最近本土科學(xué)家完成的一項其實(shí)技術(shù)上和概念上都沒(méi)有太多亮點(diǎn)的研究，也就是中山大學(xué)黃軍就和同事們利用一種名為CRISPR的基因編輯技術(shù)試圖修復存在遺傳缺陷的人類(lèi)胚胎，把“基因編輯”，“CRISPR”，“基因技術(shù)改造人類(lèi)”等等聽(tīng)起來(lái)要么高深莫測要么聳人聽(tīng)聞的名詞一股腦推送到公眾視野中。過(guò)去幾周中，筆者在傳統和在線(xiàn)媒體上看到不少連事件本身的技術(shù)背景都不甚了了、然而卻已經(jīng)站在倫理和道德的高層次上開(kāi)展的討論。因此不由手癢，于是有了這次這個(gè)不在構思之中的系列。
讓我們從CRISPR技術(shù)改造人類(lèi)胚胎的熱門(mén)事件抽身回望和重溫歷史，好好掰扯掰扯關(guān)于基因療法治療疾病的那些事兒吧。就像我們講過(guò)的瘦素和他汀藥物的歷史一樣，這也是一段科學(xué)發(fā)現和商業(yè)開(kāi)發(fā)之間一段滿(mǎn)是愛(ài)恨情仇的故事。
基因療法（gene therapy）是干什么的？
在正式開(kāi)始講述基因療法的科學(xué)原理和歷史沿革之前，讓我們先倒退一步，先搞搞清楚人們?yōu)槭裁匆氵@個(gè)所謂基因療法，它到底是怎么樣幫助我們的？
這個(gè)問(wèn)題，如果專(zhuān)業(yè)的回答可能要扯上上千字。不過(guò)筆者也可以用一句話(huà)勉強應付著(zhù)回答：基因療法主要的目的是治療單基因遺傳病的。
那么，什么是單基因遺傳病呢？
在現代醫學(xué)的字典里，能夠清楚命名和定義的疾病就有成千上萬(wàn)種。但是我們或許可以按照病因，把它們粗略的畫(huà)在一條連續的疾病光譜上：光譜的一端是完全由外源因素引起的疾病，代表是病原微生物引發(fā)的疾病，諸如人類(lèi)免疫缺陷病毒（HIV）引起的艾滋?。ˋIDS）、結核分歧桿菌引起的肺結核等等。在日常生活中經(jīng)常困擾我們的感冒、發(fā)燒、絕大多數也是由細菌或病毒感染引起的。
而光譜的另一端則是完全由內源因素引起的疾病，也就是遺傳病。我們知道，我們每個(gè)人的高矮胖瘦黑發(fā)碧眼等等性狀，很大程度上是由我們從父親母親那里分別繼承來(lái)的兩套遺傳密碼--隱藏在每一個(gè)細胞深處的基因組DNA序列--所控制的。讀者們即便不是科學(xué)背景出身，可能都還會(huì )記得初中生物課上學(xué)到的遺傳信息控制性狀的經(jīng)典例子，例如單/雙眼皮、ABO血型、卷舌與否等等。而如果人類(lèi)基因組上某些特定基因，因為某種原因出現了DNA序列的遺傳改變，從而使得人體某種生理活動(dòng)出現異常所導致的疾病，我們一般籠統稱(chēng)為遺傳病。
這類(lèi)疾病中有病因學(xué)相對簡(jiǎn)單的所謂“單基因”疾病。比較為人所知的例子諸如地中海貧血癥（“地貧”），是由于人體基因組中編碼血紅蛋白的基因（HBA1, HBA2, HBB）存在遺傳缺陷，導致血紅蛋白攜帶氧氣的功能降低從而產(chǎn)生的疾病。白化病也是一個(gè)相似的例子，它是由于基因組里編碼酪氨酸酶（Tyrasinase）的基因產(chǎn)生變異、從而失去合成黑色素的能力而產(chǎn)生的。當然，也存在大量由多個(gè)遺傳缺陷共同參與引發(fā)的所謂多基因遺傳病。其中一個(gè)在國內媒體上曝光率較高的例子，是俗稱(chēng)“兔唇”的先天性唇腭裂。目前已知可能與先天性唇腭裂發(fā)病相關(guān)的遺傳缺陷就多達數十種。很自然的，由于在多基因遺傳病里每一個(gè)疾病相關(guān)基因對疾病的貢獻通常是一個(gè)很小的數字，因而相比單基因遺傳病，完全理解多基因遺傳病的病因顯然要困難許多。
