此该方面的研究存在一定的安全风险及伦理法律争议 耳部皮肤成纤维细胞作为核移植供体,构建了世界首个基 2015年,中山大学研究人员使用 CRISPR基因编辑技因敲除体细胞克隆的动脉粥样硬化狗模型;该团队还把 术,修正人类胚胎中导致β型地中海贫血的基因。研究突变的亨廷顿基因粘贴到猪的亨廷顿基因中,获得的小 选用的是来自志愿者的废弃且不能正常发育的胚胎。猪模型不仅具有大脑中特异神经元选择性死亡这个特征, 2016年4月,广州医科大学附属第三医院团队成功使而且能表现出类似舞蹈样的异常行为,这些病理特征及异 用 CRISPR编辑技术对人类胚胎进行基因编辑,精确常行为都可以稳定地遗传给后代,从而为临床研究提供了 定位切除了CCR5基因的32个碱基,使得部分胚胎可靠的动物模型。 获得了对艾滋病病毒的免疫能力4。2017年8月,美 国俄勒冈健康与科学大学等团队合作使用基因编辑工3合成生物诊疗的未来展望 具 CRISPR系统,完成了对人类胚胎中导致肥厚型心肌病 人工改造的活细菌、活细胞、病毒噬菌体可能是迄 的 MYBPC3基因突变的安全修复叫。该技术还能够编辑今为止人类开发的最复杂的“药物”,有望解决一些至 修复其他高外显率的疾病基因,如引起囊肿性纤维化或今让医学界束手无策的疾病。从近年趋势来看,合成生 乳腺癌的相关基因。胚胎基因编辑技术与体外生殖及移物诊疗未来将迎来更多的临床试验和商业开发。 植前基因诊断技术相结合,将能够彻底预防遗传疾病传 在大规模开展临床试验的同时,合成生物学作为 播给子孙后代。 门新兴学科,我们也不能忘记把目光重新聚焦于基础研 25用于人工细胞设计合成的使能技术的发展与动物模究。例如,尽管CART肿瘤免疫治疗当前非常热门, 型的研究进展 但在顶级期刊 Nature Medicine(《自然医学》)上刚刚 人体细胞作为高等真核细胞的一种,具有多样性、发表了一个令人震惊的CAR-T细胞治疗后复发的临床 多细胞性、复杂调控、细胞分化、亚细胞区室化等特殊案例2,这一技术意外搞出了“CAR-癌细胞”:其原因 性质,为合成生物学提供了无限可能。DNA的高效递送是本该加到T细胞上、帮助T细胞特异性识别CD19并抓 及靶向稳定整合、基因编辑、人工染色体设计合成、丰住癌细胞的CAR(嵌合抗原受体),意外地被加到患者 富多样的基因调节、区室隔离的代谢反应等使能技术的癌变的B细胞上,形成了“CAR癌细胞”;加到癌细胞 成熟发展,将极大促进人工设计的人体细胞在医学领域上的CAR会与癌细胞表面的CD19结合,让CART细胞 的应用。由于篇幅所限,在此不作详细介绍 失去了识别癌细胞的靶标,这名患者最终由于“CAR-癌 动物模型硏究对于临床研究必不可少,可为其提供细胞”大量增殖导致死亡。 技术范本和理论依据。科学家将基因编辑技术与体细胞核 因此,对人工活体药物的理性设计、精确定量控 移植技术相结合,构建获得了一批动物模型,自1996年制、体内体外功能的预测、从基因到表型的机制,以及活 第一只体细胞克隆绵羊“多莉”诞生后,小鼠、牛、山体药物进入人体内的命运等,还需要更加深入的研究。活 羊、猪、猫、兔、骡、马、大鼠等多种哺乳动物的体细胞体药物设计改造应充分考虑宿主细胞、表达系统、基因线 克隆相继获得成功,但犬与猴的克隆难度较大。近年来中路控制、系统鲁棒性等因素,以期达到更好的时间和空间 国科学家在这些方面取得突破,中国科学院神经科学研究上的可控性,使治疗更具针对性。未来,合成生物学基础 所团队成功培育出世界上首对体细胞克隆猴,灵长类动物研究的深度很大程度上将决定临床应用的成败。 模型的建立对于脑疾病领域的研究意义非凡。中国科学 合成生物诊疗技术在进步的同时,也需要政策与伦 院广州生物医药与健康研究院团队以ApoE基因敲除犬的理研究的跟进,以保证这种革命性的技术健康有序发展。 12242018年·第33卷·第11期1224 2018 年 . 第 33 卷 . 第 11 期 应用领域 此该方面的研究存在一定的安全风险及伦理法律争议。 