腾讯WE大会｜艾滋癌症并非绝症，返老还童或将实现

活动：2016年11月6日，腾讯WE大会 笔记侠作为合作媒体，经主办方审阅授权发布笔记。

今日笔记侠客：Even 深度好文：5529字 | 7分钟阅读

我的标题是“编程生命”。看到这个标题你也许会感到有一些疑惑，生命不是机器，怎么编程呢？我们为什么要编程生命，我们又该如何编程呢？

我是一名生物工程师，在过去的10多年间，我一直在思考：

如何编程生命？如何让人活得更加健康？

作为一名工程师，我其实有时候非常羡慕我的同行IT工程师，在过去30年他们利用自己的智慧和创造彻底改变了我们的世界。从个人电脑到智能手机，到今天无人驾驶汽车，IT工程师们的创造已经进入到了我们生活的方方面面，跟他们比起来生命工程师的创造要小得多。

我们有很多梦想，但是很多都在路上，比如30年前我们就在梦想着使用基因来治疗疾病，攻克那些从来没有办法攻克的疾病，但是到今天这仍然是一个梦想。在这里我想说生物科技已经在飞速发展了，有很多梦想在不久的将来即将成为现实。

借用一个词，科技照亮了我们的梦想，帮助我们把它变成了现实。如果说IT是在高速上已经飞速行使了30年，那么生物科技也即将驶入这条高速路。虽然现在速度不是很大，但是加速度很大，在将来它必将一样高速行使。

当我们编程生命的时候，我们要考虑什么呢？当我们编程计算机的时候，我们希望计算机变得越来越智能，越来越聪明，就像我们人一样，所以我们叫做人工智能。但是当我们编程生命的时候，我们是反的，我们希望生命变得越来越简单、越来越容易被控制，产生我们期待的结果。

这两条不同的编程通路最终是会合的，区别在于计算机是我们人创造的，我们知道计算机的每一个细节，当它出现问题的时候，我们知道如何修整。但是生命不是我们创造的，是大自然创造了生命。

到今天为止我们知道的非常有限，当我们面对一个复杂的生命，我们面对的是一个巨大的黑盒子，很多时候我们只能猜测下面该怎么做，但是面对这样一个黑盒子：我们可以编程吗？

生命科学的进展告诉我们生命的程序是基因，基因的基本形态是DNA，DNA编码了RNA，RNA又编码了蛋白，蛋白产生了复杂的功能。信息的横向流动构成了我们的生命，在每一个人体内都有这样的DNA、RNA和蛋白的分子，一旦这种生命横向信息的流动出错，我们就会得病。不仅仅如此，生命还有纵向信息的流动，DNA从一代传给下一代，从爸爸妈妈传给孩子们，如果这个过程出错，人们就会得遗传病。

当我们编程计算机的时候，我们希望把计算机的程序改写，产生非常复杂的功能，比如我们今天常用的聊天软件和一些好玩的游戏，但是当我们编程生命的时候，我们应该怎么考虑？我们需要什么样的功能？我们需要能够通过编程NDA治疗我们的疾病，帮助我们预防更多可怕的疾病。

两种基因编程的方式：

第一种是修改DNA的序列，叫做基因编辑；

第二种是不修改DNA的序列，叫做基因开关。

他们都有什么用呢？

当我们在编程生命的时候，首先我们需要知道这套程序原来是什么，我们需要读取这套程序，这个过程叫做基因测试。

王俊博士说基因测序的价格会大大下降，它当时数据显示到了2012年，我把最近3年的数据找到了放在这里。我们可以看到基因测序的价格的确下降得非常快，超过摩尔定律，虽然还没有完全免费，但是大家感觉到基因测序就在你自己的身边随手可得。

1、基因编辑：修改DNA的序列

但是基因测序只是编程生命的第一步，比如你去医院做了很多检测和诊断，目的是为了后期的治疗，治好这个疾病。同样的，对于基因，读取是为了改写，如果DNA是生命的程序，除了读，我们还能够写吗？我们可以设想一下人体是一台计算机，那就是一台DNA的计算机，一台生命信息的计算机，我们能否像计算机一样，给人体添加一些按钮？

