基因编辑边界何在
基因编辑边界何在
两例基因编辑人类胚胎用于妊娠案例的出现，意味着「潘多拉魔盒」已经打开。这把「魔剪」的应用边界到底在哪里？
法院审理查明，2016 年以来，贺建奎得知人类胚胎基因编辑技术可获得商业利益，在明知违反国家有关规定和医学伦理的情况下，仍以通过编辑人类胚胎 CCR5 基因可以生育免疫艾滋病的婴儿为名，将安全性、有效性未经严格验证的人类胚胎基因编辑技术用于辅助生殖医疗，致使两人怀孕，先后生下三名基因编辑婴儿。
Photo: Raveendran/AFP via Getty Images
天色已晚，位于北京市昌平区生命科学园灯火通明的一栋四层小楼外下起了小雪，博雅辑因 (北京) 生物科技有限公司 (下称博雅辑因) 的一群年轻人还在实验室里进行细胞培养。这家成立于 2015 年 5 月的公司 2019 年 9 月刚完成 Pre-B2 轮融资，目前人员规模不到 100 人。一位工作人员告诉财新记者，用基因编辑技术进行医学治疗是真正意义上的新兴领域，公司做基因编辑技术研发的科研人员年龄都不大，「毕竟 CRISPR/Cas9 这项技术诞生也才六年」。
在这个冬天，这些年轻的科研工作者也在关注着实验室外的消息。2019 年 11 月，全球首两例 CRISPR 基因编辑治疗临床试验公布了令人振奋的结果。曾经每年要接受 16 次输血的 β-地中海贫血患者自接受治疗以来，已经无需再输血；另一名年均要过 7 次「鬼门关」的镰状细胞性贫血症患者在接受相应治疗后，已经过了四个多月平安无事的生活。这两项临床试验均为瑞士生物科技公司 CRISPR Therapeutics 与知名药企福泰制药 (Vertex) 合作的项目。博雅辑因进展最快的疗法也是针对 β-地中海贫血，目前仍处于申请临床研究批件准备阶段，距离到达临床 I、II 期阶段尚有些时日，而针对镰状细胞性贫血症和环铁幼粒细胞贫血的体外疗法还处于早期研发阶段。
时至年底，另一则更具社会关注度的消息传来。2019 年 12 月 30 日，曾掀起轩然大波的「基因编辑婴儿」案在深圳市南山区法院一审宣判。贺建奎、张仁礼、覃金洲等因非法实施以生殖为目的的人类胚胎基因编辑和生殖医疗活动，构成非法行医罪，其中，南方科技大学原副教授贺建奎获刑三年。
法院审理查明，2016 年以来，贺建奎得知人类胚胎基因编辑技术可获得商业利益，在明知违反国家有关规定和医学伦理的情况下，仍以通过编辑人类胚胎 CCR5 基因可以生育免疫艾滋病的婴儿为名，将安全性、有效性未经严格验证的人类胚胎基因编辑技术用于辅助生殖医疗，致使两人怀孕，先后生下三名基因编辑婴儿。法院认为，三名被告人未取得医生执业资格，追名逐利，故意违反国家有关科研和医疗管理规定，逾越科研和医学伦理道德底线，贸然将基因编辑技术应用于人类辅助生殖医疗，扰乱医疗管理秩序，情节严重，其行为已构成非法行医罪。
CRISPR 基因编辑究竟是一项什么技术，同是对它的运用，为何有人因之获刑，有人却造福人类、名利双收？基因编辑技术的应用边界到底在哪里？
基因编辑和它的三大技术路线
解释 CRISPR 基因编辑之前，有必要先解释下何为基因。基因是遗传信息的最小单位，遗传信息的载体是化学物质 DNA，DNA 分子由四种较为简单的脱氧核糖核苷酸分子组成，这四种分子上分别带有一个碱基标签，分别是腺嘌呤 (A)、鸟嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和胸腺嘧啶 (T)，四种核苷酸单体分子遵循着 A-T 和 G-C 的碱基两两配对规则首尾相连，形成了相互缠绕的双螺旋结构的 DNA 长链，而作为遗传信息的基因，就是以碱基序列的形式存在于 DNA 上。人类基因组 DNA 上大约有 30 亿个碱基对，可以说是一本掌管生命繁衍的 DNA 密码本。
在远古时代，地球上所有生物共同的祖先——一种单细胞生物在某个时间一分为二，各执一份 DNA 密码本。它们的后代再继续分裂，开启遗传物质复制-细胞分裂-后代细胞分离的循环。在生命繁衍过程中，两条 DNA 长链会解离螺旋构型，进行半保留复制，从而将遗传信息代代相传。在此过程中，DNA 分子上哪怕一个极微小的复制差错，都可能引起致命的疾病。好在 DNA 有修复机制，它可以使 DNA 复制的错误率低至十亿分之一。但生物细胞内蕴藏的 DNA 分子可能由数十亿碱基所组成，复杂生物的遗传物质可编码数以万计的蛋白质分子。