另一種較為知名的單基因遺傳?。耗夷[性纖維化（cystic fibrosis）。這種疾病是由于人類(lèi)7號染色體上一個(gè)名為CFTR的基因發(fā)生突變喪失了功能導致的。CFTR基因編碼一個(gè)細胞膜上的離子通道，能夠將水分子在細胞內外運輸，對于身體各組織分泌粘液至關(guān)重要。CFTR基因缺陷會(huì )導致細胞分泌物粘度上升從而形成囊腫。圖中可見(jiàn)囊腫性纖維化病人腫大的指節。
而在光譜中央位置，分布著(zhù)如恒河沙數般的大量疾病種類(lèi)。按照目前醫學(xué)的理解，它們的病因是內源和外源因素共同作用的產(chǎn)物。比如說(shuō)深刻困擾現代社會(huì )的各種“現代病”，包括高血壓、高血脂、精神類(lèi)疾病如抑郁癥等等。有大量的人類(lèi)遺傳學(xué)和流行病學(xué)研究顯示，這些疾病的病因既有遺傳因素的貢獻，例如高血壓癥狀存在一定程度的家族性遺傳的傾向，一個(gè)人如果長(cháng)輩中出現過(guò)高血壓病史，自身患高血壓的可能性也會(huì )增大；同時(shí)這些疾病的發(fā)生也有環(huán)境和生活習慣因素的貢獻，例如缺乏運動(dòng)、碳水化合物和飽和脂肪酸攝入過(guò)多都是二型糖尿病的誘發(fā)因素。
順便扯一句，困擾筆者三十年的高度近視，目前也被普遍認為是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的產(chǎn)物：大規模人群的家系分析已經(jīng)發(fā)現了數十個(gè)與近視發(fā)病高度相關(guān)的遺傳位點(diǎn)，而與此同時(shí)，近距離工作和缺乏戶(hù)外運動(dòng)也被證明與近視發(fā)病有密切的關(guān)聯(lián)。
近年來(lái)亞洲國家的近視發(fā)病率屢創(chuàng )新高。除了上圖所展示的數字（香港、臺灣、新加坡、韓國）之外，據信中國高中生的近視發(fā)病率也已經(jīng)高達77.3%。這其中既有亞洲國家普遍重視教育、輕視戶(hù)外活動(dòng)的因素，也有亞洲人群中近視易感基因比例較大的因素。
看到這里讀者可能會(huì )問(wèn)，相比起糖尿病、高血壓和近視眼，相比起艾滋病、肝炎和各種細菌感染，甚至是相比各種多基因遺傳病，單基因遺傳病似乎離我們相當遙遠??？即便是相對熟悉的地中海貧血癥、白化病，我們也更多的是從新聞里而不是從自己的生活圈子里看到感受到。那么我們?yōu)槭裁匆筚M周章，搞出一整套所謂基因療法的系統去解決這些相對小眾和“冷門(mén)”的疾病呢？用這些精力和資源開(kāi)發(fā)更好的治療手段，更好地幫助我們對抗糖尿病，對抗高血壓，對抗各種病毒細菌的侵襲不是更好么？
拋開(kāi)“每個(gè)生命都同等重要”的倫理邏輯不談，答案里面其實(shí)蘊涵著(zhù)兩套出發(fā)點(diǎn)不同，但卻同等要緊的邏輯。
從技術(shù)層面出發(fā)的邏輯是，我們不得不遺憾的承認，依據我們目前的知識水平和技術(shù)儲備，我們能夠有足夠信心設計基因治療的方案從而實(shí)現有效治療的疾病，也主要是單基因遺傳病“而已”。具體原因后文中我們會(huì )慢慢涉及。
然而讀者們也不要就此絕望。因為這里隱含的第二個(gè)邏輯就是，如果我們能夠有效地理解和治療單基因疾病，那么以此為技術(shù)儲備和出發(fā)點(diǎn)，我們應該有能力循著(zhù)知識積累和技術(shù)進(jìn)化的路徑，慢慢的逼近和攻克更復雜、更頑固、也更加普遍的疾病。就像萊特兄弟飛了十幾秒的飛行者一號飛機百年后化身在平流層展翅翱翔的波音空客，也如同如今一枚蘋(píng)果手表的運算能力要遠遠超過(guò)五十多年前裝滿(mǎn)幾間屋子的龐然大物ENIAC，人類(lèi)過(guò)去數百年自我進(jìn)化的能力讓我們有理由對基因療法更廣泛的用途保持樂(lè )觀(guān)。
