杂的疾病结构、找到治疗不孕症的疗法或使宠物死而复生,但后来因技术问题或伦理、道德争议而均告失败。

儘管如此,以类似複製动物的粒线体 基因转移技术可用于治疗粒线体基因缺陷。人体粒线体基因均来自母代,研究报 告已显示粒线体功能失调与许多疾病密切相关,包括癌症、神经退化疾病、神经肌肉病变、肥胖与糖尿病等,而粒线体基因发生突变恐导致帕金森氏症(Parkinson’s disease)、罕见疾病莱氏综合症(Leigh syndrome)、认知障碍、耳聋及雷伯氏遗

传性视神经萎缩症(Leber hereditary optic neuropathy)等病症。若施以粒线体置换 疗法(mitochondrial replacement therapy, MRT),利用捐赠者卵子的正常粒线体来 替换原来胚胎或卵子中有缺陷的粒线体, 便可使携带缺陷粒线体的母亲有机会生下 健康的婴儿,且胚胎粒线体基因会以母系 遗传的方式延续下去(图三)。

虽然粒线体基因仅佔人类全部基因不到1‰,但经由MRT产生的后代将会携带来自「一父二母」三亲代的DNA,第三人基因是否会对孩童造成影响,仍无定论,是需要继续探讨的问题,因此MRT仍有极大的伦理争议,目前国际上仅有英国(2015 年)及新加坡(2018年)明确合法化MRT技术。目前,CRISPR技术已可成功用于编辑人类精子、卵子及胚胎的基因,科学的进展或许会使该技术在不久的将来,亦可用来矫正卵子或胚胎的粒线体基因,提供解决此一难题的可行方法。


图三:「粒线体置换疗法」为将受精卵的细胞核植入含正常粒线体的卵(已先移除原细胞核),以创造无粒线体基因遗传疾病的健康胚胎。

结论

禁止基因编辑技术应用于複製人及订製婴儿研究是全世界的共识,可是最近越来越多研究结果显示,基因编辑技术对于治疗某些以往难以根治的疾病深具潜力,特别是遗传性疾病的基因治疗。因此,国际学术界及医疗界普遍支持基因编辑技术应用于改造人类胚胎以治疗先天性遗传疾病,争取在胚胎阶段即矫正有缺陷的基因,以降低治疗难度及成本,但亦认为涉 及人类生殖谱系细胞的基因编辑须在最严格法规架构及机构伦理审查(Institutional review board, IRB)条件下方得进行。利用 CRISPR技术修改iPSC基因,虽有可能生产人造器官供应病人所需,但并不符合目前我国法规(如人体器官移植条例及人类 胚胎及胚胎干细胞研究伦理政策指引等) 的规定,若能考量病人的等待时间及器官移植的急迫性与必要性,并经过严格的评估及技术、伦理审查后,应有放宽规定可行性。此外,进行CRISPR技术主导的人体治疗(如基因及细胞治疗、胚胎基因改造、器官移植及MRT等)时,为维护病人权益,应充分告知疾病的性质、治疗的利益、成功率、可能风险、是否影响生活品质及可能衍生的伦理问题等相关资讯。

CRISPR技术应用到一般生物(动物、 植物及微生物)引起的伦理、道德议题较少,主要是安全问题(如环境汙染、生态浩劫或食品安全等),但应用到人体上则会引发重要的伦理及道德争议。国内 CRISPR相关的基础研究已有相当进展, 实应加强研究伦理、道德议题,邀集社会各界人士(如医疗、法学、伦理学、社会学、心理学专业人员及动物保护人士等) 进行公开讨论,作充分的沟通协调,提制定或修正相关法规的建议,以解决可能衍生的问题,避免不利的影响,并开创美好的远景。

相关推荐