漫长的时间长河中，基因发生变异在所难免，从而导致遗传性疾病，比如上述的 β-地中海贫血，就是一种由于基因突变导致的溶血性贫血症，是世界上最常见的遗传性疾病之一。镰状细胞性贫血症也是一种由于血红蛋白基因 HBA 的 DNA 第 20 位的碱基发生变异而导致的单基因遗传病。
自然而然地，人们会想到，有没有一种办法，通过人工方式改变这些变异的基因，从而达到防治遗传性疾病的效果，或者人为改变某一遗传信息，以改善某些遗传性状？这种方法就是基因编辑，把基因编码序列中的一两个碱基进行修改，就像文字编辑中把「是」改成「否」一样，使其功能变得完全不一样。
中科院动物研究所研究员王皓毅介绍，在农业领域，通过编辑农作物和牲畜的基因组可以培育优良品种；在工业领域，通过编辑工业微生物基因组可以建立更好的菌种用于工业生产；在医疗领域，通过编辑细胞和动物的基因组建立疾病模型，可以帮助研究者和药企开发更好的药物和治疗方法。
基因编辑技术已有 20 多年历史，而 CRISPR/Cas9 技术是后起之秀。
基因编辑比较典型的模式，是依靠一个复合物，该复合物能在一段 RNA 引导下，定向寻找目标 DNA 序列，然后将该序列进行切除。上世纪 90 年代，一种重要的基因编辑技术——锌指蛋白核酸酶技术 (ZFNs) 问世。锌指蛋白核酸酶是由锌指蛋白与核酸内切酶 (FokI) 组成的融合蛋白，其核酸酶部分与 3 个锌指蛋白单元相连，可以切割 DNA 序列。锌指蛋白在酵母等真核生物中广泛存在，但组装出只识别特定 DNA 序列的锌指蛋白核酸酶比较复杂。
华东师范大学生命科学学院生命医学系主任李大力告诉财新记者，ZFNs 技术原理是利用锌指结构域识别 DNA 序列的特点，将多个锌指结构域串联起来识别研究者感兴趣的特定 DNA 序列，从而进行编辑。但需要通过文库大量反复地筛选，才能找到只识别特定 DNA 序列的一对 ZFNs，耗时费力、成本高，编辑活性也相对较低。
美国的基因编辑技术公司 Sangamo Therapeutics 是锌指蛋白核酸酶技术的专利持有者。有专家向财新记者表示，这项技术一直以来被该公司垄断，而它只与部分科研机构合作，导致该技术的发展并不快。
21 世纪初，美国哈佛医学院病理学教授 J. Keith Joung 牵头多个大学成立锌指联盟，联盟创建了数据库，存放了成员机构愿意开源的超过 66 种锌指蛋白，这样，其他科研机构无需通过 Sangamo Therapeutics 就可以直接获得锌指结构蛋白。尽管如此，仅设计筛选一个特定的与锌指结构蛋白结合的核酸酶就至少要花一个科研人员全职 1–2 个月的时间。
另一种基因编辑技术 TALEN (转录激活因子样效应物核酸酶) 技术的问世比 CRISPR 要早两年，它也是一种人工改造的可靶向修饰特异 DNA 序列的内切酶。它借助于 TAL 效应子，一种由植物细菌分泌的天然蛋白，来识别特异性 DNA 碱基对，对 TAL 效应子附加一个核酸酶就生成了 TALENs。理论上讲，TALENs 可以靶向任意特异的 DNA 序列进行改造。相比传统的锌指蛋白核酸酶 ZFNs 技术而言，TALEN 能靶向更长的基因序列，设计更简单，也比锌指蛋白核酸酶更容易构建。但直到现在，还没有一种公开、低成本的方法可以大量生产 TALENs。李大力介绍，TALENs 技术和锌指蛋白核酸酶技术比较相似，操作上更简单一些，将 TALE 模块组装起来，不需要大量筛选就能获得活性更高、特异性更强的一对 TALENs 分子，对 DNA 进行精确的编辑。
2013 年，在美国博德研究所的张锋团队和加州大学伯克利分校的珍妮佛·杜德纳团队热火朝天的专利之争中，CRISPR 系统发展而来的基因编辑技术 CRISPR/Cas9 技术走进大众视野。相比 ZFNs 和 TALEN，它具有组装简易、效率高等优点，大大降低了基因编辑的技术门槛。