看到這里，如果讀者們已經(jīng)對單基因遺傳病有所了解，也開(kāi)始相信針對單基因遺傳病的治療不僅對患者個(gè)人而且對整個(gè)社會(huì )的進(jìn)步是有意義的話(huà)，你們一定會(huì )迫不及待的問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：
說(shuō)了這么多，到底什么是基因療法??？它又是怎樣幫助我們治療單基因遺傳病呢？
基因療法到底是什么？
知道了什么是單基因遺傳病，讀者們應該會(huì )很容易理解基因療法的基本概念了：籠統而言，基因療法就是把導致遺傳病的基因缺陷通過(guò)各種手段給“修補”好，從而讓減輕或治愈相關(guān)的疾病的辦法。
舉個(gè)例子吧，例如有一種名為重癥聯(lián)合免疫缺陷癥（ADA-SCID）的罕見(jiàn)遺傳病，其發(fā)病率小于十萬(wàn)分之一，而患者的免疫功能幾乎完全喪失。這種疾病是患者第20號染色體上一個(gè)編碼腺苷脫氨酶（ADA, adenosine deaminase）的基因出現遺傳突變失去原有功能導致的。拋開(kāi)其背后的復雜病理的分析不談，一個(gè)簡(jiǎn)單的治療這種疾病的思路就是“缺什么補什么”，干脆在人體里放回一個(gè)正確的ADA基因就行了，放回去的“正確”ADA基因能夠編碼功能正常的腺苷脫氨酶，從而恢復患者的免疫機能。
如果您看到這里還沒(méi)有迷惑，那么恭喜您已經(jīng)掌握了基因療法的基本要領(lǐng)。事實(shí)上，人類(lèi)歷史上基因療法的首例臨床應用，就是1990年，美國國家衛生研究院的William French Anderson醫生成功治療了一位四歲小女孩的重癥聯(lián)合免疫缺陷癥。
William French Anderson醫生和他的小病人Ashanti DeSilva. 在1990年，Anderson醫生和合作者們從DeSilva體內抽取白細胞，將能夠正確編碼腺苷脫氨酶的ADA基因插入了這些白細胞基因組DNA序列中，再將這些白細胞重新輸回DeSilva體內。在之后的檢測中，醫生們證實(shí)了DeSilva體內的白細胞確實(shí)可以正確的合成腺苷脫氨酶。這例手術(shù)是基因療法歷史上里程碑式的事件。
值得注意的是，盡管DeSilva至今仍健康的生活著(zhù)，但是她需要經(jīng)常性的接受類(lèi)似的手術(shù)以確?；虔煼ǖ某掷m性（一個(gè)重要的原因是，人類(lèi)白細胞的壽命只有數月，因此需要每隔幾個(gè)月利用基因療法“修改”新生的白細胞）。同時(shí)，她還需要定期注射長(cháng)效腺苷脫氨酶蛋白（下文會(huì )繼續涉及）。因此，在清晰的歷史意義之外，DeSilva的康復本身在多大程度上可以認為是基因療法的成功仍然難以界定。
在這種原教旨主義的基因療法定義之外，筆者認為我們不妨把另一種治療思路也納入基因療法的范疇中。還是用重癥聯(lián)合免疫缺陷癥做例子吧，既然患者的ADA基因出現缺陷，無(wú)法合成正常功能的腺苷脫氨酶，那么除了把正常的ADA基因放回患者基因組DNA中之外，還有一個(gè)治療的思路就是，干脆直接給患者注射功能正常的腺苷脫氨酶。事實(shí)上，首例基因療法應用中的小病號，Ashanti DeSilva，就是通過(guò)兩種辦法的聯(lián)合使用重新獲得健康的。
總部位于美國馬薩諸塞州的健贊（Genzyme）公司。健贊是利用人工合成的蛋白質(zhì)治療單基因遺傳病的先驅之一。這家公司最為中國讀者所熟悉的產(chǎn)品，大概是用于治療戈謝?。℅aucher's disease）的藥物思而贊（商品名Cerezyme，通用名imiglucerase）。戈謝病患者需要終身使用這種藥物，而這種藥物是全世界最昂貴的藥物之一，年度費用高達數十萬(wàn)美元。在中國，由于沒(méi)有被納入醫保，戈謝病的患者要承受巨大的經(jīng)濟壓力，而這也成為社會(huì )呼吁罕見(jiàn)病納入醫保、加強國內孤兒藥物研發(fā)的動(dòng)力之一。2011年，健贊被法國賽諾菲公司（Sanofi）以201億美元收購，成為后者的全資子公司。
