CRISPR/Cas9 技术，热度背后的冷思考

近年来，CRISPR/Cas9 基因编辑技术正在给整个科研界带来革命性变化，该技术使用 CRISPR 系统将 Cas9 蛋白和向导 RNA 注入小鼠受精卵，就能轻松实现基因敲除，同时，注入 Donor DNA 则可实现基因敲入，甚至国际著名学术期刊 Genome Biology 有文章指出这项新技术将很快取代使用胚胎干细胞的基因修饰，看起来小鼠胚胎干细胞基因修饰技术的终结不可避免。

然而，事实是这样吗？

脱靶效应仍存争议

CRISPR/Cas9 这一被称为 “魔剪” 的基因编辑工具在基因工程应用方面被寄予厚望。但是，脱靶效应这一有争议的老问题一直影响着 CRISPR/Cas9 系统的应用。有文献报道，CRISPR/Cas9 的切割是通过 gRNA 与基因组位置之间 20bp 碱基的配对，且配对碱基的 5′ 端需要有 PAM 结构，再引导 Cas9 作用实现的，但是 CRISPR/Cas9 与靶位点识别的特异性主要依赖于 gRNA 与靠近 PAM 处 10-12bp 碱基的配对，而其余远离 PAM 处 8-10bp 碱基的错配对靶位点的识别影响不明显，这项研究直接说明了 CRISPR/Cas9 存在严重的脱靶性，即该技术可以发生非特异性切割，引起基因组非靶向位点的突变，这样会造成研究结果的不确定性。

去年在 Nature Methods 杂志上发表的研究 “Unexpected mutations after CRISPR-Cas9 editing in vivo” 通过全基因组测序分析表明 CRISPR 基因编辑会引入数百种不可预估的突变到基因组中，文章所指出的大规模脱靶问题，对 CRISPR 的应用提出了尖锐的挑战，却又在今年 3 月 30 日出现反转并进行了撤稿处理。值得注意的是，这篇文章的第一作者 Kellie A Schaefer 和共同第一作者 Wen-Hsuan Wu 均同意撤稿，而包括通讯作者 Alexander G Bassuk 以及 Vinit B Mahajan 在内的其余四位作者则不同意撤稿。这与通常的撤稿情况还是有所不同，一般的撤稿大多数情况貌似都是通讯作者要撤稿，这篇争议性文章通讯作者则坚持了自己的意见。显然，这篇文章在研究者们内部也有巨大分歧。

不过，也有研究表明，CRISPR 的脱靶问题并没那么严重：bioRxiv 期刊上的研究 “Whole genome sequencing of multiple CRISPR-edited mouse lines suggests no excess mutations.” 指出，多个采用 CRISPR/Cas9 技术基因编辑的小鼠品系经过全基因组测序后的结果显示，CRISPR/Cas9 技术可在生物水平上精准地对基因组进行编辑，并没有引入很多非预期的脱靶突变。

从以上这些充满争议性的研究可以看出，在应用 CRISPR/Cas9 技术时，其脱靶效应仍需谨慎考虑。综合来看，现阶段修饰准确、效果稳定、脱靶率极低的 ES 打靶技术仍是研究者的较优选择。

CRISPR/Cas9 技术目前难以胜任复杂的基因编辑

另一方面，对于复杂的基因修饰（如条件性敲除、条件性点突变和大片段敲入等），CRISPR 有先天不足，因为此时需要 Donor DNA 与受精卵中基因组的特定位置发生同源重组，而同源重组的效率很低。相反，ES 打靶技术在这一方面因其 flox 区域范围大、对于复杂结构宽容度高、打靶一次成功率高等特点，会有明显的优势。

CRISPR/Cas9 专利之争仍存争议，商业化应用存在较大隐患

对于 CRISPR/Cas9 技术，还有一个值得关注的是其专利使用问题，CRISPR/Cas9 专利是基于多家机构的研究成果，产权不明晰，一直存在所有权之争。

2017 年初，Broad 研究所和合作者们被授权了关于真核生物细胞（包括人类细胞）的基因组编辑的 CRISPR 专利，而加州大学伯克利分校和合作者授权的专利是关于将 CRISPR 技术用于到 cell-free 系统中，并不是涉及真核细胞的基因组编辑。然而，后者对这一判决结果并不满意，不满意的结果就是启动专利抵触程序（interference proceeding）。通过该程序一个发明者可以接手另一个发明者的专利。

来自咨询公司 IPStudies2017 年的数据显示，目前还有 763 项和 Cas9 相关的专利，在这些专利中，有些声称拥有某些 CRISPR/Cas9 基因编辑方面的专利权，随着时间过去，这些专利的拥有者或许也会试图去维护他们的权利。

CRISPR 专利的纷争给一些商业机构带来了巨大的困惑。 首先，这意味着在未获得 CRISPR/Cas9 技术专利授权的商业机构购买基于 CRISPR/Cas9 技术提供的技术服务和产品，存在着较大的法律风险；其次，很难保证从一家专利所有人购买的专利能覆盖所有应用需求。

应用 CRISPR/Cas9 技术发表的文章数量和质量低于 ES 打靶技术发表的文章

通过 Google 学术搜索 2013 年至今有关 CRISPR/Cas9 基因敲除和 ES 打靶技术有关的文章，搜索 knockout「embryonic stem cell」 or「ES cell」找到约 17300 条结果，搜索 knockout「crispr」or「cas9」找到约 16100 条结果。

针对两个搜索结果，随机抽检搜索列表中的 100 篇文献，统计分析后发现采用 ES 打靶技术发表的文章平均影响因子比 CRISPR/Cas9 技术发表的文章高 2.1 IF。因此，不论从文章质量还是数量，目前 CRISPR/Cas9 技术的影响力仍弱于金标准的 ES 打靶技术。不过不可因此否认 CRISPR/Cas9 技术未来潜在的影响力。

综合以上几个方面来看， 近年来一直处于风口浪尖的热点 CRISPR/Cas9 基因编辑技术已经出现过多次类似的 “危机”，虽然有很多优势，但学界仍需对其保持冷静态度，随着不同国家、不同地域的研究者们在 CRISPR 领域孜孜探索，也许这次一系列事件对 CRISPR 来说并非危机，反而是推动其发展的重要力量，我们也希望科学家们可以不断去探索，优化工艺，以期将基因组编辑技术被更广泛应用于临床的疾病治疗。