轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全研究與評(píng)價(jià)

許建香，李寧

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193

自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物安全問(wèn)題深受?chē)?guó)際上的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)近20年的討論，《卡塔赫納生物安全議定書(shū)》于2000年5月出爐，旨在解決轉(zhuǎn)基因生物 (Genetically modified organism，GMO) 的潛在危害。GMO包括轉(zhuǎn)基因微生物和動(dòng)植物，其中轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生物安全性受到了國(guó)際動(dòng)物健康組織的極大關(guān)注。此后，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)和組織非常關(guān)注轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生物安全性，政府也出臺(tái)了相應(yīng)的法律、法規(guī)來(lái)規(guī)范轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的研究與應(yīng)用。

隨著動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的安全性已受到了人們的廣泛關(guān)注，其核心問(wèn)題集中于環(huán)境安全、動(dòng)物健康與福利、人類(lèi)健康與食品安全等方面。此外，人們?cè)谵D(zhuǎn)基因生物安全的研究與評(píng)價(jià)中，逐漸摸索出了一套公認(rèn)的生物安全評(píng)價(jià)原則，在此基礎(chǔ)上，各國(guó)也逐漸形成了相應(yīng)的生物安全評(píng)價(jià)政策和程序，以下對(duì)這些內(nèi)容分別進(jìn)行闡述。

1 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全研究與評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容

1.1 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究與應(yīng)用

各國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究與應(yīng)用集中于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等方面?？傮w來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究與應(yīng)用主要包括新品種培育、異種器官移植、動(dòng)物生物反應(yīng)器和疾病模型等。

1.1.1 新品種培育

“超級(jí)小鼠”的研究成功掀起了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物新品種培育的研究熱潮。目前，人們已在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物新品種培育方面取得了可喜的成果，比如轉(zhuǎn)植酸酶基因豬 (環(huán)保豬)[1]，可分泌植酸酶 (肌醇六磷酸酶)，把磷元素釋放出來(lái)，用于豬的生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)可降低豬排泄物中的含磷水平，降低磷對(duì)環(huán)境的污染；Aquabounty公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鮭魚(yú) (Aquadvantage salmon，AAS)[2]，可提高鮭魚(yú)的生長(zhǎng)速度，縮短鮭魚(yú)的生長(zhǎng)周期，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；朊蛋白 (Prion protein，PRNP) 基因敲除牛[3]，可很好地抵抗瘋牛病的傳染；表達(dá)短發(fā)卡RNA的轉(zhuǎn)基因雞[4-5]，可抑制或阻斷流感病毒多聚酶，從而阻止禽流感的傳播等。

1.1.2 異種器官移植

供體器官來(lái)源不足和人類(lèi)移入的器官往往會(huì)發(fā)生免疫排斥現(xiàn)象一直是困擾醫(yī)學(xué)界的難題。豬作為人類(lèi)器官移植的供體，在解剖、組織和生理等方面與人類(lèi)最為接近，其器官和人的器官大小相仿，并且具有易飼養(yǎng)、易操作等優(yōu)勢(shì)，因此已成為人們研究異種器官移植的理想材料。目前，人們已通過(guò)基因打靶和體細(xì)胞核移植技術(shù)，成功獲得了α-1,3-半乳糖苷酶基因敲除豬[6]，可直接阻止豬細(xì)胞表面α-1,3-半乳糖的合成，從而消除豬器官移入人體后發(fā)生的一個(gè)主要障礙——免疫排斥反應(yīng)。

1.1.3 動(dòng)物生物反應(yīng)器

人們可通過(guò)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)珍貴的多肽或蛋白類(lèi)藥物，這種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物被稱(chēng)為動(dòng)物生物反應(yīng)器，主要包括乳腺、膀胱、血液、唾液、禽蛋、家蠶等類(lèi)型的生物反應(yīng)器。其中，乳腺生物反應(yīng)器是目前發(fā)展最成熟的一種模式，也是一種具有高額經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的新型產(chǎn)業(yè)。比如目前人們可利用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)功能性因子IX[7]、人因子 VIII[8]、人因子 IX[9]，人抗血栓素[10]等各種藥物蛋白和重組抗體[11]；改善奶的營(yíng)養(yǎng)成分[12-16]；生產(chǎn)用于手術(shù)縫合線或國(guó)防裝備的新型生物材料 (生物鋼)[17-18]；生產(chǎn)高附加值的工業(yè)品[19-21]等。

1.1.4 動(dòng)物疾病模型

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物疾病模型的研究可用于闡釋人類(lèi)疾病的發(fā)生機(jī)制，從而建立有效治療措施的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)，可為人類(lèi)精確地研究基因與疾病的相互關(guān)系提供可能，而且可在個(gè)體發(fā)生的每個(gè)階段中使用任何個(gè)體進(jìn)行遺傳功能分析。因此，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物疾病模型的開(kāi)發(fā)已成為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的熱點(diǎn)之一。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物疾病模型在研究人類(lèi)疾病中起著非常重要的作用，其優(yōu)點(diǎn)在于可避免人體實(shí)驗(yàn)造成的危害，提供發(fā)病率低、潛伏期長(zhǎng)、病程長(zhǎng)的疾病材料，從而可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的動(dòng)物模型進(jìn)行藥物篩選、腫瘤研究、病毒性疾病探索、代謝性和傳染性疾病研究、基因治療等方面。目前，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物疾病模型可在整體水平上從時(shí)空四維角度同時(shí)觀察基因表達(dá)功能和表型效應(yīng)，已成為人類(lèi)疾病研究的良好動(dòng)物疾病模型。