比如其中一个按钮是更改，当按下这个按钮的时候，任何发生错误的DNA就会发生自动修复，帮助我们纠正这些疾病；再比如另外一个按钮删除，可以帮助我们删除不想要的基因（如感染的病毒）。另外科技还有打开或者是关闭基因的按钮，帮助我们调整这些基因的功能。

如果有一天我们可以把人体做成这样的计算机，我相信很多疾病我们不会再感到害怕，很幸运的是最近几年出现了一项新的技术叫做CRISPR。CRISPR它在今天却是生物工程师眼中的希望，是人们用来攻克较难疾病的希望。

CRISPR是什么？

简单的说它就是一把剪刀，是一把DNA的分子手术刀，可以帮我们精确地剪切基因的某一个位置。

CRISPR由一个蛋白和ROA构成，这个蛋白从细菌中发现的叫做dCas9，本来的功能是细菌与细菌的敌人进行作战的武器，那细菌的敌人就是感染细菌的病毒，细菌通过使用这个蛋白可以精确地把它不喜欢的病毒剪切去除，而这个精确性来自于与dCas9结合的ROA，叫做向导ROA。

打一个比方：向导ROA像一个卫星导航系统，可以精确地把分子剪刀带到基因相应的位置剪切，而细胞有一个非常神奇的功能——基因修复，当你剪切它的基因的时，它就会努力地修复，并且按照你的指令修复。

向导ROA寻找DNA的方式是非常简单的，利用我们所熟知的剪贴互补原理。这就形成整个编程生物的基础，我们可以通过设计不同的向导ROA，设计不同的GPS，告诉这个剪刀跑到基因不同的位置编辑这些基因，通过编辑，我们可以插入一个基因，删除一个基因，或者是修改一个错误的基因。

那么CRISPR是什么？两个功能：

第一，GPS；

第二，剪刀。

它可以告诉这个分子该往哪走，到了以后切一下，这就是基于CRISPR的基因编辑技术。

2012年，当我还在伯克利做博士生的时候，我有另外一个想法：基因编辑虽然非常强大，但是有时也会犯错，这就好比任何东西都会犯错。CRISPR也一样，如果这种错误一旦发生在人的生殖细胞，这种错误就会传给后代，形成新的遗传病，而且很难逆转。那么我们的问题是：有没有一种方法让我们不必去修改基因的序列，但是同时又改变基因的功能？因为疾病最终是来自于功能的。

正是因为这个原因，我们发明了一种新的技术，我们把剪刀折断，这种技术叫做CRISPRi。i指的是干扰，简单的说CRISPRi是去除了剪刀的功能，所以不会对DNA造成任何的损伤，但是却保留了GPS的功能。它能够跑到基因的某个位置，同时我们可以对这个基因的GPS编程加上其它的智能功能，所以i也可以指智能，这个CRISPRi有什么用？

人的基因组由2万多个基因构成，这些基因细微的差异和不同的表达构成了我们个体的差异，当该表达的基因不表达，或者是不该表达的基因表达的时候我们就会得病，而这些疾病可以通过CRISPRi修复。假想一下，CRISPRi就是一把把的钥匙，它可以让我们用来精确开关基因组里的很多基因。

比如我们可以用CRISPRi关掉一些造成疾病的风险性基因：糖尿病、近视眼和癌症。同时我们可以用这把钥匙打开一些对我们有有益的基因，如打开一个增强免疫力的基因。在实验室里，我们可以使用很多把这样的钥匙，同时在人的细胞里打开关闭上百个基因，达到非常复杂的生命编程的过程。它的优点就是没有变异，我们不必要担心造成不可逆转、不可挽回的DNA变异。

