CRISPR的基因治疗,张锋没回国,中国居然遥遥领先于美国,是喜还是忧?肿瘤患者和家属望眼欲穿~伦理关难过~

图片来自geneticliteracyproject.org

基因治疗，中国已领先美国。是技术领先？还是监管松懈所以容易？

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基于CRISPR的基因治疗，在中国已进入临床

2012年，来自美国和奥地利的科学家共同改进了CRISPR-Cas9系统，并在其发表的研究论文中预示：CRISPR可作为一种高效而特异的RNA介导的基因编辑工具1。2013年，张锋等人利用CRISPR进行哺乳动物细胞的基因编辑，开启了CRISPR作为可编程的基因编辑工具的新纪元2,3,4。

不过，作为CRISPR技术的领先者，美国尚未批准将其应用于人体试验，而中国对此的监管限制较少，从而成为第一个将CRISPR用于人体试验的国家。

2016年7月，四川大学华西医院肿瘤学教授卢铀团队宣布将开展“全球第一例”CRISPR–Cas9基因编辑人体临床试验，同年10月28日，首名癌症患者接受了经CRISPR技术改造的T细胞治疗5；后来又有报道称，早在2015年，位于安徽合肥的解放军第105医院就已经开始了CRISPR人体试验。

美国入局并不晚，但FDA严密把住关口

2017年3月，杭州市肿瘤医院院长吴式琇也开始尝试利用基因编辑技术治疗癌症患者。1月21日，美国《华尔街日报》（Wall Street Journal）发表长文，评论了中国率先开始基因编辑人体试验之举，其中对吴式琇的试验进行了报道6。

► 杭州市肿瘤医院CRISPR临床试验的领衔人吴式琇医生图片来源：杭州市肿瘤医院

根据介绍，吴式琇的团队抽取食管癌患者的血液标本，通过高铁将其运送到安徽柯顿生物科技有限公司实验室，运用CRISPR技术将血液里的免疫细胞中影响肿瘤杀伤作用的基因删除，再将其回输入患者体内，希望被修饰过免疫细胞能够杀死肿瘤细胞，从而达到治疗目的。

此次试验由杭州市肿瘤医院的伦理委员会（Ethics Committee）审核通过，其成员由医院任命，包括该院几名医生、一名律师和一名患者。委员会只用一下午就批准了试验，而因为我国卫计委已授权各医院伦理委员会对临床试验进行审核并评估风险，吴式琇无需再通过卫计委相关部门的审核。

相比之下，美国计划开展基因编辑人体试验的时间其实并不算晚，但审核流程却更为严格。研究人员必须首先获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，才能进行人体试验。

为获得所在医院人体试验评估委员会（类似于我国伦理委员会）和FDA批准，美国首个基因编辑人体试验的主要负责人、宾夕法尼亚大学CRISPR研究团队首席科学家Carl June，在2016年首先尝试获得美国国立卫生研究院（NIH）顾问委员会的评估。委员会对其提出了一系列要求，例如将实验描述为“基因转移（gene transfer）”而非“基因治疗（gene therapy）”，确保患者知晓这只是一项试验而非治疗，进行各种测试观察CRISPR的脱靶现象等。虽然最终得到了NIH的批准，June的团队又花了一年时间与FDA讨论，向其提供信息并答疑解惑。

据悉，目前他们正在等待FDA的最终审批，预计最早于本月获批。

► 宾夕法尼亚大学CRISPR研究团队首席科学家Carl June 来源：Penn Medicine

然而这并不是结束，即使试验开始，宾大仍将面临比吴式琇更多更严格的标准。

是美国的做法保守，还是中国太激进?

在受试者知情同意方面，宾大研究人员必须使用由FDA和医院评估委员会审核通过的知情同意书，而吴式琇的同意书只简略提到了基因工程，也并未向患者详细说明其使用的只是试验性工具。柯顿生物科技的相关人员称，中国患者也会签署同意书，但基本上是听医生的。

对于试验过程中出现的死亡等严重不良事件，FDA发言人表示，无论死亡是否与试验相关，试验开展方都必须上报FDA，而我国卫计委则要求研究人员向医院伦理委员会报告不良事件。目前，吴式琇的试验已有7例死亡病例，而他表示，患者死亡由其所患疾病所致，与试验本身无关，因此无需上报。