1.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全的研究與評(píng)價(jià)

各國(guó)在研究轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的同時(shí)，也非常關(guān)注轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品對(duì)環(huán)境安全、動(dòng)物健康與福利、人類(lèi)健康與食品安全等方面的潛在威脅。

1.2.1 環(huán)境安全評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物環(huán)境安全性涉及動(dòng)物逃逸、基因水平轉(zhuǎn)移、木馬基因效應(yīng)等因素。

1) 動(dòng)物逃逸對(duì)環(huán)境的影響

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在放牧飼養(yǎng)、散養(yǎng)或逃逸時(shí)與同類(lèi)野生動(dòng)物交配可以將轉(zhuǎn)入的基因遺傳下去，從而會(huì)對(duì)生物多樣性造成影響。

已有報(bào)道認(rèn)為[22]，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中昆蟲(chóng)逃逸的可能性是最高的，其次是魚(yú)類(lèi)，轉(zhuǎn)基因家畜相對(duì)來(lái)說(shuō)逃逸的可能性小。

就目前的研究水平來(lái)說(shuō)，即使對(duì)于轉(zhuǎn)基因昆蟲(chóng)和魚(yú)類(lèi)這樣一些逃逸可能性最大的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，也可通過(guò)物理、生理和生物等技術(shù)手段來(lái)綜合控制[23]。轉(zhuǎn)基因魚(yú)類(lèi)尚且如此，那么轉(zhuǎn)基因家畜逃逸對(duì)環(huán)境的影響具有很高的可控性，即可通過(guò)物理等控制措施防止其逃逸。

2) 基因水平轉(zhuǎn)移對(duì)環(huán)境的影響

基因水平轉(zhuǎn)移 (Horizontal gene transfer，HGT) 常見(jiàn)于微生物之間，植物和動(dòng)物雖然發(fā)生HGT的現(xiàn)象很少，但也存在HGT的可能性，比如轉(zhuǎn)基因動(dòng)物有可能會(huì)通過(guò)腸道系統(tǒng)將外源基因轉(zhuǎn)入腸道菌中；轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在飼養(yǎng)過(guò)程中有可能會(huì)通過(guò)接觸、交配、分娩和泌乳等行為產(chǎn)生HGT現(xiàn)象。當(dāng)然，人們可通過(guò)各種方式將HGT對(duì)環(huán)境影響的可能性降到最低，比如上文所述的各種控制動(dòng)物逃逸的措施。目前已有的研究結(jié)果尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物發(fā)生HGT的現(xiàn)象，我們的研究證明了轉(zhuǎn)基因奶牛中的外源基因不會(huì)通過(guò)基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到奶牛腸道菌群和土壤微生物群落中[24]，Wheeler等的研究證明了轉(zhuǎn)基因豬中的外源基因不會(huì)通過(guò)接觸、交配、分娩和泌乳等行為發(fā)生基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象[25]。

3) 木馬基因效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響

木馬基因效應(yīng) (Trojan gene effect) 是用來(lái)形象地描述轉(zhuǎn)基因的有意或無(wú)意釋放對(duì)環(huán)境造成的毀滅性影響。研究表明，快速生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因魚(yú)雖然具有野生魚(yú)無(wú)法比擬的繁殖優(yōu)勢(shì)，但這種魚(yú)的后代死亡率卻很高 (約為野生魚(yú)死亡率的 3倍)，利用計(jì)算機(jī)模型將此結(jié)果進(jìn)行模擬得出的結(jié)論是，如果有60尾轉(zhuǎn)基因魚(yú)進(jìn)入60 000尾野生魚(yú)群中，只要40代時(shí)間就可導(dǎo)致該種群滅絕。因此，Muir等將轉(zhuǎn)入的基因比喻為“木馬基因(Trojan genes)”，意指轉(zhuǎn)入魚(yú)體內(nèi)的外源基因會(huì)像特洛伊木馬攻克特洛伊城一樣導(dǎo)致野生魚(yú)類(lèi)種群的滅絕[26-27]。

事實(shí)上，木馬基因效應(yīng)只是計(jì)算機(jī)模擬所得的假說(shuō)，由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的復(fù)雜性，至今還沒(méi)有令人信服的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明快速生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因魚(yú)對(duì)魚(yú)類(lèi)種質(zhì)資源和生態(tài)環(huán)境具有破壞性。為避免可能的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，將轉(zhuǎn)基因魚(yú)培育成不育的三倍體可能是一種切實(shí)可行的手段，比如Aquabounty公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú) (AAS)，研究人員將其培育成了不育的三倍體魚(yú)，這種魚(yú)即使逃逸到環(huán)境中也不會(huì)與其他魚(yú)類(lèi)雜交而造成基因擴(kuò)散與污染[23]。

