Nature头条：第一次利用CRISPR编辑技术研究人类胚胎特定基因

　　

——这只是一个开始，基因编辑胚胎研究将能帮助科学家们解开更多人体之谜

生物通报道：基因编辑人体胚胎研究从最开始的令人震惊，以极快的速度又将科学家们从这种情绪中抓了回来，重新回复到了科学的本质上——这种技术能给我们的胚胎研究带来什么？最新一期（9月22日）Nature杂志公布了伦敦Francis Crick研究所的新成果，即通过CRISPR基因组编辑技术，发现了一种关键蛋白在指导胚胎发育过程中的重要作用，而这只是一个开端……

这并不是研究人员第一次在胚胎中编辑人类基因组。今年夏天，俄勒冈健康与科学大学的研究人员利用携带一种遗传缺陷的精子对卵细胞进行受精，然后通过CRISPR来纠正它，具体见包括中国学者在内的研究组利用CRISPR成功实现人体胚胎编辑，2015年中国的一个研究小组也曾使用CRISPR进行胚胎研究（中国率先开展世界首个人类CRISPR临床试验）。

但这项最新研究是第一次科学家们通过基因组编辑技术来分析人体胚胎中的一个特定基因功能。

“这是令人兴奋的第一步，”来自密歇根大学的发育生物学家Amy Ralston点评道，“这篇论文开辟了人类功能遗传学的新纪元。”

花了一年的时间优化技术

我们最先对Oct4（octamer-binding transcription factor 4）这个基因有印象，是来自于2012年诺贝尔奖得主山中伸弥描述的“干细胞多能因子”之一，他的实验室与许多其他的研究团体已证实了，在实验室培养皿培育的体细胞中人为地过表达Oct4，对于将这些细胞重编程为诱导多能干细胞至关重要，此后陆续也有研究表明，Oct4在生物的发育过程中起关键作用。

为了了解Oct4在人类胚胎发育中的作用，研究人员利用CRISPR-Cas9在41个胚胎中灭活了编码OCT4的基因POU5F1。七天后，他们停止了胚胎发育并检查了这些胚胎，发现囊胚发育受损。

这里使用的胚胎来自于生殖诊所中体外受精（IVF）治疗弃用的58个胚胎，这些胚胎已经被捐赠用于研究。英国人类受精和胚胎管理局（ The UK Human Fertilisation and Embryology Authority）批准了这项研究，这是第一次国家监管机构批准了涉及人类胚胎基因编辑的研究（以前在其他国家的研究是得到的当地审查委员会的批准）。

在开始人体胚胎研究之前，Francis Crick研究所的发育生物学家Kathy Niakan花了一年的时间来优化小鼠胚胎和人体胚胎干细胞技术，他们分离出受精卵（zygote）单个细胞，注入CRISPR-Cas9基因编辑所需的元件，然后在实验室中观察细胞的发育情况。

很快他们就发现缺乏正常OCT4水平的胚胎会出现发育失控：大约一半的对照（具有正常的OCT4表达水平）发育成形成称为囊胚（blastocyst）的多细胞胚，而OCT4被破坏的编辑胚胎中，只有19％的胚胎成功发育。一般来说，OCT4蛋白在人类胚胎发育的头几天变得十分活跃。在卵细胞受精后开始分裂的第七天，就会形成大约包含200个细胞的囊胚。

斯德哥尔摩Karolinska研究所的发育生物学家Fredrik Lanner认为，这项研究结果想科学家们证明了，CRISPR-Cas9对于人类胚胎研究是有效的。他说：“如果在小鼠中进行此类研究，就可以检测数百个胚胎。但是在人类胚胎中的研究有限。”

目前Lanner等多个实验室都在尝试利用CRISPR研究其他对于胚胎发育至关重要的基因，他们认为在进行人类胚胎研究之前，仔细优化小鼠胚胎的实验条件非常重要。

小鼠胚胎or人体胚胎

但是人类胚胎研究依然十分重要，Ralston就表示，小鼠和人体胚胎之间的差异很大，Niakan的团队发现，缺少Oct4的人体胚胎要比缺少Oct4的小鼠胚胎更早停止生长，这表明了其基因表达模式存在差异，而且人体胚胎中也出现了意想不到的胎盘发育异常。

Ralston认为后者尤为重要，因为目前缺乏研究胎盘发育的很好的模式，了解这个过程如何发生的，将有可能帮助找到提高IVF成功率的方法，并帮助解释为什么一些孕妇会流产。

虽然一般来说，研究人员都是在小鼠胚胎中进行了这样的研究，但最新这项研究就强调出了OCT4在人类和小鼠胚胎中作用的关键差异，强调依靠动物模型的局限性，纽约哥伦比亚大学的干细胞科学家Dieter Egli说。“如果我们要真正了解人类胚胎发育，并改善人类健康，我们需要直接在人类胚胎上工作。我们不能只依靠模型生物的推论。”

这只是第一步

这项研究与之前的CRISPR胚胎研究相反，后者尝试的是修复人类胚胎中的致病突变，以期最终预防遗传疾病。而这项研究则是在通过剔除关键基因，查看基因的功能，从而了解人体胚胎发育过程。

文章作者之一，James Turner博士说，“我们拥有创造和利用多能干细胞的技术，这无疑是一个了不起的成就，但是我们仍然不明白这些细胞如何工作的。更多地了解不同基因如何导致细胞成为和保持多能性将有助于我们更可靠地生产和使用干细胞。”

Francis Crick研究所所长Paul Nurse爵士说：“这是一项令人兴奋和重要的研究，为我们带来了关于生物发育的最开始五六天内人体胚胎的新知识，Kathy Niakan及其同事帮助我们更深入的了解的关键基因，而这个过程对于干细胞生物学和医学的许多领域都具有重要意义。”

文章的另外一位作者，Bourn Hall诊所的Kay Elder博士说：“成功的IVF治疗依赖于为健康胚胎发育提供最佳的环境，许多胚胎在培养中被中止，或者或在植入后不能继续发育。这项研究将大大有助于不育不孕夫妇，帮助我们确定确保人类胚胎可以发育成健康婴儿至关重要的因素。”

Sanger研究所和Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所的另外一位作者，Ludovic Vallier博士说：“这项研究是理解人类胚胎发育的重要一步，获取这些知识将有助于开发新的治疗方法，也可以帮助了解在早期阶段可能发生的成人疾病，如糖尿病，因此这一研究将为基础和转化应用研究开辟新的领域。”

（生物通：张迪）

原文标题：

Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis