前面深度報道了3000萬天價神藥（針對脊髓性肌萎縮癥 Spinal Muscular Atrophy的基因療法AVXS-101）背后價格昂貴的原因，而其同時，也是人類基因療法歷史上的又一個重大突破，具有里程碑式的意義。

關(guān)于基因療法，它包括出生前的胚胎基因選擇，以及出生后通過基因編輯技術(shù)等手段糾正缺陷。一個是先天避免缺陷胎兒誕生，一個是后天糾正缺陷、治療疾病。而關(guān)于胚胎的基因選擇，就離不開基因檢測技術(shù)。也就是說，基因檢測負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)缺陷，基因編輯負(fù)責(zé)糾正缺陷、治療疾病。

基因檢測是通過分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的手段，檢測出DNA分子結(jié)構(gòu)水平或蛋白表達(dá)水平是否異常，分析各種疾病預(yù)警基因的情況，從而使人們能及時了解自己患某種疾病風(fēng)險的概率，及時采取應(yīng)對手段，達(dá)到防患于未然的目的。基因檢測能早期評估患病風(fēng)險，指導(dǎo)個性化用藥以及個性化精準(zhǔn)醫(yī)療方案的制定。

基因檢測作為一項革命性的新型醫(yī)療技術(shù)，得益于人類基因組計劃（1990-2003）的成功開展。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著高通量測序技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，逐漸成熟并產(chǎn)業(yè)化，而近年來的進(jìn)展則尤其引人注目。目前最新型的基因測序設(shè)備NovaSeq 6000已經(jīng)可以實現(xiàn)2天內(nèi)測完整個人的全部基因信息（30億堿基單位），而且整體費用在1千美元以內(nèi)！對比人類基因組計劃花費10年多時間并投入30億美元的事實，堪稱指數(shù)級的價格下降！

成就令人振奮！按照當(dāng)前的發(fā)展速度，我們將很快實現(xiàn)人人基因組測序，屆時每個人都能夠獲知自己全部的基因秘密，實現(xiàn)主動預(yù)防疾病，指導(dǎo)健康生活，人類的健康狀況將因此達(dá)到歷史最高水平，實現(xiàn)百歲以上的平均壽命！

基因檢測的發(fā)展歷程

從1977年第一代DNA測序技術(shù)（Sanger法），發(fā)展至今三十多年時間，測序技術(shù)已取得了相當(dāng)大的發(fā)展，從第一代到第三代，測序讀長從長到短，再從短到長。測序技術(shù)的每一次變革，都是對基因組研究，疾病醫(yī)療研究，藥物研發(fā)等領(lǐng)域的巨大推動作用。

第一代測序技術(shù)，主要基于 Sanger雙脫氧終止法的測序原理，結(jié)合熒光標(biāo)記和毛細(xì)管陣列電泳技術(shù)來實現(xiàn)測序的自動化，基本方法是鏈終止或降解法，人類基因組計劃就是基于一代測序技術(shù)。第一代的Sanger測序技術(shù)的優(yōu)點是，測序讀長長，能達(dá)到800-1K bp，且測序用時短，只需要幾十分鐘即可完成一次測序，測序準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確性高達(dá)99.999%，目前仍是測序的金標(biāo)準(zhǔn)；缺點是通量低、成本高，影響了其真正大規(guī)模的應(yīng)用。因而第一代測序技術(shù)并不是最理想的測序方法。經(jīng)過不斷的技術(shù)開發(fā)和改進(jìn)，第二代測序技術(shù)誕生了。

第二代測序技術(shù)的代表是高通量測序技術(shù)（NGS），自2005年的第一臺基于焦磷酸測序二代測序儀開始，到2017年Illumina推出NovaSeqTM系列，經(jīng)歷了十幾年的技術(shù)發(fā)展過程，也經(jīng)歷了一系列的收購和合并，最終形成三家主要的測序平臺，包括：Solexa平臺、Ion Torrent平臺和Complete Genomics平臺。高通量測序技術(shù)經(jīng)歷了十幾年的飛速發(fā)展，人類基因組測序成本已經(jīng)從人類基因組計劃的約30億美元降到了1000美元左右。目前二代測序設(shè)備在通量、準(zhǔn)確度上都有了較大的提高，同時測序成本也隨之大幅度下降，成為商用測序的主流。

第三代測序技術(shù)的代表是Heliscope單分子測序儀、SMRT技術(shù)和納米孔單分子技術(shù)，被認(rèn)為是測序技術(shù)在近兩年中新的里程碑。與前兩代技術(shù)相比，他們最大的特點是單分子測序，測序過程無需進(jìn)行PCR擴增，其中，Heliscope技術(shù)和SMRT技術(shù)利用熒光信號進(jìn)行測序，而納米孔單分子測序技術(shù)利用不同堿基產(chǎn)生的電信號進(jìn)行測序。三代測序設(shè)備在DNA 序列片段讀長上優(yōu)于二代設(shè)備，但在準(zhǔn)確度上較二代設(shè)備差，目前尚未完全成熟，市場應(yīng)用面還不算廣，未來隨著技術(shù)的改善，三代測序設(shè)備將更為穩(wěn)定和成熟。

三代測序和二代測序相比較，第二代測序技術(shù)的優(yōu)點是成本較之一代大大下降，通量大大提升，但缺點是所引入PCR過程會在一定程度上增加測序的錯誤率，并且具有系統(tǒng)偏向性，同時讀長也比較短。第三代測序技術(shù)是為了解決第二代所存在的缺點而開發(fā)的，它的根本特點是單分子測序，不需要任何PCR的過程，這是為了能有效避免因PCR偏向性而導(dǎo)致的系統(tǒng)錯誤，三代讀長超長，準(zhǔn)確低，費用高，但因讀長長，利于組裝和發(fā)現(xiàn)unique reads潛在優(yōu)勢明顯，但是劣勢也限制了三代測序的商業(yè)應(yīng)用。

基因編輯技術(shù)是指特異性改變目標(biāo)基因序列的技術(shù)。其發(fā)展是指數(shù)式的增長。在幾年的時間里，已經(jīng)有了百萬倍的改善。基因編輯具有類似“手術(shù)刀”的潛力，可以從根本上治療從癌癥到罕見遺傳病的大量疾病。基因編輯技術(shù)代表了藥物研發(fā)的新紀(jì)元。

治療性基因編輯研究的指數(shù)級增長得益于近30年來基因治療的基礎(chǔ)研究突破。30年前，第一次基因編輯是在酵母細(xì)胞實驗中完成。直到過去幾年，CRISPR-Cas9技術(shù)的出現(xiàn)，使得基因編輯技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2015年，CRISPR-Cas9被《科學(xué)》雜志評選為2015年度的突破技術(shù)。由于簡單性和低成本，它目前是最受歡迎的基因編輯技術(shù)，廣受學(xué)術(shù)科學(xué)家，投資者，企業(yè)家，生物制藥業(yè)內(nèi)人士以及公眾之間的擁躉。

需要強調(diào)的是，基因組編輯（特別是CRISPR-Cas核酸酶）仍處于其實驗和臨床初期階段，仍存在一些潛在的可行性和安全性問題，可能會影響臨床應(yīng)用，這問題將需要進(jìn)一步的臨床前研究、適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃途脑O(shè)計的臨床試驗來一一克服。

雖然基因編輯最初的重點主要針對罕見的遺傳性疾病，但它其實具有更加廣泛的應(yīng)用。它可以用于攻擊傳染人類的病毒，或者通過修改蚊子等生物的基因來預(yù)防傳染疾?。ㄈ绡懠玻┑膫鞑ァ?/p>

小知識：目前主要的基因編輯技術(shù)都是在細(xì)胞內(nèi)利用外源切割復(fù)合體特異性識別并切割目的基因序列，在目的基因序列上制造斷裂端，這種斷裂端隨即會被細(xì)胞內(nèi)部的DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)，重新連接起來。在此修復(fù)過程中，當(dāng)有修復(fù)模板存在時，細(xì)胞會以修復(fù)模板為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)，從而實現(xiàn)對基因序列的特異性改變，即基因編輯。

基因編輯技術(shù)研究歷程也并非一帆風(fēng)順

自1953年沃森和克里克兩位科學(xué)家提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以來，人們一直都在積極探索著高效便利的基因編輯技術(shù)。

上世紀(jì)80年代，科學(xué)家在小鼠胚胎干細(xì)胞中通過基因打靶技術(shù)實現(xiàn)了基因編輯（2007年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎），但此技術(shù)在其余細(xì)胞內(nèi)效率極低，應(yīng)用受到了極大的限制；

上世紀(jì)90年代，基于細(xì)胞內(nèi)不同鋅指蛋白可特異性識別DNA上3聯(lián)堿基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特點，人們通過鋅指蛋白偶聯(lián)Fokl的策略逐漸發(fā)展出了一種新的基因編輯技術(shù)--鋅指蛋白核酸酶技術(shù)（Zinc Finger Nucleases, ZFNs）。但此技術(shù)專利被公司壟斷，且鋅指蛋白數(shù)量有限，可以識別的DNA序列數(shù)量有限，其應(yīng)用也受到了很大的限制。

20世紀(jì)90年代后期和21世紀(jì)初，研究人員使用g-逆轉(zhuǎn)錄病毒載體對T細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，引起編碼白細(xì)胞介素-2受體或腺苷脫氨酶的基因的功能喪失，結(jié)果顯示重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者的免疫功能明顯改善。盡管g-逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的HSC轉(zhuǎn)導(dǎo)效率相對較低，但基因修飾的T細(xì)胞依舊能夠擴增并填充T細(xì)胞區(qū)室。慢病毒載體獲得的HSC的高轉(zhuǎn)導(dǎo)效率使得基因治療方法更廣泛地應(yīng)用于血液疾病和腫瘤的治療。

2009年的實證表明，細(xì)菌蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄激活劑樣效應(yīng)子（TALEs）很容易被改變，從而為TALE核酸酶（TALENs）的創(chuàng)造打開了大門。這些酶可以有效地切割任何DNA序列。然而，TALEN法仍需為每個DNA設(shè)計一對特定的核酸酶。

2012年，基因組編輯格局發(fā)生了變化。Doudna和Char-pentier發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas9核酸酶組成的細(xì)菌防御系統(tǒng)可以通過設(shè)計與目標(biāo)位點互補的特定短指導(dǎo)RNA（gRNA）來切割DNA。CRISPR-Cas9核酸酶技術(shù)迅速應(yīng)用到哺乳動物細(xì)胞中，從而簡化了編輯過程。TALENs和CRISPR-Cas9核酸酶實現(xiàn)了快速重新編程，現(xiàn)在廣泛用于基礎(chǔ)研究中?；蚪M編輯技術(shù)為修正或改變基因組提供了精確的解剖刀，并且克服了依靠病毒載體介導(dǎo)的半隨機基因組插入的缺點。

基因組編輯進(jìn)入臨床的步伐越來越快。工程化的鋅指核酸酶（ZFNs）已被用于破壞人類T細(xì)胞和HSCs中的CCR5（C-C基序趨化因子受體5型）的表達(dá)，幫助這些細(xì)胞抵抗HIV感染。TALEN已被用于制造可防止移植物抗宿主?。℅VHD）的CAR-T細(xì)胞。

此外，在急性骨髓性白血病和漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞腫瘤中，TALEN編輯的CAR -T細(xì)胞的早期試驗已經(jīng)開始。同時，美國食品和藥物管理局（FDA）已批準(zhǔn)啟動三項ZFN介導(dǎo)的治療性基因體內(nèi)插入肝細(xì)胞白蛋白基因座的臨床試驗，目的是為血友病B患者提供IX、aL 基因，并為II型粘多糖?。∕PS II）患者提供艾杜糖醛酸-2-硫酸酯酶基因。體內(nèi)基因組編輯治療的第一位參與者已經(jīng)參加了MPS II試驗，通過AAV靜脈輸注，實現(xiàn)肝臟基因組的精準(zhǔn)編輯。

過去的一年中，基因組編輯方面的進(jìn)展一度突飛猛進(jìn)，來自多個臨床試驗的成熟數(shù)據(jù)的發(fā)表顯示了各種嚴(yán)重人類疾病的基因疫苗的有效性和安全性。在政府和慈善機構(gòu)的支持下，從事基礎(chǔ)研究和臨床研究的科學(xué)家與臨床醫(yī)生將繼續(xù)創(chuàng)新并提供新的或改進(jìn)的技術(shù)。但目前仍然存在許多挑戰(zhàn)，例如通過整合基因遞送載體或脫靶基因組編輯來處理基因毒性，將基因轉(zhuǎn)移或編輯效率提高到能夠有效治療疾病的水平，解決重復(fù)體內(nèi)施用載體引起的免疫應(yīng)答，就有關(guān)爭議的問題達(dá)成社會共識等等。

基因檢測技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)基因的缺陷，基因編輯技術(shù)可以糾正缺陷，治療疾病?；驒z測的價格已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是當(dāng)初30億美元的天價，而是降到了1000 美元以內(nèi)，而且，未來還會繼續(xù)下降；基因編輯技術(shù)近幾年也已經(jīng)有了百萬倍的改善，雖然還有很多挑戰(zhàn)需要一一克服，但相信，在未來，基因編輯技術(shù)不僅會成為治療罕見遺傳病的希望，而且隨著商業(yè)化發(fā)展，價格一定會降到普通老百姓能夠接受的水平，應(yīng)用范圍也會更加廣泛。