2、基因开关：修改DNA的序列

首先我们可以攻克很多遗传病，目前统计显示有超过6000多种人类的疾病，而可以治愈的还不到5%，很多的治疗并不能从根本上消除遗传病，所以遗传病会伴随着病人的一生，甚至传给你的后代。使用基因编程的方式，我们就可以纠正这些遗传病，因为遗传病的根本是由于遗传的DNA发生了错误，我们可以把它进行修整。

生物工程师现在正在使用这些基因编程的工具，针对很多种不同的遗传病寻找解决的方案，像通常见到的秃头、这是遗传造成的；肥胖则是由遗传和环境一起造成的。这些都可以在将来有一天通过基因编程的方式彻底修改，你再也不必要担心得这种疾病。

在研究上，我们非常关注一些影响广泛，同时对健康损害又非常大的疾病，比如镰刀型贫血症。读过生物都知道，这是生物教科书的经典病例，它的成因非常简单：一个编码血球蛋白的基因发生了突变，这种突变让病人的一生都没有足够的吸氧能力，寿命大约只有二三十岁。

那么治疗方案是什么？修正这个错误。

如果这个错误是由坏的基因造成的，把这个基因修好了，这个疾病就消失了，而且永久消失了，这也是基因编程所带来的任何医学的其它疗法没有的效果。

其实我们可以把人类的疾病简单分成两类（生物工程师的分类）：

第一种是人得了不该得的东西，造成的疾病；

第二种是你丢掉了一些需要的东西，造成的疾病。

那么什么东西，我们不希望有呢？

比如艾滋病、HIV病毒可以感染人的免疫系统，并且长时间潜伏在里面，造成免疫系统的缺失。目前治疗艾滋病的方式主要是通过控制HIV的传播，以及延缓HIV的发作， 费用昂贵，而且并不能从根本上消灭HIV。

我们中国人讲究治本，怎么根治HIV？

我们可以用CRISPR剪刀的方式把它切掉，最近科学家证明从基因组里如果删掉造成艾滋病的HIV病毒序列，这个病毒就从病人体内永久消失。大家可以设想如果每个人都进行这样的编辑，HIV就从地球上永远消失，人们再也不用担心将来得艾滋病。

同样的方法也可以用于别的病毒，比如乙肝病毒。

数据显示中国得乙肝病毒的病人数量超过全世界其它国家的总和，因此中国人对乙肝病毒有一种敬畏。乙肝病毒也是一种DNA病毒，它长期潜伏在我们的肝细胞里，并通过这种潜伏影响我们的肝脏功能，甚至造成肝癌。既然是DNA病毒就可以通过DNA编程的方式加以修改、删除，乙肝病毒再也不存在我们的体内。设想一下有一天中国再也没有遇见患者，甚至再也没有乙肝的携带者，那会是非常美好的世界。

我们非常不喜欢的就是癌症，癌症是由于癌细胞的扩增、繁殖和转移造成的。癌细胞非常顽固，难以消灭，而且它可以生长在各个不同的器官，所以有很多不同的癌症。

一个比较惊人的数字是全世界目前的癌症患者正在上升，仅在中国一年有400多万的新增癌症患者，超过200多万的患者死亡，每10秒钟就有一个癌症患者死去。

目前治疗癌症的方法也比较单一，主要是手术切除或者是大剂量的化疗，这些方法并不能从根本上治疗癌症，只不过在很多时候延缓了癌症病人的死亡。

怎么样才能从根本上治疗癌症病人？

把癌症变成一种慢性病，像糖尿病一样，我们就不必要再担心死亡。

有一种方案就是编程我们的免疫系统，免疫系统是我们身体的一道防线。免疫细胞就像警察一样帮助我们去除那些我们不喜欢的东西，比如病毒、细菌或者癌细胞。

其实编程免疫系统不是新的概念，这个概念叫做免疫治疗，在很久以前人们一直在想象着如何通过免疫系统杀死我们的癌细胞，通过的免疫治疗使用的免疫细胞会游走于全身各个器官，对很多器官造成不必要的伤害。我们的问题是能否通过生命编程的方式来编程这些免疫细胞，让这些免疫细胞变得非常精准，只杀死需要杀死的细胞。

