2019年2月，一篇Science上的高水平论文在朋友圈刷了屏。这篇论文由中国科学院神经科学研究所灵长类疾病模型研究组主导，中科院计算生物学研究所和斯坦福基因技术中心配合完成。文章中设计了一种GOTI（Genome-wide Off-target analysis by Two cell embryo Injection）检测方法，来分析不同基因编辑方法的脱靶问题。
研究团队在利用GOTI对CRISPR-Cas9、BE3（base editor 3）和ABE7.10（adenine base editor7.10）三种不同的基因编辑方法进行了分析之后，得出了与大家普遍认知不符的结论：BE3的脱靶情况远高于其他两种。
这一发现直接影响了基因治疗行业的发展状况，为所有的基因治疗企业敲响了治疗安全的警钟。而设计出这一精妙检测方案的，正是中科院神经所的杨辉团队。
潜心钻研，终获“三大”满贯
杨辉研究员，2003-2007年就读于上海交通大学生命科学学院，获生物技术学士学位。随后来到了中科院生化细胞所的李劲松课题组继续攻读博士学位。李劲松课题组多年以来从事胚胎发育及iPSC（人工诱导多能干细胞）方面的研究，在基因编辑技术方面颇有建树。
在跟随李劲松研究员学习的过程中，杨辉逐渐明确了自己未来的研究方向，并在基因编辑方向上不断深入。在生化细胞所短短五年的研究过程中，就先后发表了8篇高水平学术论文，其中还包括以第一作者身份发表的一篇Cell和一篇Nature。
2012年，在李劲松教授门下打下了良好基础的杨辉博士随后来到了MIT（麻省理工学院）的Whitehead Institute从事博士后研究工作，师从Rudolf Jaenisch，在基因编辑方面继续深入。
Rudolf Jaenisch这位学术泰斗级的人物曾构建出第一个转基因小鼠模型，在多年的研究生涯中，在表观遗传、克隆、干细胞领域都颇有建树。来到Rudolf Jaenisch门下的杨辉博士继续潜心钻研基因编辑动物模型，浑然不知一场基因编辑技术的革命已经悄然来袭。
杨辉博士刚刚来到美国不久，Whitehead institute隔壁Broad Institute的张锋团队就证实了CRISPR/Cas系统可以用于真核细胞中的基因编辑。这一突破性进展在当时轰动一时，张锋博士也被Nature评为2013十大科学人物之一。
当时的CRISPR/Cas系统还不像现在这样成熟，基因编辑主要使用的是锌指核酸酶和TALEN系统。但是杨辉博士敏锐的意识到了CRISPR/Cas系统未来的应用前景，联同自己当时的同门，现在在中科院动物所任职的王皓毅博士迅速开展有关CRISPR/Cas在小鼠模型上的应用研究。研究进展非常顺利，二人在短短几个月内就完成了两项研究，研究成果分别登上了2013年4月和2013年9月的Cell。
从美国归国之后，杨辉博士来到中科院神经所担任灵长类疾病模型研究组负责人，继续从事基因编辑动物模型，尤其是灵长类模型的相关研究。当时只有28岁的杨辉是中科院神经所最年轻的研究员。虽然文章也陆续发表在Nature Neuroscience、Cell Research、Genome Research、Developmental Cell等高水平期刊上，但是却始终没能跨过顶级期刊的门槛。
作为一个曾不止一次在顶级期刊上发文的科研人员，这样的成果显然不能让杨辉研究员满意。这一次发表于Science上的论文，不仅帮助杨辉研究员完成了Science、Nature和Cell“三大”的满贯，也是杨辉博士归国后第一篇发表在顶级期刊上的文章。
“当时得知文章被Science接收，实验室成员都是非常兴奋的。”杨辉团队的副研究员姚璇博士这样回忆当时的场景。虽然从他的声音上，并没有听到太多波澜。因为科学研究本身是个厚积薄发的过程，这五年来杨辉课题组在科研上的积累，一篇顶级期刊的接收还只是回报的开始。
用GOTI检测方法，为基因编辑拉响安全警报
说到这篇Science，我们的故事要回到2017年。2017年在Nature Methods上发表的一篇文章表示，CRISPR/Cas9系统有严重的脱靶问题。当时的杨辉团队在使用的主要技术手段就是CRISPR/Cas9系统，而他们在多年的使用中并没有遇到该文中提到的大规模脱靶问题。
