【王立铭生命科学50讲】王立铭:设计婴儿 我们准备好了吗

咱们今天,就从一个关于人的科学故事说起。而且,这可能是一个注定要深刻改变我们人类整体面貌的科学故事。故事的主角,是设计婴儿——人类自己设计出来的下一代。

我猜很多人已经知道我要讲什么了。就在2018年底,一位名叫贺建奎的中国科学家宣布,他利用一种先进的操纵基因的技术,改变了两个人类婴儿身体当中的遗传物质,而且,这两个被他叫做露露和娜娜的人类女孩已经诞生在这个世界上了。

这件事的重要性,我想无论怎样强调都不过分。我们甚至可以这么来描述它:自从40亿年前生命诞生开始到现在,这是第一次有一个物种,能够摆脱自然选择的力量,自主设计自己的遗传物质和进化方向。

我想对于大多数人来说,这是一个原本只会出现在科幻小说当中的情节。所以,在2018年11月26号,我们人类站在了历史和科幻的分界点上。自主操纵和设计自己的遗传物质,这件事到底意味着什么?我们每个人的未来、我们所有人的未来,将会受到什么影响?可能是每个人都应该关心,应该思考的问题。

在即将穿越历史走向科幻的时候,我想我们不妨回头看看历史。看看我们能从历史中吸取什么经验教训。我的个人总结是,人类操纵遗传现象的过去,恰恰就是一部交织着黑暗和光明的历史。

先来看看光明的一面。

实际上在我这个生物学家看来,整个人类文明的诞生,都依赖于对遗传现象的早期利用。为什么这么说呢?

现在人类学和历史学界的共识是,人类作为一个生物学意义上的物种,诞生在差不多二三十万年前的非洲大陆。但人类文明的诞生,要晚到差不多1万年前。文明的诞生当然有非常多的标志,比如城市,比如宗教,比如艺术等等。

但是这一切都离不开一个底层支持:人类必须生产出足够多的粮食,才能让一小群人摆脱粮食生产,变成国王、贵族、僧侣、诗人,或者科学家。

那怎么才能生产出足够多的粮食呢?传统上人类是靠打猎和采集来获取食物的,但是这显然不够充足,而且还不够稳定。真正的转机是,差不多10000年前,生活在世界各地的人类祖先,发现可以从野生的植物当中,挑选出一些果实比较大的,转移到自己的村庄周围继续栽培。然后下一代继续挑选果实更大的,经过这样一代又一代的筛选,他们就可以获得产出丰富又很稳定的食物了——于是,最早的农业诞生了。

△图左:野生玉米 图右:现代玉米

我们今天知道,这本质上就是在利用植物天然存在的遗传和变异现象。比如说我们今天都非常熟悉的玉米,世界三大主粮之一。在人类上千年的筛选之前,玉米的祖先可不长这样,野生类玉米的玉米穗还没有一枚硬币大。

人类祖先就是利用了玉米一代代繁殖过程中的遗传和变异现象,挑选出了能够喂饱大量人口的粮食作物,才给人类文明的诞生提供了物质基础。

在光明之外,人类对遗传现象的操纵,也曾经差点儿把整个人类带入万劫不复的深渊。

一个著名的例子就是优生学。上边这位是英国科学家弗朗西斯·高尔顿。他有一个非常著名的表哥,就是达尔文,他自己也是最早接受达尔文自然选择理论的科学家之一。

但是高尔顿错误地把进化论向前推演了一大步。他说,既然生物的性状,能够通过自然选择的力量,一代代地逐渐完善,那如果我们人为地在人类社会中施加自然选择。比如说让那些聪明强壮的人多生孩子,同时让那些有病或者有残疾的人不能生孩子。这样过不了多久,人类社会的整体素质不就提高了吗?