据浙江大学教授王立铭所著《上帝的手术刀-基因编辑简史》一书介绍，ZFNs 识别 DNA 的效率是 1：30，TALEN 的效率是 1：102，而细菌的 CRISPER 识别 DNA 的效率是 1：1，因为它避免了 DNA 和氨基酸之间的转换，完全依赖 RNA 而不是氨基酸序列实现对 DNA 的识别。
向细菌免疫学习
CRISPR 第一次被发现是「无心之举」。1987 年，日本大阪大学实验化疗科博士后石野良纯于在《细菌学杂志》发表了一篇关于大肠杆菌的论文。石野良纯等人在大肠杆菌的 iap (凋亡抑制因子) 基因附近发现了一种怪异序列——有一段 29 碱基的序列反复出现了 5 次，两两之间都被 32 个碱基形成的看起来杂乱无序的序列隔开了。但这段序列的功能一直未得到确定。
1995 年，西班牙阿利坎特大学遗传学和微生物学系教授 Francisco Mojica 发表在《分子微生物学》期刊上的一篇论文显示，在地中海极嗜盐菌和沃尔卡尼极嗜盐菌中也发现了类似结构，此后这种基因结构才得到关注。人们把最初在细菌这类原核生物基因组内发现的这种重复 DNA 序列叫 CRISPR，它是一串英文缩写，意思是「成簇的规律间隔的短小重复回文序列」。
2005 年，Mojica 研究团队、法国国立农业研究院研究团队以及美国国立卫生研究院研究团队同期发现了 CRISPR 序列中的间隔序列与宿主细菌染色体外的遗传物质具有高度同源性，并推测出 CRISPR 的功能可能与细菌的获得性免疫有关。所谓获得性免疫是指生物体经后天感染或人工预防接种，而使机体获得抵抗感染的能力，比如在微生物等抗原物质刺激后形成免疫球蛋白、免疫淋巴细胞，并与该抗原起特异性反应。
细菌也会被病毒感染。病毒本身不能独立生存繁衍，它只能进入宿主细胞，释放出自身的遗传物质，利用宿主细胞的资源帮助其繁衍。对细菌而言，被病毒感染意味着细胞内多了不属于自己的 DNA 序列。紧接着，人们发现这种重复 DNA 序列其实是细菌一种打击外来 DNA 的免疫手段——当遭受病毒入侵时，细菌会产生相应的「记忆」，通过捕获入侵病毒的 DNA 片段创建出新的 DNA 片段，这个创建出的新 DNA 片段就是 CRISPR 阵列。比如，CRISPR 阵列中有一段「CGTTA」的碱基排序，又有一堆其他的碱基排序，随后再重现一段「CGTTA」，这实际上就是细菌将入侵它的病毒 DNA 片段剪下来插进自己的 DNA 序列里，前后以 CGTTA 为「分隔符」。有了这段记忆，当同样的病毒再次攻击细菌时，就会触发细菌的免疫反应，细菌会从 CRISPR 阵列中产生 RNA 片段，并靶向病毒的 DNA，然后再使用「剪刀」——与 CRISPR 相连的蛋白酶 Cas9 或类似的限制性内切酶，将病毒的 DNA 切开，从而使病毒失活。限制性内切酶是一类特殊的蛋白质分子，其功能是切割双链 DNA 分子。
打个比方，我们在电脑文档中找到了错字，会选中这些错字然后改正。同样，科学家在一段 DNA 序列中找到了一段会让生物致病的基因，「选中并修正」的工作就可以由 CRISPR/Cas9 来做。科学家在找到想要剪掉的 DNA 上的碱基序列后，会创造出一个对应的向导 RNA，由它带领 Cas9 蛋白酶去切掉这段序列，之后就可以使用细胞自身的 DNA 修复机制来删除目标片段，再替换现有的 DNA 片段。为什么必须创造一个向导 RNA 呢？这是因为生物学上著名的「中心法则」——DNA 并不会直接指导蛋白质的合成，而必须借助 RNA 这个桥梁：DNA 首先根据碱基互补的原则，以自己为模板制造一条 RNA 长链；然后 RNA 再根据 3 碱基对应 1 个氨基酸的原则制造蛋白质。
由于 CRISPR/Cas9 系统本身就带有内切酶，因此与其他工具相比，CRISPR/Cas9 不需要与单独的切割酶再配对，只要与量身定制的向导 RNA 序列相匹配；同时 CRISPR/Cas 系统还可以靶向多个靶点，研究人员只需要设计出相应的多条向导 RNA 即可。
博德研究所的信息显示，张锋团队已经创建了 4 万多个 CRISPR 组件开源供研究机构使用。美国布兰代斯大学分子生物学教授詹姆士·哈伯向财新记者表示，要购买一个定制的锌指蛋白成本超过 5000 美元。而 CRISPR/Cas9 则不同，CRISPR 阵列广泛存在于各种细菌和古细菌中，因此研究人员只需要自己设计或购买定制的向导 RNA 片段，算下来定制一个 CRISPR/Cas 的工具总费用可以低至 30 美元。