比如在实验室里我们正在通过这种精准的方法编程免疫细胞，让免疫细胞只进入到肺部，去杀死肺癌细胞，而不会进入到身体的其它任何器官，不会造成其它任何器官的损伤。

同样的方法也可以应用于我们可以编程免疫细胞进入到身体其它任何气管，对于某些病人唯独不进入肺里，比如他们的肺部非常脆弱，是有非常大帮助的。中国在免疫治疗研究上还是非常前沿的，有很多世界首次的临床实验。

以上是一些我们得到了一些不喜欢的东西而造成的疾病，还有一大类疾病是因为我们失去了本来该有的功能，比如组织损伤、气管衰减和老年痴呆、神经系统受到了损伤。解决方案可以是通过生命编程结合再生医学，让这个气管再生。

最近和斯坦福医学院临床医生合作，我们在使用编程的方式解决骨再生的问题。大家知道老年人和糖尿病患者的骨头一旦受损修复是非常漫长的，解决的方案可以通过是编程杆细胞的方式，让杆细胞短时间内快速再生出高质量的骨头。而我们的实验在小鼠模型里面发现本来不可以再生的骨头，通过两周时间内快速再生出高质量的骨头。

同样的方法也可以适用于更复杂的气管，比如再生心脏，让心脏重新恢复功能，甚至可以让人们返老还童。如果把年轻小鼠的血打入到年老的小鼠体内，它就会恢复认知能力和青春。同样的方法在我们看来，可以通过生命编程的方式变成某种细胞，促进人体的返老还童。

西方的医学大量依赖于化学，对于每一种疾病，他们的希望是找到小分子药物，这种小分子药物非常神奇，可以治疗这种疾病。但是事实上对于很多疾病，我们要找到这种有效的药物或者小分子药物，非常昂贵，因为整个过程非常烦琐，我们负担不起。

既然很多疾病是由基因的原因造成的，那么我们就应该用基因的方式加以解决，所以未来的医学基于生命的本身，不是基于化学的。比如我们可以通过编程的方式研制基因药物，这些基因药物可以帮助我们应对未来可能发生的新疾病、新病毒，或者帮助我们解决几千年来我们都没有办法攻克的疾病。

因为整个过程是编程的过程，所以整个过程可以设计、预测，就像你编程电脑里面的程序一样，研发成本会大大下降，使整个医疗系统会更加健康。现在随着人口的增加和老龄化医疗系统的负担增重，在任何一个国家都是一样的。通过设计药物新的方法，可以帮助我们减轻医疗系统的负担。

除了人以外，地球上还有很多其他生命，通过编程其他的生命，我们可以做一些对人类有益的事情。比如治理污染，有科学家可以编程微生物细菌，让这种细菌非常高效地吃掉污染水源和土壤的油污，从而清理掉污染水和土壤油污的存在，除去那些重金属，有毒的化学物品的泄漏，同样的方法也可以用于净化水源、土壤。当然这些微生物放到环境里会发生什么样的过程，还需要很多的研究。

基因编程的方式目前正处于起点，但是它却能帮助我们克服很多的疾病，包括癌症、老年痴呆、传染病和器官损伤。要想让这个成功，不仅需要生命工程师的存在，也需要产业的存在，需要有一个完整的生物科技产业不停地创新，不停地支持将科技转化为临床、转化为医学，并且与医学完美的结合。

其实作为一个生物工程师，很多年以前我曾经疑惑，自己为什么会进入这个领域？学过生物的人都知道，生物不是一个非常容易的领域，充满太多未知的东西，失败率非常高。但是我读过一段话，让我感到这对人类还是有一些意义的：“医治伤患、逆转时间、改变命运。”

我想这也是很多生物工程师的最终愿景，谢谢大家！

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原文始发于微信公众号（笔记侠）：腾讯WE大会｜艾滋癌症并非绝症，返老还童或将实现