此外，新药I期临床试验的主要目的之一是初步评估药物的人体安全性。June称，宾大将先在一位患者身上测试CRISPR，等待一个月确保未发生不良反应后再在另两位患者身上测试。吴式琇则认为，挽救患者生命是最重要的，目前他已编辑了10余位癌症患者的基因，未来计划在更多患者身上进行测试。

目前，美国国家医学图书馆数据库已经记录了中国的9次试验，而实际数字可能不止如此。

中国正力争使国内产业走上国际舞台，基因编辑更是被列入2016年制定的国家五年计划中。June也表示，在将CRISPR等西方国家开创的医疗技术加以应用方面，中国可能超过美国，美国将来可能失去在生物医药领域的领先位置；“中美之间关于CRISPR的对垒，也许会触发20世纪50年代时美苏航天技术竞赛那样的生物竞赛，而这次将会是2.0版本。”

对此，《华尔街日报》评论道，虽然各国对于人体试验的政策可能存在差异，但中国敢为人先的尝试着实让西方科学家对这一全新工具的安全性感到担忧，他们并不认为美国应该放松对这方面的监管。芝加哥大学神学院（Universityof Chicago Divinity School）院长、生物伦理学家Laurie Zoloth接受采访时也说道，希望各国制定统一标准，共享试验结果和伦理准则。

在基因编辑这一尚未成熟的领域，目前还较难在快速推进与保证安全性之间找到理想的平衡点。近日，斯坦福大学Matthew H. Porteus教授团队发现，在大部分人体内原本就存在针对Cas9蛋白的体液免疫和细胞免疫，CRISPR-Cas9技术在人体中应用有可能引发严重的免疫反应7。

吴式琇同意CRISPR技术是一把双刃剑，但他同时说道，当别人更多关注潜在风险时，他们看到的是潜在疗效。生死一线的晚期癌症患者无法让他将时间过多用在各种测试上，“如果不尝试一下，就永远无法知道结果。”

在解放军105医院和此次杭州市肿瘤医院的试验中，相关人员均表示部分患者的病情有所缓解，但截止到目前，我国各项基因编辑人体试验尚未公布其结果。《知识分子》也将持续关注这个话题。

CRISPR

CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）是生命进化历史上，细菌和病毒进行斗争产生的免疫武器，简单说就是病毒能把自己的基因整合到细菌，利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务，细菌为了将病毒的外来入侵基因清除，进化出CRISPR系统，利用这个系统，细菌可以不动声色地把病毒基因从自己的染色体上切除，这是细菌特有的免疫系统。微生物学家10年前就掌握了细菌拥有多种切除外来病毒基因的免疫功能，其中比较典型的模式是依靠一个复合物，该复合物能在一段RNA指导下，定向寻找目标DNA序列，然后将该序列进行切除。许多细菌免疫复合物都相对复杂，其中科学家掌握了对一种蛋白Cas9的操作技术，并先后对多种目标细胞DNA进行切除。这种技术被称为CRISPR/Cas9基因编辑系统，迅速成为生命科学最热门的技术。

CRISPR是生物科学领域的游戏规则改变者，这种突破性的技术通过一种名叫Cas9的特殊编程的酶发现、切除并取代DNA的特定部分。这种技术的影响极其深远，从改变老鼠皮毛的颜色到设计不传播疟疾的蚊子和抗虫害作物，再到修正镰状细胞性贫血等各类遗传疾病等等。

自2012年以来，研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。最近，美国约翰·霍普金斯大学医学院的科学家证明，这一系统还能精确有效地改变人类的干细胞。研究人员指出，这一发现简化了对诱导多能干细胞（iPSCs）的修改和定制，有望更快在治疗上取得成果，开发出用于疾病研究和药物测试的模型系统。相关论文在线发表于最近的《分子治疗》上。

CRISPR来自微生物的免疫系统，这种工程编辑系统利用一种酶，能把一段作为引导工具的小RNA切入DNA，就能在此处切断或做其他改变。以往研究表明，通过这些介入，CRISPR能使基因组更有效地产生变化或突变，效率比TALEN（转录激活因子类感受器核酸酶）等其他基因编辑技术更高。但最近研究发现，虽然CRISPR有许多优点，在人类癌细胞系列中，它也可能产生大量“误伤目标”，尤其是对不希望改变的基因做修改。

2015年1月6日，为了研究这种副作用在人类其他细胞中是否也存在，研究小组用CRISPR和TALEN两种系统在人类的iPSCs中进行实验，让它们在iPSCs中切下已知的基因片段，或切掉后再换上其他的。