「可以说，是技术的民主化让 CRISPR/Cas9 掀起了这场科学界的浪潮。」哈伯表示。
基因编辑育种：基因编辑是不是转基因？
CRISPR/Cas9 能够实现在绝大多数物种的基因组中定点操作，改变细胞和生物个体遗传信息以及性状，因此被称为「基因魔剪」。有了这个强大的工具，科学家们首先将目光转向了植物。如今餐桌上常见的稻谷、玉米、咖啡等，都是人类在与杂草和树打交道的过程中，挑选野生植物经过漫长的历史驯化而来的，那时的育种更像是等待一个奇迹发生。随着人口增长与科技发展，人们不再满足于「看天吃饭」，想要更快更准确获得优良性状的农作物，便出现了杂交育种、诱变育种等方式；在解开了生物的遗传密码后，又出现了分子育种，而基因编辑正是近几年来新兴的分子育种方式之一。
以经历了各种育种方式已高度驯化的玉米为例，公元前 7000 年在中美洲发现的玉米只有 19 毫米长，每个玉米只有 5–10 颗坚硬的籽粒，且十分难剥开。到了 2014 年，世界上已经有超过 200 多个品种，平均长度超过 190 毫米，且易剥皮。
基因编辑育种的商业化落地已经实现。2019 年 3 月，美国生物技术公司 Calyxt 表示，旗下基因编辑大豆制成的大豆油已经进入市场，根据其披露的公告，用于榨油的大豆是敲除了两个基因后产生的，这种基因编辑大豆制成的大豆油所含饱和脂肪酸比普通大豆油低 20%，有更长的保存期限。
但这也引发了不少争议。有人认为基因编辑农作物 (GE) 应当与转基因农作物 (GMO) 采取相同的监管和标识要求，另一些人认为两者并不相同。事实上，全球各国对转基因作物的管理各不相同，大部分国家也尚未出台针对基因编辑作物制定明确的监管政策。
转基因作物中最常见就是 BT 抗虫玉米，它通过加入一种来自细菌的基因，使得玉米获得对多种害虫的抵抗能力。低镉水稻则是一种基因编辑作物，它通过去掉一个水稻自身的基因，降低了水稻本身吸收镉的能力。华中农业大学生命科学技术学院遗传学教授林拥军告诉财新记者，转基因作物最大的特点是目标作物会出现 DNA 重组，有其他物种的外源基因插入；而使用 CRISPR/Cas9 进行基因编辑的作物，被编辑的片段本来就存在于作物自己的基因序列内。
2019 年，曾任北京师范大学生命科学学院教授的潍坊兴旺生物种业有限公司首席科学家王喜萍在一次研讨会上指出，在检测方面，转基因农作物由于转入的基因是外源基因，常规育种无法得到，与会发生天然基因突变或诱变后产生的植物有明显区别，但基因编辑农作物则很难与传统作物进行区分。
研究生物工程农作物相关法规的英国亚伯大学植物育种转化基因组学教授休·琼斯表示，原则上如果无法把农作物的基因编辑和农作物自然发生的变异区分开来，那么这就不是转基因作物。
事实上，美国并没有为转基因作物「量身定制」的法律。美国农业部动植物卫生检疫局 (APHIS) 依据的仍是 1957 年一部法律中对「转基因」的定义，该法于 1986 年增加了用于规范转基因作物的法律依据的条款。上世纪 60 年代，转基因作物大多都用根癌农杆菌介导对农作物进行生物工程改造。农杆菌被美国农业部定义为是一种可以将 DNA 插入植物基因组的「细菌性害虫」。因此，当时该法律明确「只有由细菌性害虫或其 DNA 构建的转基因作物」需要通过转基因法规进行规制。
既然转基因技术产生的农作物不受特别监管，只编辑生物本身 DNA 的基因编辑农作物则更是如此。2016 年 4 月，杜邦先锋公司表示，已使用 CRISPR/Cas9 技术开发出一种糯玉米，用于制造胶棒和沙拉酱乳化剂，预计最早于 2021 年在田间种植。就这一基因编辑玉米的产品，美国农业部公布了其对杜邦先锋「法规查询书」的回复，它「不认为该基因编辑玉米受美国农业部生物技术监管服务局的监管」。也就是说，这种基因编辑玉米的管理遵从的不是传统转基因作物的管理法规。