他这套理论在20世纪初非常流行,在美国和欧洲各国都导致了惨无人道的绝育手术,而且还为希特勒的种族灭绝理论提供了科学依据。

既然历史的教训是,操纵遗传现象,有可能带来光明也有可能带来黑暗。那面对未来各种科幻般的可能性,我们当然有理由多留一个心眼。因为我们不知道,人为地操纵人类的遗传物质,甚至是设计婴儿,打开的是潘多拉的魔盒,还是阿拉丁的神灯。

为了和你一起分析这个问题的影响,我们先来稍微讲一点点生物学。不管是农业革命那会儿还是优生学那会儿,人类都并不知道所谓遗传现象的物质基础,到底是什么。上个世纪中期开始到现在,遗传现象的物质基础,对我们来说是越来越清晰了。我们现在知道,地球生命通用的遗传物质就是DNA。它隐藏在每个细胞的深处,决定着每个细胞、每个个体的命运。

DNA具体是怎么起作用的呢?简单来说,这就是生物学的所谓中心法则。DNA链条上的碱基排列顺序,能够精确地指导蛋白质分子的生产。蛋白质分子又会在细胞内卷曲折叠,成为一个个纳米尺度的分子机器,执行各种各样的功能,从而决定我们从头发颜色,到身高、智商各种各样的特性。

我这么说可能有点抽象,我举一个你肯定熟悉的例子来解释一下遗传物质的功能。

我们知道每个人都有血型,A、B、AB、O,这当然是一个非常重要的生理指标。人类的ABO血型系统,其实是由一个叫做ABO的基因决定的。这个基因位于人类9号染色体的末端,它也能生产一个个纳米尺度的分子机器,就长这个样子。它能像一把剪刀一样修改人类血液细胞表面的形状,比如三角形或者球形,就这样决定了人类的血型。

那既然人体的基因能够影响人体的重要功能,那反过来想,这些重要的基因如果出现了缺陷,是不是就会导致非常严重的疾病呢?

答案是肯定的。比如说,如果人体当中一个名叫ADA的基因出现了缺陷,没法生产蛋白质分子机器了,那人类的免疫系统就没法正常工作,会导致一类严重的免疫缺陷综合征。这种患者的生活是非常悲惨的,从出生起,他们就只能生活在密封的气泡里隔绝危险的细菌病毒。所有食物、衣服和玩具都必须深度消毒之后才能放进去。即便如此,他们一般也活不了多少年。

但是有没有什么办法呢?也有。你看,既然基因缺陷会导致疾病,那如果想个办法,把患者的免疫细胞抽出来,把正常的基因片段重新放进去,再把这些免疫细胞重新放回患者体内,不就可以治病了么?

这就是所谓基因治疗的概念。到1990年代,基因治疗的技术也开始成熟,就有人真的应用了这个方法来治疗ADA基因缺陷导致的遗传病,而且取得了成功。第一批接受治疗的两个患者至今仍然健在,而且已经成年。

一直到今天,基因治疗都仍然在世界各地被探索和验证。但是你也能想到,基因治疗实际上是一种本质上非常粗糙、非常粗暴的手术,它只能把一整段基因放进去,但是如果一个基因仅仅是某个特殊的位点出了问题,基因治疗是没办法做到精确修复的。

但是紧接着,在世纪之交的时候,人类陆续发现了好几套能够精确操纵遗传物质的工具,我们一般叫它基因编辑。这样一来,人类才算是真正拥有了上帝级别的力量,能够在人体遗传物质上“指点江山”了。

基因编辑的技术细节很复杂,我这里就不展开了。但是这些技术的逻辑是非常简单的,可以分成下面这三步。

首先,用一个能够搜寻和定位的工具,找到基因组上需要被修改的位置;第二,用一把剪刀把需要修改的位置减掉;第三,再用针线替换上一段正确的DNA片段。整个手术操作就完成了。

技术成熟之后,当然就是应用场景了。沿着刚才咱们讨论的逻辑,你可能会设想,基因编辑的第一次人体测试应该是某种遗传疾病。但是实际上,基因编辑第一次进入人体试验,是用来对抗一种风马牛不相及的感染性疾病——艾滋病。