他们用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作为模型，JAK2基因变异会导致骨髓紊乱，真性红细胞增多症；SERPINA1基因变异会导致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏，这是一种遗传性紊乱，会造成肺和肝脏疾病；而AAVS1最近发现是人类基因组中的“安全港”，可以插入外来基因。

通过比较发现，在这三个基因系统中，如果只是简单地切掉部分基因，CRISPR系统明显比TALEN更有效，产生的剪切是后者的100倍；而在做基因替代操作时，如替代JAK2和SERPINA1中的致病变异，CRISPR和TALEN的效率相当。

研究人员还指出，与人类癌细胞系研究不同的是，无论CRISPR还是TALEN，在人类iPSCs中同样都有着目标特异性，即只瞄准那些为它们设定的目标基因。他们还发现，CRISPR系统比TALEN更有优势：CRISPR可以设计成只瞄准病人体内含有变异的基因，而不影响健康基因，即只影响某个基因的一个副本。这些成果与以往的干细胞研究成果结合，使CRISPR成为一种有用的人类iPSCs基因剪辑工具，其偏离目标的风险更小。

约翰·霍普金斯大学医学院导师叶朝辉（音译）说，他们的研究详细说明了如何将CRISPR技术用于人类iPSCs，展现了该技术在这类细胞中的潜力。“干细胞技术正在迅速发展。我们认为，将iPSCs用于人类治疗的日子已经不远。”

中国一直处在CRISPR研究的最前沿。2014年，南京大学的研究人员宣布成功创造出定向突变的基因工程猴，这是有记录以来首次在非人类灵长目动物身上成功使用此项技术。

2016年8月，四川大学华西医院肿瘤学家卢铀率领的一个中国科学家团队将开展全球首例对人体使用革命性基因编辑技术CRISPR的试验。

该团队计划于2016年8月开始在肺癌患者身上测试经过CRISPR技术编辑的细胞。这些研究人员计划招募一批转移性非小细胞肺癌患者，对他们来说，化疗和放疗等其他选择都已失败。他们将从患者血液中提取免疫细胞，利用CRISPR加入一个帮助免疫系统定向清除肿瘤的新基因序列，然后再把这些细胞注入患者的血液。

美国已经批准一个由技术大亨肖恩·帕克支持的研究团队开展CRISPR人类测试。如果四川大学的研究今年8月如期启动，那么它将超越美国成为世界首例CRISPR人类测试。

需要指出的是，四川大学开展的试验不编辑基因种系，其影响不会被遗传。

CRISPR正在生物医学研究领域引起一场巨变。不像其他基因编辑手段，它使用起来廉价、迅速且简单，并因此席卷全球实验室。研究人员希望利用它调整人类基因以消除疾病，创造生命力更加顽强的植物，并且消灭病原体。

长久以来，生物学家一直在利用分子工具编辑基因组。他们因一种有望精确且高效地编辑基因、被称为锌指核酸酶的酶而兴奋不已。不过，需要花费5000多美元才能订购到的锌指并未被普遍采用，因为它们很难进行基因改造且花费颇高。CRISPR却大不相同：它依靠一种利用引导性RNA分子将其导向目标DNA、被称为Cas9的酶，然后编辑DNA以扰乱基因或插入想要的序列。通常，研究人员需要订购的只是RNA片段，其他成分都是现成的。全部花费只有30美元。这使得该技术走向大众化，因此每个人都在使用它。这的确是一场巨大的革命。

CRISPR方法正快速超越锌指核酸酶和其他编辑工具。对一些研究人员来说，这意味着要放弃曾花费数年来完善的技术。研究人员传统上严重依赖诸如小鼠、果蝇等模式生物。CRISPR使在更多生物体中编辑基因成为可能。

编辑人类基因的想法往往引发争议。英国禁止进行人体基因编辑。英国纳菲尔德生物伦理学协会副秘书长彼得·米尔斯向本报表达了对扮演上帝和“定制婴儿”的担忧。

一项对不能成活的人类胚胎开展的研究（在中国进行）因研究人员发现他们在临床环境下使用这种技术面临“严重障碍”而被叫停。

此外，在2015年3月，一个研究小组在《自然》杂志发表公开信，提出“严重担忧”编辑人类基因“种系”产生的道德和安全影响。

张锋

张锋，男，1982年出生于河北石家庄，美国麻省理工学院博士，是当今最为人所关注的华人生物学家之一。他最著名的工作是基因修饰技术CRISPR-Cas9的发展和应用，率先获得了美国专利，并被视为诺贝尔奖的热门人选之一 [1]  。