到目前为止，在美国开发基因编辑农作物的公司必须致函美国农业部查明其产品是否受 APHIS 监管。财新记者整理了 2013 年到 2019 年 7 月期间超过 44 封美国农业部公开发布的问询函回复，发现发函单位多为高校，申请事项为基因编辑作物的田间试验。但不管田间试验，还是前述提到的商业化案例，美国农业部均表示「由于在基因编辑的过程中没有引进『植物害虫』且作物本身不是植物害虫，因此案例不受《植物保护法》下 APHIS 的监管」。目前，包括糯玉米和抗褐变的蘑菇等基因编辑农作物已在美国上市。
欧盟对基因编辑作物的态度不尽相同。2018 年 1 月，欧洲法院的辅佐法官 Michal Bobek 曾发表万字评论称，根据 2001 年出台的一项法规，基因编辑农作物符合「转基因生物」的定义，但使用 2001 年后发明的技术修饰的作物也存在可以豁免的情况，只要它们不包含其他物种的 DNA 或人工 DNA。
欧盟委员 2001 年通过的该项法规把转基因定义为「除了人以外的生物，不是通过交配和/或自然重组等自然发生方式出现的基因改变」，也就是说，DNA 重组、细胞融合以及辐射诱变等技术都应归为转基因作物。由于生物诱变、化学诱变等技术在该法案出台前已应用多年，因此通过这些手段生产出的农作物可免于欧盟层面的风险评估和相关审批监管。
2018 年 7 月，欧洲法院裁定，基因编辑作物与转基因生物遵从相同的法规。所有在 2001 年后开发出的生物工程技术，包括 CRISPR/Cas9 技术在内的基因编辑技术，都将接受同样的风险评估和审批监管流程。
「随着基因编辑工具的出现，需要重新考虑转基因生物的当前定义和相应的调控框架，因为通过基因编辑方法实现的基因组修饰与转基因技术的基因组修饰非常不同。」 中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任朱健康的研究团队在《自然-科学综述》的一篇文章中这样写道。
从政策角度来看，国家法律和政策的制定需要一个过程。中国科学院遗传与发育生物学研究所基因组生物学研究中心主任曹晓风在一次研讨会上向财新记者表示，农业农村部已经召开了多次咨询会，基因编辑是一个特别新兴的技术，即便目前已有科学家获得了优良品质的作物，在申请安全证书前还要进行中间试验、环境释放和生产性试验，每步都需要很长时间，因此对基因编辑作物是否需要执行与转基因作物一样的监管，还有一定时间可以讨论。
进入临床的基因编辑
当然，基因编辑技术更具有想象力的应用还是在人身上，这就是基因治疗。需要指出的是，科学家迄今所进行的基因编辑都借用了大自然的力量，比如利用能够侵入细胞的病毒、微生物或被称为转录因子的蛋白质分子来定位 DNA 序列或传递正确的 DNA。这是因为人类基因组 DNA 上大约有 30 亿个碱基对，要用人力在其中找到需要修正的「问题碱基」，是一件大海捞针的任务。即使找到出错的碱基，要用人力精确剪除它，再找来正确的剪辑分子重新装到正确的位置上，也远远超出了人类当前的知识和能力。
直到今天，基因治疗的临床可行性还仅仅限于治疗最简单的单基因遗传疾病，而且还仅仅是给患者体内「放回」一个正常的基因拷贝，距离真正的「精确修复」致病基因还有漫漫长路。
单基因疾病是由于单个基因的 DNA 序列和功能发生变化导致的疾病。美国霍普金斯大学医学院支持的统计人类遗传基因疾病的 OMIM (在线人类孟德尔疾病信息) 数据库显示，目前全球明确的单基因病已经超过 8000 种，如眼睛失明、先天性耳聋等大部分遗传病都是由单基因遗传病导致，其中明确致病基因的遗传病都有治疗的可能。基因编辑这把「上帝的手术刀」，无疑在这些领域也有用武之地。
多细胞生物体内细胞在远古就分化为体细胞和生殖细胞两类，前者负责维持生存；后者则负责繁殖产生后代，携带遗传信息，能不断地自我复制与分裂。因此，编辑体细胞不会将人为造成的基因改变传递到下一代；而编辑生殖细胞或胚胎细胞，则可能会使人工造成的基因改造传递到下一代甚至更多代，编辑改造的也将不止特定的细胞类型，而是人的各种组织器官。王皓毅提到，编辑体细胞治疗疾病的尝试已经在全世界积极进行，有几个项目已进入临床试验。
创立于 1995 年的 Sangamo Therapeutics 已有三个基因编辑治疗项目进入临床 I、II 期期，分别是治疗血友病 B、MPS I (Hurler 综合征) 和 MPS II (亨特综合症)，采用的均是锌指蛋白核酸酶技术。