他们在认真审视了该篇Nature Methods之后，认为该文的实验设计有问题，检测到的脱靶情况都是由于背景导致的。于是杨辉研究员当即决定要用严谨的实验内容来驳斥该篇论文，并迅速的设计出了精妙的GOTI方法。
在动物模型的选择上，GOTI使用双细胞期的小鼠胚胎进行实验。相比于杨辉研究员回国后一直专注的灵长类模型，小鼠模型的基因编辑系统更完善，更能保证实验的顺利进行。小鼠胚胎细胞本身带有受LoxP-STOP-LoxP调控的红色荧光基因。双细胞的其中一个通过显微注射进行了基因编辑。
经过了基因编辑的细胞由于基因编辑系统切开了LoxP位点导致STOP失效，这个细胞分裂产生的后代细胞会表达红色荧光蛋白。而另一个没经过基因编辑的细胞及其后代细胞则不会。通过流式细胞术可以分选出经过基因编辑的细胞和未经过基因编辑的细胞。从而对基因编辑的效率和脱靶情况进行后续检测。
GOTI实验设计最精妙的一点在于选择了双细胞期的胚胎进行实验。由于细胞分裂过程中的自然突变情况，使用普通的细胞株进行脱靶情况监测难以避免自然突变情况带来的实验背景干扰。而双细胞期胚胎的两个细胞由同一个细胞分裂而来，在一次分裂中产生的自然突变几乎可以忽略不计。
并且胚胎干细胞的体积较大，可以使用显微注射技术进行基因编辑。这样可以保证各组之间的基因编辑效率保持一致，防止转染效率造成的组间差异。这一系列实验设计可以将实验背景对实验的影响降到最低。
当时的杨辉研究员只是希望通过这种方法去驳斥之前的文章，因此在证明了CRISPR/Cas9系统的安全性之后，就迅速整理实验结果向Nature Methods投了稿。然而却遭到了拒绝。在他们进行实验的过程中，已经有其他研究团队通过计算的方法证伪了之前文章的内容。
虽然投稿碰壁，但是杨辉研究员对于自己团队设计的GOTI检测方法还是很有信心，于是决定用GOTI方法对基因编辑系统做更进一步的研究。
2016年问世的BE3(base editor3)单碱基编辑技术在当时正是基因编辑领域的热门内容，并且当时学术界的主要观点是BE3相比于其他类型的基因编辑技术要更安全。
杨辉研究员对实验的最初设想是对比BE3和传统的CRISPR/Cas9系统的脱靶情况，以进一步证实BE3的安全性。然而与实验预期大相径庭的是，BE3系统在基因编辑过程中造成了大量的脱靶情况发生。最开始团队还对这一结果有一定的疑惑，于是又对这一结果进行了进一步的分析。之后发现，主要的脱靶情况发生在C-T和G-A突变上，而这正是BE3的主要碱基编辑方向。
这样的实验结果无疑是轰动性的。BE3当时普遍被认为是较为安全的基因编辑技术，很多的基因疗法企业也在尝试以BE3技术为基础设计自己的产品路线，甚至已经有企业准备要开展相应的临床试验。
杨辉团队的发现结果直接为这些企业拉住了刹车，使得他们不得不重新规划自己的产品路线。而GOTI检测方法精妙的设计也意味着未来所有针对DNA的基因编辑方法都可以用GOTI检测方法进行安全性验证，其对基因编辑行业的重要性不言而喻。“有了更灵敏的工具，我们才可能去更好的优化技术。”杨辉研究员这样说。
“我们现在还只是检测了胚胎，后面的改进方向可能会是在成体细胞中进行基因编辑，再用GOTI的方法去检测。”谈到GOTI技术未来的发展，杨辉教授这样说到。同时杨辉教授团队还在尝试对BE3的系统进行优化，来减少BE3的脱靶情况，让BE3最终可以成为一种安全的基因编辑技术。
创立辉大基因，加速科研临床转化
伴随着两款CAR-T产品和其他基因治疗产品的上市，基因治疗行业近几年在国外掀起了一阵热潮。FDA局长在2018年的BIO国际大会上表示，预计FDA将在2022年之前批准40种基因疗法。但是反观国内，目前基本都还停留在基础研究阶段，甚至连完整的临床试验都还没有。
2018年10月31日，为了让自己多年以来的科研积累能够迅速的转化到临床上，杨辉教授在上海注册成立了辉大基因，目标是用基因编辑手段治疗疾病，共同参与的还有他的学生姚璇博士。辉大基因刚刚成立，就迅速获得了夏尔巴投资的数千万人民币天使轮。