2016年9月21日，入选引文桂冠奖化学领域的获奖名单 [2]  。2017年晋升为美国麻省理工学院理学院终身教授 [3]  [4]  。2017年8月15日，张锋获阿尔伯尼生物医学奖，成为历史上第二名获得此奖项的华人学者。 [5]

2018年当选美国科学院院士。 [6]

张锋1982年出生于中国河北石家庄，1993年随父母移民美国爱荷华州得梅因市。1994年，他12岁的时候，在一堂礼拜六的分子生物学课上观看了电影《侏罗纪公园》。老师观察到他对恐龙及生物工程表现出超乎寻常的兴奋和兴趣。不久以后，这位老师帮张锋在当地的人类基因治疗研究机构找到了一份志愿者的工作。从此以后，张锋每天放学以后都会到实验室来参与一些分子生物学的工作。

当时，他的实验室导师经常提出的一些“疯狂的点子”，例如绿色荧光蛋白（GFP）能够吸收紫外线，因此可以用作防晒霜。而当张锋将GFP厚厚地涂在一层DNA之上时，他发现GFP真的能够防止DNA受到紫外线的损伤。这段经历加深了他在生物学方面的兴趣，而中学时代参与的一些科研项目也帮他赢得了很多科学活动的大奖，特别是在2000年的Intel Science Talent Search，张锋获得第三名。要知道这项享有盛誉的科学大赛起源于1942年，已经有8名获奖者后来荣获诺贝尔奖，其中就包括钱学森的堂侄，加州大学圣地亚哥分校的钱永健教授（见图），在1968年15岁时获得Intel ScienceTalent Search奖。

高中以后张锋顺利考取了哈佛化学及物理专业。他后来解释为什么选择这个专业而不是他已经有所成就的分子生物学。虽然分子生物学每天都有令人振奋的新进展，物理和化学的基本原理却是比较稳定的，他想要打好基础，让自己在今后的学术道路具有坚固的基石。在哈佛大学的本科学习期间，他受到庄晓薇的赏识，进入了她的实验室。

2004年，张锋来到斯坦福大学申请就读研究生。他原本想要拜访诺奖得主朱棣文（StevenChu），却阴差阳错地碰到了刚刚拥有自己实验室的Karl Deisseroth。经过短暂沟通之后，Zhang对Deisseroth的课题非常感兴趣，Deisseroth也对张锋在化学和物理方面的坚实基础留下了深刻印象，他尽力说服张锋加入在自己新建的实验室。他们的合作促成了一个全新的领域，也就是大名鼎鼎的光遗传技术（optogenetics），利用光学刺激和来自水藻的光敏感蛋白精密控制大脑神经元活动。这为最终理解大脑如何工作，如何产生意识和情感，又如何在神经退行性疾病中发生故障提供了阿拉丁神灯一般的强有力工具，也使得他们在脑科学（brainscience）的发展史上深深地刻下了自己的名字，并因此荣获了2012Perl-UNCNeurosciencePrize和2014AlanT.WatermanAward。

在遗传学和神经科学领域，张锋对两种革命性技术的发展做出了重要贡献。当他还是研究生时，他是光遗传学研究团队里的关键成员之一。

这一团队开发出了利用光激活大脑神经元的技术，使科学家搞清哪些神经回路控制了哪些行为，并寻找到精神分裂症和双相情感障碍等精神疾病产生的根源。

仅仅几年之后，张锋做出了另一项让他跻身于世界顶尖生物学家的工作：如何快速、简便且有效地编辑植物和动物、包括人类在内的的基因组。

2016年9月21日，汤森路透旗下的知识产权与科技事业部发布其2016年引文桂冠奖（Citation Laureates）名单，预测在2016年或不久的将来有望获得诺贝尔奖的科研精英。麻省理工学院的华裔科学家张锋教授因其在老鼠和人类细胞中应用CRISPR-cas9基因编辑技术获此殊荣。 [2]

2017年8月15日，张锋获阿尔伯尼生物医学奖，成为历史上第二名获得此奖项的华人学者。 [5]

2018年当选美国科学院院士。 [6]

张锋主要研究领域为神经系统功能与疾病。他在自然微生物CRISPR系统用于真核细胞(包括人类细胞)的基因编辑工具开发方面做出了最前沿的探索。通过CRISPR及其他方法，张锋深入研究了基因和遗传机制与各种疾病的关联，尤其是在神经系统紊乱方面。 [7]

专利之争

2016年1月，国际基因测序先驱埃里克·兰德（Eric Lander）在国际学术期刊《细胞》（Cell）发表综述文章，总结CRISPR技术的发展历程，并认为在张锋利用CRISPR在真核细胞生物实现基因编辑之后，CRISPR技术带来了“暴风骤雨般的改变”

2011年9月16日，美国总统奥巴马签署批准美国发明法案，正式确定了美国专利法系统于2013年3月16日转向谁先申请谁获得专利的系统。

2012年5月25日，加州大学伯克利分校向美国专利与商标局提交了与CRISPR相关的专利申请。同年12月12日，张锋与博德研究所也向美国专利与商标局提交了申请，申请对象是在哺乳动物细胞的基因组上进行CRISPR-Cas9基因编辑这一方法。

2012年6月，杜德纳和其合作伙伴卡彭蒂耶报告可以在试管中使用CRISPR-Cas9切割DNA的任意位置。2013年3月15日，杜德纳向美国专利与商标局提交了CRISPR相关专利的申请。

2014年4月15日，美国专利与商标局将与CRISPR相关的第一项专利授予麻省理工学院和博德研究所。截止到去年11月，张锋实验室以及博德研究所关于CRISPR-Cas9的相关专利在美国已经有14个被批准，在欧洲也有4个已经被批准。

2015年4月，在经过精心的准备之后，加州大学伯克利分校要求美国专利与商标局启动干预程序，重新审核CRISPR相关专利的归属。 [1]

邮件曝光

2015年2月28日，林帅亮在发给杜德娜的邮件，主题为“博德研究所的CRISPR专利以及申请贵实验室的职位”。

2011年10月，林帅亮在张峰实验室工作，当时是实验室中唯一一个着手研究CRISPR的人，而其他人都埋头于上一代的基因编辑技术TALEN。

2011年10月至2012年6月，林帅亮在张锋实验室期间，正是张锋证明自己率先在人类细胞上进行CRISPR基因编辑的关键时期。2012年6月，因为母亲的手术和国内的博士学位，他选择回国。

2012年6月，杜德娜和她的合作者瑞典于默奥大学的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）在线发表了关于利用原核生物的CRISPR系统在体外编辑试管中的DNA的论文。

2013年以前，美国的专利归属实行的是先发明制度，谁更早地发现CRISPR，谁就获得专利归属。 [8]

邮件回应

博德研究所的发言人Lee McGuire在该研究所官网发文回应。文中对林帅亮当时在张锋实验室时的情况进行介绍，提到说，林帅亮是在张锋的指导下进行了CRISPR研究，并表示，大量证据显示，林帅亮的指控是错误的。

2011年8月，张锋向其介绍了Cas9在基因编辑方面相关方面信息；2011年10月他向其解释tracrRNA在crRNA二聚体装载在Cas9过程中的重要性等；2011年11月，他承认由于未能完全遵循张锋等人设计的实验计划操作而导致了部分实验的失败。

针对专利的归属质疑，Lee McGuire反驳道，大量例子表明，在2011年初，杜德娜发表论文之前，张峰团队就已经成功设计出了在真核基因组上的CRISPR-Cas9系统。

2011年10月至2012月6月，在张峰实验室时，林帅亮的身份是北京大学、清华大学和北京生命科学研究所联合培养项目的博士生，经北京大学教授饶毅推荐，进入张峰实验室。离开博德研究所后，林帅亮在哈佛大学生物学家Norbert Perrimon实验室工作。

2012年12月，张锋和博德研究所的CRISPR专利申请名单中，林帅亮在列。

2015年2月28日，正值林帅亮3月1日美国签证过期的前夕，林帅亮向杜德娜发送求职邮件，表示愿意提供更多关于博德研究所CRISPR实验的数据，并在3月2日，得到了加州大学旧金山分校的职位。

2016年8月18日，林帅亮表示，自己现在不方便接受采访，会在合适时候做公开说明。林帅亮没有回复澎湃新闻的邮件询问。 [8]

（转化医学网360zhyx.com）