已经披露了两例临床试验结果数据的 CRISPR Therapeutics 是通过基因编辑技术在体外对患者的细胞进行改造，随后重新回输到患者体内，一项用于治疗 β-地中海贫血，一项用于治疗镰状细胞性贫血症。这可以算是真正意义上的 CRISPR 人体临床试验首秀。该公司针对治疗 β-地中海贫血的 CTX001 疗法还于 2018 年 12 月在美国也获得了临床试验批准，并已于 2019 年 2 月开始试验。
2018 年 11 月，美国生物科技公司 Editas 一项治疗眼疾的 CRISPR 基因编辑治疗临床试验获批，这也是全球第一个获批的 CRISPR 体内基因编辑治疗临床试验。据了解，研究团队将直接对致病基因 CEP290 基因进行编辑，并于 2019 年 7 月开始招募受试患者。
对任何一项用于临床治疗的新技术，人们最关心的是它的有效性和安全性。目前 CRSIPR 基因编辑治疗的领域主要集中在单基因突变引起的遗传病上。以 β-地中海贫血为例，根据 2016 年发布的《中国地中海贫血蓝皮书》，国内重型和中间型地中海贫血患者约有 30 万人，地中海贫血基因携带者则有约 3000 万人。
李大力告诉财新记者，新的基因编辑技术的出现使人们看到了改造特定基因序列、治疗疾病的希望，特别是无药可医的遗传性疾病等传统疗法无法解决的疑难杂症。 β-地中海贫血就是困扰中国南方以及东南亚与地中海沿岸国家的高发遗传疾病，病人需要定期输血、除铁治疗，费用非常高昂，同时也需要消耗大量的血库资源。根治 β-地中海贫血的传统方法是靠异体造血干细胞移植，但供体不足，配型困难是这一类病症面临的问题。在李大力看来，基因编辑治疗的一大优势就是有望通过对自体干细胞的基因精确改造，一次治疗实现终身治愈的效果。
修改基因不像修改文字那样简单，「魔剪」并非「万能剪」。基因编辑技术最具有争议的副作用之一是「脱靶效应」，通俗说就是内切酶 Cas9 切错了位置。比如，如果存在一些 DNA 序列与目标 DNA 序列长得很像，以至于向导 RNA 分辨不出来而「带错了路」，Cas9 就会切在非目标 DNA 序列上，导致脱靶。脱靶效应导致的结果也是不确定的，假如 Cas9 切在了没有遗传信息的位点上，可能并不会有什么严重后果，但也有可能切错了位点导致基因突变等问题。其他副作用还包括基因组缺失、嵌合体等风险。
大部分潜在风险发生的概率极低，但对个体而言，只存在发生和不发生两种可能。CRISPR/Cas9 技术编辑体细胞进行治疗，最主要的几种风险就包括前述提到的脱靶风险，这也是科学家们最为关注的问题之一。张锋曾在第二届人类基因组编辑国际峰会上表示，降低基因编辑的脱靶效应就是提高了基因编辑的安全性。研究表明，通过改变向导 RNA 与 Cas 酶的比例、先导编辑等方法，能在一定程度上降低脱靶效应的发生。而造血干、祖细胞的基因编辑方法，主要利用 Cas9 蛋白和向导 RNA 电转的方法，实验证明可脱靶风险降低。在开展临床研究方面，通过对不同向导 RNA 进行深度脱靶分析，可以筛选到现有方法检测不到的脱靶位点，这也是基因编辑能够开展临床研究的前提。另一种风险则是基因组缺失，具体表现在目标靶点没有发生脱靶，但它引起了周围 DNA 序列的大片段缺失或者是基因组的一些改变。这种情况一般不是由于脱靶造成的，而是由于中靶后造成了 DNA 双链断裂的损伤。由于人类体内可能存在的作用机理较为复杂，这些风险一旦发生，后果如何难以定论。
作为《自然》杂志 2019 年度评选出的十大科学人物之一，北京大学教授邓宏魁的研究团队展示了「CRISPR 基因编辑可以安全使用在成年艾滋病患者身上」。研究团队用 CRISPR/Cas9 技术治疗一名同时患有急性淋巴白血病和艾滋病的患者，他们从骨髓捐献者身上提取了与患者相匹配的造血干细胞，通过 CRISPR/Cas9 技术进行基因编辑，随后将它们移植到患者身上。邓宏魁研究团队在 CD4 免疫细胞上的 CCR5 基因敲除效率为 17.8%。截至研究发表时，患者已度过 19 个月的缓解期，骨髓移植似乎已经治愈了该患者的急性淋巴细胞白血病，尽管该患者的艾滋病仍未能治愈。