1.2.2 動(dòng)物健康狀況分析

評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的健康狀況時(shí)要考慮以下內(nèi)容。

1) 基因整合位點(diǎn)和細(xì)胞體外過(guò)程對(duì)動(dòng)物健康的影響：目前轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用最多的兩種方法是原核顯微注射法和體細(xì)胞核移植(Somatic cell nuclear transfer，SCNT) 技術(shù)。這兩種技術(shù)的缺點(diǎn)是對(duì)外源基因的行為無(wú)法控制，外源基因的整合位點(diǎn)是隨機(jī)的，整合拷貝數(shù)也是無(wú)法控制的，因此這種外源基因的隨機(jī)整合可能會(huì)對(duì)動(dòng)物健康帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)：① 掩蓋鄰近調(diào)控元件，發(fā)生異常的表達(dá)模式 (位點(diǎn)效應(yīng))，包括不表達(dá)、過(guò)量表達(dá)和異常表達(dá)等[28]。② 當(dāng)基因碰巧整合進(jìn)具有重要功能的基因之中時(shí)，就干擾了基因的正常表達(dá) (沉默整合)，從而影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的正常發(fā)育與代謝。當(dāng)基因的整合激活有害基因表達(dá)時(shí) (毒性整合)，會(huì)導(dǎo)致胚胎畸形或死亡。

細(xì)胞的體外過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物生長(zhǎng)缺陷、基因甲基化增加、蛋白表達(dá)受挫等異?，F(xiàn)象的發(fā)生[29]。有些異常表現(xiàn)還可能會(huì)遺傳給后代[30]。也可能會(huì)引起機(jī)體有害的副反應(yīng)，如“超級(jí)后代綜合征 (Large offspring syndrome，LOS)”，LOS會(huì)導(dǎo)致妊娠期流產(chǎn)率提高、先天性畸形增加、出生體重增加、妊娠期延長(zhǎng)和產(chǎn)后死亡率提高等

現(xiàn)象[31-32]。

事實(shí)上，隨著轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的深入和發(fā)展，以上問(wèn)題目前均可得到控制，新近發(fā)展起來(lái)的基因打靶技術(shù) (也叫定點(diǎn)基因重組) 可實(shí)現(xiàn)基因的定點(diǎn)整合[33-36]，從而解決基因隨機(jī)整合帶來(lái)的問(wèn)題；LOS主要是血清中的IGF2引起的，目前可通過(guò)使用無(wú)血清培養(yǎng)基來(lái)防范 LOS的發(fā)生[37]。

2) 插入基因表達(dá)對(duì)動(dòng)物健康的影響有：① 插入基因突變會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)育畸形甚至死亡[38-39]；② 外源基因插入可能會(huì)使動(dòng)物體內(nèi)嚴(yán)格的基因表達(dá)調(diào)控發(fā)生變化，導(dǎo)致異位或異時(shí)表達(dá)，從而影響動(dòng)物健康[40]；③ 轉(zhuǎn)基因的過(guò)表達(dá)可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)育異常、行為異常、泌乳異常等現(xiàn)象。

3) 轉(zhuǎn)基因的非預(yù)期性效應(yīng)對(duì)動(dòng)物健康的影響：非預(yù)期性效應(yīng) (Unintentional effect) 是指科學(xué)家難以預(yù)測(cè)的、不確定性因素和長(zhǎng)期效應(yīng)。轉(zhuǎn)基因的這種非預(yù)期性效應(yīng)只能通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐研究和統(tǒng)計(jì)觀察來(lái)反映。

綜上所述，只有徹底了解轉(zhuǎn)基因?qū)?dòng)物健康造成的危害，才能開(kāi)發(fā)出新的技術(shù)和方法來(lái)從根本上解決這些危害，比如新出現(xiàn)的基因打靶技術(shù)，可解決基因隨機(jī)整合對(duì)動(dòng)物健康造成的危害。轉(zhuǎn)基因的非預(yù)期性效應(yīng)只能經(jīng)過(guò)生物安全的長(zhǎng)期研究和分析來(lái)規(guī)避。

1.2.3 動(dòng)物福利問(wèn)題

動(dòng)物福利概念由 5個(gè)基本要素組成：1) 生理福利，即無(wú)饑渴之憂(yōu)慮；2) 環(huán)境福利，也就是要讓動(dòng)物有適當(dāng)?shù)木铀?) 衛(wèi)生福利，主要是減少動(dòng)物的傷?。?) 行為福利，應(yīng)保證動(dòng)物表達(dá)天性的自由；5) 心理福利，即減少動(dòng)物恐懼和焦慮的心情。

按照國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)物被分為農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、伴侶動(dòng)物、工作動(dòng)物、娛樂(lè)動(dòng)物和野生動(dòng)物六類(lèi)。世界動(dòng)物衛(wèi)生組織尤其強(qiáng)調(diào)了農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利，指出農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物是供人吃的，但在成為食品之前，它們?cè)陲曫B(yǎng)和運(yùn)輸過(guò)程中，或者因衛(wèi)生原因遭到宰殺時(shí)，其福利都不容忽視；實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是供科研用的，但在科研過(guò)程中，要踐行善待動(dòng)物的理念。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物屬于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，在其福利問(wèn)題上很難同時(shí)兌現(xiàn)以上5個(gè)基本要素，損害它們的健康往往是研究的必經(jīng)過(guò)程。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的福利研究是與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的健康研究緊密相關(guān)的，任何影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物健康的因素也是影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的福利狀況的重要原因 (比如插入突變、轉(zhuǎn)基因的過(guò)表達(dá)或異位表達(dá)、轉(zhuǎn)基因的操作技術(shù)等)[28]。

目前，各國(guó)都非常重視動(dòng)物福利問(wèn)題，尤其是轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)動(dòng)物福利帶來(lái)的影響備受關(guān)注。在動(dòng)物痛苦與科研需求之間，目前廣獲認(rèn)同的平衡點(diǎn)是3R原則，即替代 (Replacement：使用低等動(dòng)物代替高等動(dòng)物，或不使用活體脊椎動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn))、減少 (Reduction：把使用動(dòng)物的數(shù)量降低到實(shí)現(xiàn)科研所需的最小量)、優(yōu)化(Refinement，通過(guò)改善飼養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)條件等，盡量減少對(duì)動(dòng)物機(jī)體的損傷，減輕它們的痛苦和應(yīng)激反應(yīng))。

1.2.4 食品安全評(píng)價(jià)

1991年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合組織了專(zhuān)家討論會(huì)，專(zhuān)門(mén)討論轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的食品安全評(píng)價(jià)方法[41]。之后，有關(guān)食品安全評(píng)價(jià)問(wèn)題在國(guó)外受到了系統(tǒng)的研究和探討，并建立了一套標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系[42]，以下對(duì)這種評(píng)價(jià)體系進(jìn)行概述。

1) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的來(lái)源：評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的首要任務(wù)是評(píng)價(jià)食品的來(lái)源和特性：① 受體動(dòng)物的來(lái)源和特性；② 外源基因的來(lái)源和特性；③ 外源基因的結(jié)構(gòu)和遺傳修飾；④ 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的安全性；⑤ 遺傳修飾特性；⑥ 關(guān)鍵成分分析；⑦ 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的健康狀況。

2) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的致敏性評(píng)價(jià)：食品的致敏性是對(duì)食品成分的異常免疫反應(yīng)，其產(chǎn)生的負(fù)作用可從中度刺激到致死性過(guò)敏休克。食品的致敏性通常由免疫球蛋白E (Immunoglobulin E，IgE) 抗體家族介導(dǎo)[43-44]。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品致敏性評(píng)價(jià)的要點(diǎn)是：① 蛋白來(lái)源；② 氨基酸序列同源性；③ 免疫試驗(yàn)；④ 生理生化特性；⑤ 其他。致敏性分析中除了以上要點(diǎn)外，還包括蛋白的安全使用史，未來(lái)新開(kāi)發(fā)的方法和工具，動(dòng)物模型的開(kāi)發(fā)[45-48]，T細(xì)胞抗原決定部位預(yù)測(cè)，IgE交叉反應(yīng)預(yù)測(cè)，蛋白三維結(jié)構(gòu)信息預(yù)測(cè)致敏性等[49]。

事實(shí)上，很多傳統(tǒng)食品具有致敏性。目前人們已知的致敏性食物不少于160種，其中常見(jiàn)的有8種，即花生、大豆、牛奶、雞蛋、魚(yú)、甲殼類(lèi)動(dòng)物、小麥和堅(jiān)果[50]，因?yàn)楸M管多數(shù)人吃了這些食物沒(méi)事，一部分人吃了也還存在一定風(fēng)險(xiǎn)，甚至致死。

3) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的毒性和生物活性評(píng)價(jià)：基因插入動(dòng)物之前，首先要考慮插入基因中是否包含表達(dá)毒性或抗?fàn)I養(yǎng)因子的基因。大多化學(xué)因子誘導(dǎo)的毒性作用具有一個(gè)毒性域值，即實(shí)驗(yàn)動(dòng)物毒性研究中常見(jiàn)的無(wú)可測(cè)不利影響水平(No observed adverse effect level，NOAEL)。食品安全評(píng)價(jià)中會(huì)建立一個(gè)允許日攝入量(Acceptable daily intake，ADI) 水平，ADI是衍生于NOAEL的一種安全使用域值[49]。

傳統(tǒng)的食品因?yàn)榻?jīng)過(guò)了幾千年的食用歷史，因此通常不會(huì)進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的毒性和生物學(xué)活性研究中一般根據(jù)實(shí)質(zhì)等同性(Substantial equivalent) 原則，將其與傳統(tǒng)的同等產(chǎn)品進(jìn)行比較，如果其功能和生物學(xué)活性與傳統(tǒng)食品沒(méi)有差異則認(rèn)為是安全的。當(dāng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中外源基因表達(dá)的蛋白與傳統(tǒng)食品中的蛋白出現(xiàn)差異時(shí)，可進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)其進(jìn)行口服毒性研究。對(duì)于非蛋白成分的潛在毒性可根據(jù)個(gè)案分析 (Case by case) 的原則進(jìn)行毒物動(dòng)力學(xué)(Toxicokinetics)、急性/亞慢性/慢性毒性 (Acute/ Sub-chronic/Chronic toxicity) 和 致 癌 性(Carcinogenicity) 分析、免疫學(xué) (Immunological)分析、繁殖和發(fā)育毒性分析等[42,51]。

與致敏性食物類(lèi)似，很多傳統(tǒng)食品實(shí)際上對(duì)人類(lèi)也有不同程度的毒性，如蘑菇、河豚、接骨木、蓖麻油、杏仁、櫻桃、李子、蘋(píng)果、大黃、土豆等等。這些食品的部分或組成均具有不同的毒性成分，比如人們常吃的蘋(píng)果，其種子含有氰化物，一個(gè)蘋(píng)果的種子不會(huì)毒死人，但是，只要吃得多完全有可能中毒死亡。

4) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品的組成分析：根據(jù)實(shí)質(zhì)等同性原則，在相同的飼養(yǎng)環(huán)境下，比較其與傳統(tǒng)食品的關(guān)鍵成分[49]。

5) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品安全評(píng)價(jià)中的其他要素：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品安全評(píng)價(jià)中要考慮的其他要素包括異源物質(zhì)或微生物的累積、抗性基因的使用、營(yíng)養(yǎng)成分的改變、食品儲(chǔ)存和加工等[49]。

2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全評(píng)價(jià)的主要原則

2.1 實(shí) 質(zhì) 等 同 性 原 則 (Substantial equivalence)

自從 1993年經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for economic co-operation and development，OECD) 在轉(zhuǎn)基因食品安全中提出“實(shí)質(zhì)等同性”概念以來(lái)[42]，實(shí)質(zhì)等同性已被很多國(guó)家在轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)上廣泛采納。實(shí)質(zhì)等同性的意思是指轉(zhuǎn)基因物種或其食物與傳統(tǒng)物種或食物具有同等安全性。對(duì)于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)等同性是指轉(zhuǎn)基因動(dòng)物或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物食品與傳統(tǒng)的動(dòng)物或食品在安全性上沒(méi)有差異。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全評(píng)價(jià)中，實(shí)質(zhì)等同性要比較的主要內(nèi)容有：1) 生物學(xué)特性。包括各發(fā)育時(shí)期的生物學(xué)特性和生命周期食性、遺傳、繁殖方式和繁殖能力；遷移方式和能力；建群能力；泌乳能力；形態(tài)和健康狀況；對(duì)人畜的攻擊性、毒性等；在自然界中的存活能力；對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的可能性。2) 營(yíng)養(yǎng)成分。包括主要營(yíng)養(yǎng)因子(脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)、維生素等)、抗?fàn)I養(yǎng)因子 (影響人對(duì)食品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和對(duì)食物消化的物質(zhì))、毒素 (對(duì)人有毒害作用的物質(zhì))、過(guò)敏原 (造成某些人群食用后產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)的一類(lèi)物質(zhì)) 等。

總之，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與傳統(tǒng)動(dòng)物相比，除了目的基因外，其他指標(biāo)沒(méi)有顯著差別就是實(shí)質(zhì)等同性。然而，Millstone等于1999年對(duì)“實(shí)質(zhì)等同性”原則提出異議，他們認(rèn)為“實(shí)質(zhì)等同性”的概念不清楚，容易引起誤導(dǎo)[52]。Millstone等的觀點(diǎn)是：要用最終食品的化學(xué)成分來(lái)評(píng)價(jià)食品的安全性，而不管轉(zhuǎn)基因作物或轉(zhuǎn)基因食品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性，包括人體健康安全和生態(tài)環(huán)境安全，只要某一轉(zhuǎn)基因食品成分與市場(chǎng)上銷(xiāo)售的傳統(tǒng)食品成分相似，則認(rèn)為該轉(zhuǎn)基因食品同傳統(tǒng)食品一樣安全，就沒(méi)有必要做毒理學(xué)、過(guò)敏性和免疫學(xué)試驗(yàn)。但就目前的科學(xué)水平而言，科學(xué)家還不能通過(guò)轉(zhuǎn)基因食品的化學(xué)成分準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它的生化或毒理學(xué)影響。因此，實(shí)質(zhì)等同性依然被大家廣泛采用。目前，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物安全評(píng)價(jià)中將實(shí)質(zhì)等同性原則與其他評(píng)價(jià)原則結(jié)合起來(lái)使用。

2.2 個(gè)案分析原則 (Case by case)

因?yàn)檗D(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品中導(dǎo)入的基因來(lái)源、功能各不相同，受體生物及基因操作也可能不同，所以必須有針對(duì)性地逐個(gè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即個(gè)案分析原則。目前世界各國(guó)大多數(shù)立法機(jī)構(gòu)都采取了個(gè)案分析原則。

2.3 預(yù)防原則 (Precautionary)

雖然尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康產(chǎn)生危害的實(shí)例，但從生物安全角度考慮，必須將預(yù)先防范原則作為生物安全評(píng)價(jià)的指導(dǎo)原則，結(jié)合其他原則來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，提前防范。

2.4 逐步深入原則 (Step by step)

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、中間試驗(yàn)、環(huán)境釋放和商業(yè)化生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。因此，每個(gè)環(huán)節(jié)上都要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和安全評(píng)價(jià)，并以上步實(shí)驗(yàn)積累的相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，層層遞進(jìn)，確保安全性。

2.5 科學(xué)基礎(chǔ)原則 (Science-based)

安全評(píng)價(jià)不是憑空想象的，必須以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，采用合理的方法和手段，以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度對(duì)待。

2.6 公正、透明原則 (Impartial and transparent)

安全評(píng)價(jià)要本著公正、透明的原則，讓公眾信服，讓消費(fèi)者放心。

3 各國(guó)現(xiàn)行的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全評(píng)價(jià)政策和程序

各國(guó)對(duì)于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究和生產(chǎn)具有嚴(yán)格的管理政策和審批程序。以下分別就國(guó)外主要國(guó)家 (或組織聯(lián)盟) 和中國(guó)的政策與程序進(jìn)行闡述。

3.1 國(guó)際食品法典委員會(huì)

國(guó)際食品法典委員會(huì) (Codex alimentarius commission，CAC) 是由聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織共同建立，以保障消費(fèi)者的健康和確保食品貿(mào)易公平為宗旨的一個(gè)制定國(guó)際食品標(biāo)準(zhǔn)的政府間組織。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，CAC也相應(yīng)地制定了有關(guān)生物制品的食用安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[53]。2008年，CAC在瑞士的日內(nèi)瓦召開(kāi)了第31屆CAC食品大會(huì)，對(duì)以上食品安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行了修正[54]，文件的附錄 II專(zhuān)門(mén)就轉(zhuǎn)基因動(dòng)物源食品的安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了規(guī)范[55]。

CAC對(duì)轉(zhuǎn)基因食品具有非常嚴(yán)格的評(píng)價(jià)程序，從開(kāi)始文件提交到最后審批通過(guò)要經(jīng)過(guò)8個(gè)階段[56](圖1)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物源食品也不例外。

3.2 歐盟

歐洲委員會(huì) (European committee，EC) 委托歐洲食品安全署 (European food safety authority，EFSA) 就轉(zhuǎn)基因動(dòng)物對(duì)于食品、飼料、環(huán)境、動(dòng)物健康與人類(lèi)安全等帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。EFSA參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (比如CAC標(biāo)準(zhǔn))，發(fā)布了一系列有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的初步指導(dǎo)文件，這些文件包括食品與飼料安全、環(huán)境安全、動(dòng)物健康和人類(lèi)安全等，其中轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 (魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)及哺乳動(dòng)物) 的環(huán)境安全評(píng)價(jià)最詳盡，預(yù)計(jì)將來(lái)會(huì)被正式采納實(shí)施。

歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品 (包括轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品)的評(píng)價(jià)程序基本遵循 CAC的程序，目前EFSA尚未接到任何有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的申請(qǐng)文件。

3.3 美國(guó)

美國(guó)食品和藥物管理局 (Food and drug administration，F(xiàn)DA) 出臺(tái)并頒發(fā)了一系列有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全的管理措施和指導(dǎo)文件，其中最重要的是2009年1月15日發(fā)布的187號(hào)終稿文件[57]，是有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物安全管理的指導(dǎo)性文件。

美國(guó)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品上市前要經(jīng)歷從產(chǎn)品定義到批準(zhǔn)等一系列嚴(yán)格的審批程序[58](圖2)。

圖1 CAC對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的評(píng)價(jià)程序Fig. 1 Evaluated process of CAC for food derived from biotechnology.

圖2 美國(guó)FDA對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的審批程序Fig. 2 Approval process of FDA for genetically engineered animals and derived products.

3.4 日本

日本社會(huì)各界非常重視轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究與開(kāi)發(fā)，同時(shí)也制定了相應(yīng)的法律文件來(lái)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范。參照《卡塔赫拉生物安全議定書(shū)》的要求，日本于 2004年出臺(tái)了有關(guān)轉(zhuǎn)基因的法律文件，文件將轉(zhuǎn)基因分為1型和2型兩類(lèi)，1型轉(zhuǎn)基因的環(huán)境釋放不受管制，2型轉(zhuǎn)基因的環(huán)境釋放受?chē)?yán)格管理。其中有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物尤其是轉(zhuǎn)基因家畜的研究受日本科教文體部 (Ministry of education，culture，sports，science and technology，MEXT) 的聯(lián)合管制，環(huán)境釋放受日本農(nóng)林漁業(yè)部 (Ministry of agriculture，forest and fisheries，MAFF) 管制，MEXT從實(shí)驗(yàn)研究方面對(duì)轉(zhuǎn)基因家畜的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，MAFF從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面對(duì)轉(zhuǎn)基因家畜的環(huán)境釋放進(jìn)行嚴(yán)格管理[59]。

日本對(duì)轉(zhuǎn)基因食品所實(shí)行的是“垂直監(jiān)管為主、地方監(jiān)管為輔”的模式。在此種模式下，食品安全委員會(huì)、厚生勞動(dòng)省、農(nóng)林漁業(yè)部(MAFF) 分別就各自職責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品實(shí)行垂直管理，地方政府則負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)基因食品問(wèn)題的綜合協(xié)調(diào)管理。日本有關(guān)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的審批程序主要參照歐盟和美國(guó)FDA的標(biāo)準(zhǔn)，采取比較折中的措施來(lái)管理。

3.5 中國(guó)

中國(guó)自從 1979年起出臺(tái)了一系列有關(guān)生物安全的管理辦法，其中值得一提的是 2001年 5月 23日，國(guó)務(wù)院頒發(fā)了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，該條例涉及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、植物和微生物的安全管理。

2002年1月5日，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了第8號(hào)令，頒發(fā)了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)管理辦法》，自2002年3月20日起施行。該令的附錄2為《轉(zhuǎn)基因動(dòng)物安全評(píng)價(jià)辦法》，專(zhuān)門(mén)對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生物安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了規(guī)范和指導(dǎo)，該辦法明確規(guī)定中國(guó)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品上市前要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、中間試驗(yàn)、環(huán)境釋放、生產(chǎn)性試驗(yàn)、安全證書(shū)等審批程序。

4 源于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的市場(chǎng)化產(chǎn)品

4.1 已上市的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制品

4.1.1 抗血栓素藥物-ATryn

美國(guó)GTC公司生產(chǎn)的一種抗血栓素的藥物(ATryn) 先后于2006年和2009年分別被歐盟和FDA批準(zhǔn)上市[60]，打開(kāi)了新時(shí)代農(nóng)業(yè)與醫(yī)藥堡壘的大門(mén)[61]。

ATryn是通過(guò)轉(zhuǎn)基因山羊乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的一種抗血栓素藥物。截止藥物批準(zhǔn)之時(shí)，GTC公司已生產(chǎn)并擴(kuò)繁了200多頭轉(zhuǎn)基因山羊，可謂藥物的“活體工廠”。

4.1.2 遺傳性血管水腫治療藥物-Ruconest

2010年10月，荷蘭的Pharming公司生產(chǎn)的Ruconest成為第 2個(gè)獲得歐洲藥品管理局(European medicines agency，EMA) 批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物。

Ruconest是由轉(zhuǎn)基因兔生產(chǎn)的單克隆抗體藥物，是一種人C1酯酶抑制蛋白 (C1 inhibitor，C1INH) 的重組體，被批準(zhǔn)用于遺傳性血管水腫(Hereditary Angioedema，HAE) 的治療。HAE是一種人類(lèi)遺傳缺陷病，患者缺乏一種功能性血漿C1酯酶抑制蛋白 (C1INH)，最終導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的過(guò)度反應(yīng)，具有在面部、四肢、生殖器、腹腔和上呼吸道急性發(fā)作的特點(diǎn)[62]。因此，Ruconest為HAE患者帶來(lái)了福音。

Ruconest已于2010年12月首次在丹麥和挪威上市，瑞典的 Sobi公司 (Swedish Orphan Biovitrum) 負(fù)責(zé)歐洲市場(chǎng)的銷(xiāo)售和宣傳普及[63]。

4.2 有望上市的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品

4.2.1 熒光斑馬魚(yú) (Glofish)

熒光斑馬魚(yú) (Glofish) 是新加坡國(guó)立大學(xué)研制、美國(guó)約克鎮(zhèn)公司生產(chǎn)的一種會(huì)發(fā)熒光的觀賞魚(yú)，也可用于環(huán)境污染指示物[64]。Glofish已于2003年12月9日得到了FDA的初步認(rèn)可[65]，并在一些寵物店試賣(mài)[66]。

科學(xué)家將綠色熒光蛋白基因 (Green fluorescent protein，GFP)、紅色熒光蛋白基因(Red fluorescent protein，RFP) 和黃色熒光蛋白(Yellow fluorescent protein，YFP) 基因分別導(dǎo)入斑馬魚(yú)體內(nèi)，從而得到各種熒光閃閃，異彩紛呈的轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)[64]。

4.2.2 環(huán)保豬 (Enviropig)

環(huán)保豬 (Enviropig) 是加拿大圭爾夫大學(xué)研發(fā)的，能更有效地利用植物性飼料中的磷元素(而普通豬種卻不能消化利用)，從而減輕磷對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題[1]。磷元素一般與有機(jī)物結(jié)合存在于植物性飼料中，如果通過(guò)糞便大量排泄，就可能污染地表水和地下水。環(huán)保豬可以分泌植酸酶(肌醇六磷酸酶)，把磷元素釋放出來(lái)，用于豬的生長(zhǎng)發(fā)育。這樣就不需要再額外添加昂貴的無(wú)機(jī)磷營(yíng)養(yǎng)素或飼喂商品植酸酶，同時(shí)也降低了豬排泄物中的含磷水平。

4.2.3 轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú) (Aquadvantage salmon，AAS)

美國(guó) Aquabounty公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)(AAS) 生長(zhǎng)迅速，體型巨大，飼養(yǎng)成本低，肉質(zhì)更健康，該公司2009年向美國(guó)FDA提出申請(qǐng)，目前7個(gè)審核部門(mén)中，已有5個(gè)通過(guò)了檢測(cè)，初步的分析報(bào)告中，F(xiàn)DA表示其維生素，礦物質(zhì)及脂肪酸含量和普通鮭魚(yú)并無(wú)區(qū)別。2010年 9月20日，F(xiàn)DA發(fā)布了有關(guān)AAS的概述，初步認(rèn)可了AAS的安全性[67]。轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)能否順利通過(guò)美國(guó)FDA的認(rèn)證，目前尚未可知。

4.2.4 “人乳化”牛奶及其相關(guān)產(chǎn)品

我們實(shí)驗(yàn)室已將人α-乳清白蛋白、人乳鐵蛋白、人溶菌酶等基因轉(zhuǎn)入奶牛體內(nèi)，生產(chǎn)出了能在乳腺中穩(wěn)定表達(dá)人α-乳清白蛋白、人乳鐵蛋白和人溶菌酶的轉(zhuǎn)基因奶牛[13-15]，從而使牛奶中的人乳鐵蛋白、人溶菌酶和人α-乳清白蛋白等營(yíng)養(yǎng)蛋白更接近母乳，使得牛奶“人乳化”，因此被稱(chēng)為“人乳化”牛奶。

經(jīng)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心食品研究所和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院等權(quán)威機(jī)構(gòu)的安全性檢測(cè)表明[68-71]，這種“人乳化”牛奶與其他牛奶沒(méi)有差別，不存在任何安全性的問(wèn)題；同時(shí)功能試驗(yàn)表明，“人乳化”牛奶具有促進(jìn)鐵和鈣吸收、改善胃腸道功能、促進(jìn)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)免疫力等重要功能。

目前，我們實(shí)驗(yàn)室通過(guò)奶牛乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的這種“人乳化”牛奶已完成了初試、中試階段和大部分生物安全評(píng)價(jià)工作[24,68-70,72]，有關(guān)部門(mén)正在進(jìn)行“人乳化”牛奶制品進(jìn)入市場(chǎng)前的評(píng)審工作，目前我們實(shí)驗(yàn)室已完成乳鐵胃康膠囊、生物補(bǔ)血口服液、抗非小細(xì)胞肺癌口服藥等產(chǎn)品臨床前研究及小規(guī)模試生產(chǎn)，但大規(guī)模的批量生產(chǎn)尚未開(kāi)始。

5 展望

雖然轉(zhuǎn)基因動(dòng)物具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，但相比轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)來(lái)說(shuō)，這種潛在風(fēng)險(xiǎn)是阻擋不了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐的。此外，安全是個(gè)相對(duì)概念，即便是人們經(jīng)常食用的傳統(tǒng)食品以及不少藥品，也存在風(fēng)險(xiǎn)，并不是絕對(duì)安全的，比如文中所述的花生、大豆、牛奶、雞蛋等致敏性食物和蘑菇、河豚、杏仁、土豆等毒性食物。因此，“零風(fēng)險(xiǎn)”的食品是不存在的。事實(shí)上，生物安全是一種個(gè)案處理事件，這就是要評(píng)價(jià)的原則也是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。隨著理論和技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因安全問(wèn)題也能夠得到解決和控制。

著名科學(xué)家Murray和Maga認(rèn)為[73]，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的目的正是為了解決很多安全問(wèn)題，如果停止轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究，安全隱患反而會(huì)更多。因?yàn)檗D(zhuǎn)基因動(dòng)物的利要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)從 2001年就開(kāi)始呼吁：要生產(chǎn)更多的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 (Bold call for more GE animals)[74]。相信隨著各國(guó)政府對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的大力支持和正確引導(dǎo)，科普宣傳加深民眾對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的理解，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究及其產(chǎn)品的應(yīng)用必將為人們帶來(lái)更多福音。

未來(lái)，各國(guó)政府會(huì)形成一套明確的法規(guī)體系來(lái)約束和規(guī)范轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的研究、加工、運(yùn)輸、上市、進(jìn)出口等活動(dòng)，保障轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及其產(chǎn)品的安全性，為人類(lèi)、社會(huì)乃至動(dòng)物本身帶來(lái)福利。

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