2015 年，中山大学研究人员使用 CRISPR 基因编辑技 术，修正人类胚胎中导致 β 型地中海贫血的基因。研究 选用的是来自志愿者的废弃且不能正常发育的胚胎[23]。 2016 年 4 月，广州医科大学附属第三医院团队成功使 用 CRISPR 编辑技术对人类胚胎进行基因编辑，精确 定位切除了 CCR5 基因的 32 个碱基，使得部分胚胎 获得了对艾滋病病毒的免疫能力[24]。2017 年 8 月，美 国俄勒冈健康与科学大学等团队合作使用基因编辑工 具 CRISPR 系统，完成了对人类胚胎中导致肥厚型心肌病 的 MYBPC3 基因突变的安全修复[25]。该技术还能够编辑 修复其他高外显率的疾病基因，如引起囊肿性纤维化或 乳腺癌的相关基因。胚胎基因编辑技术与体外生殖及移 植前基因诊断技术相结合，将能够彻底预防遗传疾病传 播给子孙后代。 2.5 用于人工细胞设计合成的使能技术的发展与动物模 型的研究进展 人体细胞作为高等真核细胞的一种，具有多样性、 多细胞性、复杂调控、细胞分化、亚细胞区室化等特殊 性质，为合成生物学提供了无限可能。DNA 的高效递送 及靶向稳定整合、基因编辑、人工染色体设计合成、丰 富多样的基因调节、区室隔离的代谢反应等使能技术的 成熟发展，将极大促进人工设计的人体细胞在医学领域 的应用。由于篇幅所限，在此不作详细介绍。 动物模型研究对于临床研究必不可少，可为其提供 技术范本和理论依据。科学家将基因编辑技术与体细胞核 移植技术相结合，构建获得了一批动物模型，自 1996 年 第一只体细胞克隆绵羊“多莉”诞生后，小鼠、牛、山 羊、猪、猫、兔、骡、马、大鼠等多种哺乳动物的体细胞 克隆相继获得成功，但犬与猴的克隆难度较大。近年来中 国科学家在这些方面取得突破，中国科学院神经科学研究 所团队成功培育出世界上首对体细胞克隆猴，灵长类动物 模型的建立对于脑疾病领域的研究意义非凡[26]。中国科学 院广州生物医药与健康研究院团队以 ApoE 基因敲除犬的 耳部皮肤成纤维细胞作为核移植供体，构建了世界首个基 因敲除体细胞克隆的动脉粥样硬化狗模型[27]；该团队还把 人突变的亨廷顿基因粘贴到猪的亨廷顿基因中，获得的小 猪模型不仅具有大脑中特异神经元选择性死亡这个特征， 而且能表现出类似舞蹈样的异常行为，这些病理特征及异 常行为都可以稳定地遗传给后代，从而为临床研究提供了 可靠的动物模型[28]。 3 合成生物诊疗的未来展望 人工改造的活细菌、活细胞、病毒/噬菌体可能是迄 今为止人类开发的最复杂的“药物”，有望解决一些至 今让医学界束手无策的疾病。从近年趋势来看，合成生 物诊疗未来将迎来更多的临床试验和商业开发。 在大规模开展临床试验的同时，合成生物学作为一 门新兴学科，我们也不能忘记把目光重新聚焦于基础研 究。例如，尽管 CAR-T 肿瘤免疫治疗当前非常热门， 但在顶级期刊 Nature Medicine（《自然医学》）上刚刚 发表了一个令人震惊的 CAR-T 细胞治疗后复发的临床 案例[29]，这一技术意外搞出了“CAR-癌细胞”：其原因 是本该加到 T 细胞上、帮助 T 细胞特异性识别 CD19 并抓 住癌细胞的 CAR（嵌合抗原受体），意外地被加到患者 癌变的 B 细胞上，形成了“CAR-癌细胞”；加到癌细胞 上的 CAR 会与癌细胞表面的 CD19 结合，让 CAR-T 细胞 失去了识别癌细胞的靶标，这名患者最终由于“CAR-癌 细胞”大量增殖导致死亡。 因此，对人工活体药物的理性设计、精确定量控 制、体内体外功能的预测、从基因到表型的机制，以及活 体药物进入人体内的命运等，还需要更加深入的研究。活 体药物设计改造应充分考虑宿主细胞、表达系统、基因线 路控制、系统鲁棒性等因素，以期达到更好的时间和空间 上的可控性，使治疗更具针对性。未来，合成生物学基础 研究的深度很大程度上将决定临床应用的成败。 合成生物诊疗技术在进步的同时，也需要政策与伦 理研究的跟进，以保证这种革命性的技术健康有序发展