「理论上说，可能编辑效率要接近 90%，才能真正编辑到那些能发挥造血功能重建的干细胞。」李大力表示，「任何一种方法或药物，即便成熟的药物，都可能有副作用，最终考虑的是患者的获益远大于风险，真正为人类健康做出贡献。对一个新技术，就应在能达到最严格的检测和监管条件下，继续向前发展。」
编辑效率指的是编辑过的细胞占所有移植进患者体内细胞的比例，邓宏魁团队的试验中最终移植到患者体内的是包括 17.8% 编辑过的细胞和其他未编辑过的细胞一起的细胞群。李大力告诉财新记者，这一试验最大的贡献是明确了经基因编辑的人类造血干、祖细胞仍然具有重建造血系统的能力，初步证明了 CRISPR/Cas9 基因编辑治疗的可行性和安全性。但由于编辑效率不高，被编辑的细胞占比较小，对治疗艾滋病毒感染的疗效暂时还比较有限，长期疗效还有待进一步的随访观察。
近年基因编辑造血干、祖细胞的具体操作方法和流程又有了改进，基因编辑效率逐步提高。2019 年 3 月，华东师范大学生命科学学院研究员吴宇轩为第一作者发表在《自然-医药学》的论文提到，研究团队编辑后的造血干、祖细胞中靶向 BCL11A 调控元件序列的编辑效率可以超过 98%，在移植至免疫缺陷小鼠体内 4 个月后重建人源血液系统，同时保持着 90% 以上的编辑效率。财新记者从博雅辑因了解到，在非实验室的产业化条件下，通过对每一个操作环节选取最优条件进行组合并固化标准作业流程 (SOP) 后，对造血干细胞和 T 细胞的编辑效率也能达到 80%–90% 左右。
「潘多拉魔盒」已打开？
2019 年 6 月，俄罗斯国立皮罗戈夫研究型医科大学研究员丹尼斯·雷布里科夫发给《自然》杂志的一封电子邮件迅速登上科学新闻的头条。这位分子生物学家同时在俄最大的生育诊所库拉科夫国家医学妇产科研究中心领导一个基因编辑实验室，他表示将对人类胚胎进行编辑，编辑后的人类胚胎将被用于妊娠。这被很多人认为可能打开「潘多拉魔盒」。
雷布里科夫最开始也是计划通过敲除 CCR5 基因让目标获得对艾滋病毒的免疫，与贺建奎的基因编辑婴儿不同，雷布里科夫计划将编辑后的胚胎植入 HIV 阳性的母亲身上。4 个月后，他改变计划，准备编辑 GJB2 基因预防遗传性耳聋。他表示，在实验前会先寻求包括俄罗斯卫生部在内的三个政府机构的许可，并会在监管要求下及时披露相关进展。
CRISPR 基因编辑技术应用在胚胎层面，技术上除了脱靶效应等编辑体细胞时也可能会面临的风险以外，还可能面临前述提到的嵌合体风险。嵌合体风险是指，在胚胎时期进行基因编辑，受精卵分裂逐渐发育成胚泡的过程比较快，如果基因编辑工具没有马上切割目标 DNA 序列并产生突变，就会导致有的细胞内 DNA 序列被切割到，有的没有被切割；切割到的可能会出现比如有的切了 5 个碱基，有的切了 8 个碱基，这就导致了嵌合体现象，可能致使下一代的染色体异变。因此，一旦编辑后的胚胎用于妊娠，与脱靶等风险相比，嵌合体风险所面临的法律和伦理问题更大。
实际上，即便一对夫妇知道自己有可能将某些致病基因遗传给后代，也不需要选择采取风险未知的胚胎编辑方法。很多科学家认为，体外受精、植入前基因检测、产前检测技术都较为成熟，有致病遗传基因的父母可以选择精子库或卵子库中的供体，还可以选择领养孩子。从技术上来说，体外受精后再进行胚胎遗传筛选的方法已可以成熟使用，可以筛选出未受影响的胚胎转移到人类的子宫中，从而保证一对夫妇不会生下有该遗传病的孩子。
胚胎基因编辑引起全球广泛争议的一个原因是，如果允许其长成婴儿，编辑结果可以传给后代，这意味着一次编辑过的遗传信息将对一个物种产生永久性的影响，这些影响很可能会永远保留在人类的基因库中。2015 年和 2018 年两次国际人类基因组编辑峰会的声明均明确指出，当下对可遗传的基因组上临床进行编辑是不负责任的。目前，包括中国在内的全球多国已明确禁止基因编辑的胚胎用于妊娠。
在区域层面，1999 年已在欧盟生效的《奥维耶多公约》(下称《公约》) 对欧盟的生物医药发展具有约束力。《公约》第 13 条指出，对人类基因进行编辑的措施只能用于预防、诊断或治疗目的，且实现这些目的不涉及对后代基因组的改变。截至 2018 年，已有 35 个国家签署该公约，其中 29 个国家批准其正式生效。
