图4–4 
有史以来，人们第一次可以探索人类细胞中特定基因的功能了。
2009年，我和同事用这个方法在人类细胞系中研究一个叫作TPC2的蛋
白，它会在一个叫溶酶体的细胞结构的表面形成小孔，我们发现它在产
生钙信号的过程中起到关键作用。 392以前，溶酶体只被认为是细胞
的“垃圾桶”，能吞掉细胞中的废弃物，但像我们这样的研究表明它还有
一个重要的功能，就是通过钙信号调控各种细胞过程。 393
虽然RNA干扰技术有以上这些重要的优势，但也有一些局限性。其
一是，它对蛋白质生成的抑制经常是不彻底的，不像在DNA中敲除基因
后可以完全阻碍基因表达。另外，这个方法只能被用来抑制基因表达，
而不能像我们讲过的敲入方法一样引入微小的改变。因此，当CRISPR
基因组编辑技术刚被开发出来时，一个显而易见的问题是，它能否被用
来在体外培养的人类细胞中制造基因敲除或敲入。证明它有这个能力
的，是一名我们前面讲过的科学家——张锋。
我们在第三章看到，张锋读博士时师从卡尔·戴塞尔罗斯，他的导
师后来评价说，“张锋的技能对光遗传学的创立绝对是不可或缺
的”。 394然而，在生物科技的一个新兴领域留下自己的印记，对张锋而
言显然是不够的。他曾被称为“技术界的迈达斯 [1] ”，就是因为他在生
物科技的多个领域都有先驱性贡献。 395他在哈佛大学保拉·阿洛塔
（Paola Arlotta）实验室做博士后时发明了一种TALE的用法，不是用它
来切割基因，而是人为地激活基因。阿洛塔后来曾称赞张锋极富开创性
解决问题的能力。“他有一种能把事情简化的能力，”她说，“这种天赋
不是每个人都有的。” 396在麻省理工学院的博德研究所建立自己的实验
室之后，张锋在一次科学顾问委员会会议上听了一个关于CRISPR的报
告。“我觉得有些无聊，”他说，“在那位研究者讲的时候，我直接用谷
歌搜索了一下。” 397然后他去迈阿密参加一个会议，但在那里，他一直
在阅读关于CRISPR的论文，在笔记本上写满了如何用它来修改人类基
因组的想法。“那是一个极其激动的周末。”他评论说。 398回到波士
顿，张锋马上开始尝试是否可以使用这项技术编辑体外培养的人类细
胞。2013年年初，他发表了自己的发现，表明用这项技术可以在人类细
胞中同时敲除不止一个基因，而是多个基因。事实上，他不是追逐这个
目标的唯一一位科学家，在张锋发表论文的同一期《科学》杂志上，乔
治·丘奇发文称，他也用CRISPR/CAS9编辑了人类细胞。 399
事实证明，在人类细胞系中敲除基因的能力对揭示基因的功能非常
重要。人类基因组计划表明，我们的基因组中有22 000多个基因，但我
们对它们功能的理解还很不完整，很多重要的细胞过程的分子基础也非
常不清楚。我们需要把特定的基因与特定的细胞过程联系到一起，在这
方面，我们还有很多工作要做。其中一个方法是，逐一敲除单个基因，
然后评估该基因敲除对某一过程的影响。但如果使用这种策略，筛查整
个基因组可能要花很多年。有一个更强大的方法，是进行所谓的“全基
因组筛查”。 400在这样的筛查中，细胞被培养在几千个网格状排列
的“小孔”里，每一个孔里加入一个CRISPR/CAS9构件，抑制一个特定基
因的表达。人类基因组中有超过22 000个基因，那我们就需要筛查同样
多的小孔，之后还要再对所有小孔进行与我们感兴趣的某一细胞过程有
关的测试。
张锋领导的团队进行了这样的筛查，并找到了一些与体外培养的人
类黑色素瘤细胞产生维罗非尼抗性有关的基因，这种药物是用来治疗皮
肤癌的。 401因为药物抗性是一些癌症在初次治疗成功后复发的主要原
因，这项研究的结果可以为医生设计对抗抗药性的方法提供重要信息。
另外一项由张锋和同在麻省理工学院的菲利普·夏普（Philip
Sharp）共
同领导的研究，是用基因组编辑技术在小鼠中筛选与肿瘤形成有关的基
因。夏普说，因为“肿瘤演化具有一套极其复杂的过程，有一系列特
征，受到多个基因网络的控制”，因此在活体动物中研究癌症是很重要
的。 402
这项研究的目标是发现参与癌症转移的基因。在癌症转移过程中，
恶性增殖的细胞会逃出它的起源组织，被血液带到身体各处，传播癌细
胞。首先，研究者用基因组编辑技术在体外培养的小鼠肺细胞中敲除基
因组各处的基因（见图4–5），然后把这些细胞注射入活鼠体内，在某
些情况下，小鼠产生了能转移的癌细胞。通过分离癌细胞并对其基因组
进行测序，研究者可以找出这些癌细胞中是哪些基因被敲除了，从而认
识到这些基因在癌细胞转移中的作用。张锋相信，这项研究“代表着使
用CAS9来发现引起癌症等复杂疾病的基因的第一步”。 403