这是怎么回事儿呢?故事要从一个人说起。这个人叫Timothy Brown,是一个美国人,但是有个代号叫“柏林病人”。他在1990年代德国留学的时候,先后患上了艾滋病和白血病,非常倒霉了。但是他也恰恰因祸得福地成了世界上第一个艾滋病被彻底治愈的人。

顺便说一句,就在这个月,第二个类似的案例,“伦敦病人”出现了。你可以查看我的另一篇文章。>>>戳此查看“伦敦病人”解读

那“柏林病人”是怎么治好的呢?简单来说,他的医生为了治疗白血病,首先用放射线清扫了他全身的癌变淋巴细胞,然后给他做骨髓移植。

只不过呢,在骨髓移植的时候,医生多了一个心眼,给他挑了一个配型合适,同时又存在天然的遗传缺陷的捐献者。这位捐献者身体里的CCR5基因是缺失的。

为什么要做这件事呢?这是因为艾滋病毒在入侵人体的时候,需要依靠这个叫做CCR5的分子路标精确定位人体免疫细胞,然后钻进去,杀死这些细胞。所以,这些天生没有CCR5分子路标的人,其实对艾滋病是有天然的免疫力的。给“柏林病人”移植这样的骨髓干细胞,既能治疗白血病,又能抵抗艾滋病,一举两得。

但是这个手术实际上有很多运气的成分,没办法推广。一个现实的原因就是给艾滋病患者做骨髓移植实在是风险很大又得碰运气。但是结合我们讨论的基因编辑技术,这个事情就有解决方法了!你看,我们是不是可以干脆用基因编辑技术破坏掉艾滋病患者体内的CCR5基因,这样不就可以直接治病了么?

在2014年,还真有一家美国公司做了这样的人体试验取得了不错的效果,患者的免疫细胞数量大大恢复了。这项研究还在进行中,在未来几年可能会带给我们更多惊喜。

在基因编辑牛刀小试之后,美国科学院也代表整个科学共同体,给基因编辑进入更广泛的应用场景开了绿灯,包括治疗像镰刀型贫血症这样的罕见遗传病等等。

在这个基础上,我们当然就可以来畅想一下这项上帝级别的技术会如何影响到我们。

最直接的影响当然就是治疗疾病了。在2015年,中国科学家黄军就,第一次在人类胚胎上做了血红蛋白的基因编辑,试一下能不能用来治疗镰刀型贫血症。这项研究也是人类第一次对人类胚胎进行遗传操作。当然他做的还是一个探索性的研究,用的胚胎是试管婴儿过程里产生的异常胚胎,不会真的变成婴儿的。但是这一次尝试之后,当然会有更多的人开始利用基因编辑的方法,修改更多的人类基因,治疗更多的人类疾病。

在治疗疾病之后,自然而然地,下一步就是预防疾病了——通过修改基因,预防疾病。

我可以举一个例子,影星安吉丽娜·朱莉在几年前做了一件事,她通过基因检测发现自己携带一个BRCA1的恶性基因突变,会让她有90%的概率得上恶性卵巢癌或者乳腺癌,她自己的妈妈和小姨也是因此去世的。因此她就给自己做了预防性的乳腺和卵巢切除手术。

结合我们对基因编辑问题的讨论,你应该能想到,在未来,肯定会有人试图用基因编辑技术,在孩子都没出生的时候提前就把他们的患病基因修改正确,预防疾病,让自己的子女更健康,这个理由非常正当,似乎没有什么可以质疑的。

但是在治疗疾病推进到预防疾病之后,下一步推进可能就没那么让人舒服了。我们会不会用类似的技术修改下一代的遗传物质,让孩子更聪明、更健康、更强壮、更长寿呢?要知道,人类的所有性状可能都或多或少被基因影响了。

这里包括单眼皮还是双眼皮,包括你的性格是内向还是外向,还有你的智商有多高。而且大多数时候遗传的贡献还非常大。那么这样一来,在很远的未来,会不会有人用各种办法设计自己孩子的遗传物质,让他们赢在起跑线上呢?