辉大（上海）生物科技有限公司（以下简称“辉大基因”）是一家基于基因治疗药物研发的转化型生物科技企业，致力于人类罕见遗传疾病新型治疗技术及药物的研发。辉大基因位于上海周浦的国际医学园区，目前主要针对SMA（脊髓性肌营养不良）和眼科疾病开展基因治疗创新药的开发。
辉大基因以“创新合作”为发展战略，坚持以基因编辑技术创新为基础，基因治疗研发及生产为核心，专注于开发新型基因治疗药物，目标成为国内乃至全球领先的基因药物研发和生产基地。
当说到学术与企业之间的平衡， 杨辉博士显得尤为轻松。他在公司主要负责研发方面的指导，而公司的一切琐碎事务都交由自己的学生姚璇博士来负责。这样的师徒配合使得二人都能够在公司的运作中做出自己最有价值的贡献。
姚璇博士是杨辉研究员回国之后收下的第一个学生：“杨辉老师很开放，对学生很好，而且对学术非常认真。我第一次见他的时候和他在办公室聊了半个小时，感觉很投机，就决定留下了。”姚璇博士在毕业之后放弃了MIT和哈佛的博士后机会，留在了中科院神经所，在杨辉团队任助理研究员和副研究员 。
目前辉大基因的工作重心还在小试中试工艺的摸索上，使用的实验用品都还是以科研型为主。但是一旦工艺研发成熟，可能在未来的半年到一年之内，就会开始临床级平台的搭建。虽然国外已经有些公司在从事基因治疗研究，但是应用基因编辑手段的还是相对较少，更多的是用过表达的方式。
“我们最大的优势就是我们在这方面有很好的科研基础。未来的研究成果最好可以直接从实验室走向临床。让我印象最深的就是斯坦福的一个教授，做细胞治疗的。他在一个技术上发现了一个东西可以提高它的转化率。基础科研做完之后就直接就利用斯坦福自己的GMP平台，把这个东西按临床级别生产起来。然后他就自己招募病人，很快就把这个东西运用到临床上。”杨辉研究员这样说。
“我们进入这个行业已经晚了，国外已经有了十几二十年的经验。”面对国外多年的积累，杨辉研究员也不得不承认在基因治疗行业国内外有着很大的差距。但是杨辉研究员多年来在基因编辑领域的耕耘，使得辉大基因在DNA编辑、RNA编辑、Epigenetic等方面都有着先天优势。除了技术手段外，杨辉团队还精于这些技术在动物模型上的应用。这样的科研基础能将基因治疗产品的临床前研发过程缩到最短，极大的降低了辉大基因与国外基因治疗企业的差距。
另外，罕见病在国内的大样本量也是国内的优势所在。对于国外而言，罕见病治疗的临床患者招募可能会很困难。因为本身病例过少，导致很多临床试验不得不在全球范围招募志愿者。而对于国内而言，人口基数此时成为了不可多得的核心优势。一旦产品线进入临床，患者的招募在国内会相对容易。并且对于重大罕见病，尤其是目前没有合适治疗手段的，相应的临床患者量要求也会变少，临床速度也能够加快。
同时基因治疗的安全性相比于免疫治疗是比较高的。CAR-T造成的临床风险主要问题在于其无法避免的免疫风暴。而使用AAV（腺相关病毒）的基因治疗则相对风险较小，并且国外已经有成熟的案例可以借鉴，用以规避这些风险。
工业化问题是科研到临床的最大难点
辉大基因目前最大的痛点在于工业平台，这可能也是国内医疗健康前沿行业从科研到临床的共通问题。
在基础科研上，国内已经慢慢的赶上了国外，差距可能已经缩短到了五年以内。但是国外在基因治疗行业上多年积累带来的工业化差距是难以跨越的。在辉大基因刚成立时，杨辉研究员就在四处寻找国内合适的GMP平台，但是始终没能找到，与国外现有的基因治疗标准差距太大。
杨辉研究员说：“因为我们以前都是基础科研背景，我们用的东西都是科研型的。但是用在人身上，工艺和纯化方面就会不一样。我们现在的瓶颈就在于如何获得比较好的GMP平台，能够突破基础科研到临床这一关。”国外很多的基因治疗公司，尤其是被大药企收购的基因治疗公司都已经有成熟的工业化平台。在后续生产技术成熟的情况下，科研人员的水平差距才能够被凸显出来。
“我会义无反顾的在这个行业创业，是因为我接触过很多中国罕见病的病人。像电影《我不是药神》中的患者，他们还是有药可救的。但是有很多罕见病患者到现在为止还无药可救，我们最终希望能造福更多的老百姓。”这样的一番事业，也许只有一个点燃了人文火花的科研工作者才做的出来。坚实的技术基础加上身系家国的情怀，势必会承载着辉大基因驶向远方。