欧盟学术水平靠前的英国和德国既没有签署也没有批准该《公约》。2015 年 10 月英国批准一项提案，允许研究人员开展一种以防止某些遗传疾病为目的的线粒体 DNA 替代疗法，这能让线粒体基因中携带致病突变的女性生下没有线粒体疾病的孩子。这一疗法同样涉及修改胚胎且会改变当事人后代的基因。
在生命科学领域研发较为领先的欧盟成员国中，荷兰已签署但并未正式批准该《公约》。人类受试者研究中央委员会 (CCMO) 主席 Joop van Gerven 接受财新记者采访时介绍，对单个国家而言，与基因编辑监管有关的是欧盟转基因生物法规和国家层面的《胚胎法》。荷兰的转基因生物法规与其他成员国差不多，与欧盟的转基因生物法规保持一致；《胚胎法》则涵盖了对胚胎和配子的研究，CCMO 每隔几年会对该法律进行一次审查。欧盟 2001 年出台的法规中对转基因生物的定义强调「除了人类之外」，因此人类的基因编辑不受该法规约束；荷兰国家层面的法律则明确禁止编辑用于妊娠的生殖细胞核中的 DNA。
除了法律法规层面，欧盟在经济上也与胚胎基因编辑划清了界限。《公约》第 19 条强调了人类基因编辑的道德准则，同时明确欧盟资助重大科技项目的「地平线 2020 计划」(H2020) 不会对以生殖为目的的人类克隆研究、为了学术研究或获取干细胞而需要创造人类胚胎的研究以及任何想要修改人类遗传资源并可能传至后代的研究等进行资助，而开发用于治疗严重联合免疫缺陷症基因药物以及用于癌症治疗的 T 细胞基因改造研究等则继续予以支持。H2020 是欧盟有史以来规模最大的科研创新计划。
在全球层面，2019 年 3 月，来自 7 个国家的 18 名基因编辑领域著名学者联合在《自然》杂志撰文，呼吁全球范围内明确暂停所有用于临床的人类生殖细胞编辑，并建立相应的国际监管框架。
科学家们的呼吁有其背景。技术的低门槛与民主化带来了基因编辑技术的急速发展，也让其滥用风险变得更不可控。尽管国际上已达成共识，认为目前进行会遗传至后代的临床基因编辑是不负责任的，但两例基因编辑人类胚胎用于妊娠案例的出现，意味着潘多拉魔盒已经打开。2019 年 2 月，世界卫生组织 (WHO) 成立发展人类基因组编辑治理与监管全球准则顾问委员会 (下称委员会)，将商讨建立相应的国际监管框架。
哈佛医学院院长乔治·戴利认为，许多细则亟待重新讨论。他在第二届人类基因组编辑国际峰会上表示，应当允许以诊疗为目的的基因编辑，比如治疗黑蒙性痴呆、镰状细胞性贫血症等；值得进一步讨论的应用范围则是疾病预防，包括敲除 CD4 免疫细胞上的 CCR5 基因以获得对艾滋病免疫的基因编辑等；基因编辑明确的「使用禁区」则应该是改变身高、记忆力等基因强化行为。
WHO 发展人类基因组编辑治理与监管全球准则顾问委员会在一份人类基因组编辑背景文件中提到，有几种情况不会引起任何需要讨论的特定道德或法律问题，包括通过基因编辑更快地药物筛选从而开发新药或更好的药物；在目标人群的诊疗流程中用基因编辑识别生物标记物，以及用于体细胞基因治疗的药物。
另一方面，委员会联合主席、美国国家医学科学院外务秘书玛格丽特·汉堡再次明确，现在这一阶段，任何对人类胚胎基因编辑的临床应用都是不负责任的。但她同时表示，委员会并未要求永久暂停此类研究，「我们希望着眼未来，建立一个负责的管理框架，禁令不是永久的解决办法」。
技术的发展很多时候会领先于对它的规制和伦理层面的讨论。目前，WHO 已经建立了一个涉及编辑人类基因组的全球研究注册中心，通过标准化、透明化的机制收集和整理所有涉及人类体细胞或胚胎细胞基因组编辑研究，包括临床试验，让所有人都有机会知道全球范围内有哪些涉及人类的基因编辑试验。
据 WHO 上述委员会 2019 年 3 月披露的计划，将在之后的 12–18 个月讨论并最终确定全球治理框架的工作计划。到那时，体细胞基因编辑治疗的监管要求是否会提高，人类胚胎基因编辑的禁期到底有多长，或许会得到一个初步答案。
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