治疗疾病,预防疾病,改善自身。这三个层次的目的至少听起来都还挺正面的。

但是基因编辑其实也会引发关于黑暗的联想。我们也同样从三个层次来说明这个问题。

首先,是最直接的技术层面的担忧。基因编辑技术虽然非常先进,但是至少截止到目前,它有非常顽固的所谓脱靶效应。也就是说,在编辑一个指定基因的同时,会很随机地、漫无目的地影响到某一个甚至某几个无关基因,那这样一来可能就会给人带来严重的健康风险。实际上我们反对今天就动手设计婴儿,一个最直接的考虑就是,今天的基因编辑技术风险很大,风险和收益不匹配。

但是即便我们解决了技术问题,基因编辑也不应该随便就乱用。它可能会在更深层次和更大尺度上影响到我们人类的未来。比如说,如果父母们可以随心所欲地利用基因编辑让自己的孩子更“好”,会不会慢慢改着改着,人类基因原本存在的丰富的多样性就消失了,每个人都是双眼皮,都是网红脸,都是高智商?你说,这样有什么不好呢?就算是抛开审美的需求,生物学上这样做也会出问题的。

我举个例子。我们刚才提到过一种恶性的遗传病——镰刀型贫血症。这种疾病基因仍然广泛存在,全世界每年还有10万人死于这种疾病,有4000万人携带致病基因。这是为什么?既然是致病基因,为啥没有被淘汰掉呢?

△左:疟疾分布 右:镰刀型贫血症基因分布

原因就在这张图里。镰刀型贫血症基因的分布区域,恰恰和疟疾的分布非常类似。这是因为,在人类漫长的进化史上,在还没有疟疾特效药的时候,人类得上疟疾是很容易死亡的。而对抗疟疾的唯一武器,就是镰刀型贫血症的致病基因。

从某种程度上说,这种今天非常糟糕的基因,对于人类祖先的生存是至关重要的。

那你反过来就可以想到,如果地球发生了各种变化,今天你觉得非常糟糕的基因,也许对于人类未来的生存也会很关键呢?要是提前用基因编辑彻底消除了这些基因,会不会影响人类的生存呢?

还有,更深刻的麻烦是,如果基因编辑得到广泛推广,那有可能会塑造永久性的阶层差异和社会不平等。我想我们都承认,社会存在各种各样的不平等,而且应该也没有天真到觉得这些不平等会很快消失。但是毕竟纵观人类历史,阶级的双向流动对于人类是很重要的。

但是如果基因编辑进入试用阶段,那几乎必然的结果是,有钱人率先修改自己后代的基因,一代代占据竞争优势,那么可能一段时间之后,有钱人和穷人的差别就会大到完全无法弥合,也完全无法流动的地步——也许穷人富人就会彻底变成两个物种。

这种可能性,刘慈欣的科幻小说说得非常透彻:如果某种技术打断了阶层流动的链条,那“穷人和富人可能就不再是一个物种了”。

我想,我们谁都没有做好准备看到这样的未来吧?

好了,讲到这里,我尝试着帮你梳理了基因编辑技术,特别是用这项技术来创造人类下一代,会带来什么光明或者黑暗的结果。

它当然能帮助我们生活得更健康,它也有可能带来严重的副作用,它有可能会让人类加速进化,变得越来越强大,但是也有可能会让人类社会彻底分化,打碎今天我们习以为常的一切生活习惯和社会结构。

当然所有这些想象都还没有真正成为现实,我估计可能我们还有十几、二十年的时间,但是我希望在这个历史和科幻交汇的时间点上,我们每个人都应该仔细想想,我们想要一个什么样的未来,我们又怎么去创造这样的未来。

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