在1990年之后，世界范圍內有超過(guò)一千六百例基因療法的臨床實(shí)驗陸續開(kāi)展，醫生們在世界各地充滿(mǎn)樂(lè )觀(guān)的挽起袖子打算攻克一個(gè)個(gè)單基因遺傳病，確實(shí)也在上千例患者身上收到了相當不錯的效果。從原理上看，基因療法的邏輯似乎并不難理解，對于中國讀者來(lái)說(shuō)可能還要更容易一些：這不就是傳統經(jīng)驗里“缺什么補什么”的現代醫學(xué)版本嘛。那么我們是不是可以樂(lè )觀(guān)的期待，至少在可預見(jiàn)的時(shí)間里，人類(lèi)單基因遺傳病會(huì )得到全面而有效的治療，然后我們就可以以此為出發(fā)點(diǎn)開(kāi)始征服更復雜的遺傳疾病呢？
答案是令人失望的“不是”。
基因療法的瓶頸在哪里？
轟轟烈烈的上千起臨床試驗給出了一地雞毛式的成果。在幾千例成功實(shí)踐之外，絕大多數基因療法的嘗試半途而廢。而即便在成功的方法中，每年接受治療的患者數目也極為有限。與此同時(shí)，反倒是幾次失敗的案例震驚全球，極大地阻礙了這類(lèi)技術(shù)在臨床層面的探索和應用（我們下文會(huì )繼續講到這些失?。?。
其中的瓶頸有許多。一個(gè)顯而易見(jiàn)的非技術(shù)瓶頸是，基因療法本質(zhì)上是完全“個(gè)體化”的。每一例病人的治療，都必須針對病人自身的細胞和基因組進(jìn)行操作（請回憶上文提到的首例基因療法的操作過(guò)程），因此無(wú)法通過(guò)規模生產(chǎn)有效地降低成本。據測算，基因療法的成本接近每位病人2百萬(wàn)美元，同時(shí)需要專(zhuān)門(mén)醫療團隊長(cháng)時(shí)間的追蹤，高昂的代價(jià)阻止了這項技術(shù)的大規模推廣。
而在技術(shù)層面，有兩個(gè)難以撼動(dòng)的障礙從基因療法的概念在1970年代誕生起就一直困擾著(zhù)科學(xué)家和臨床醫生。甚至到今天，我們都很難說(shuō)對它們有足夠的勝利把握。
我們首先看看第一個(gè)障礙：如何讓治療疾病的DNA進(jìn)入人體細胞？
我們還是可以借用重癥聯(lián)合免疫缺陷癥的例子。我們已經(jīng)看到，治療這種疾病的核心就是讓病人重新?lián)碛泄δ苷５南佘彰摪泵?，不管是把正常的ADA基因引入患者基因組DNA，使得患者的細胞可以重新自身合成正常的腺苷脫氨酶，還是直接在患者身體內注射正常的腺苷脫氨酶蛋白，應該都可以起到類(lèi)似的治療效果。
但是且慢，腺苷脫氨酶是一個(gè)分布極其廣泛、功能非常重要的蛋白質(zhì)，幾乎所有人體細胞都表達這個(gè)蛋白質(zhì)。我們目前認為和重癥聯(lián)合免疫缺陷癥相關(guān)的主要是表達在人類(lèi)白細胞、特別是淋巴細胞和巨噬細胞中的腺苷脫氨酶。因此如果想達到理想的治療效果，我們需要把ADA基因引入大量的白細胞中，這樣人體才能合成足夠量的腺苷脫氨酶?？梢韵胂?，如果ADA基因僅僅被導入到數量有限的白細胞中的話(huà)，其能夠合成的正常腺苷脫氨酶是很有限的，治療效果也就難言理想。事實(shí)上，即便是首例成功接受基因療法的重癥聯(lián)合免疫缺陷癥患者Ashanti DeSilva，也仍然需要定期重新接受基因治療并輔助注射長(cháng)效腺苷脫氨酶蛋白才能保持健康。
在幾十億年漫長(cháng)進(jìn)化中形成的人類(lèi)身體是一架運轉及其精密的機器。不，其實(shí)類(lèi)比機器是對人類(lèi)身體機能和構造的貶低，因為人類(lèi)所制造的全部機器，還沒(méi)有任何一臺能在結構、功能、魯棒性、可塑性等等任何方面能夠與人類(lèi)自身相提并論的。人類(lèi)身體內的細胞種類(lèi)、分布和結構極其復雜，就拿我們這里涉及到的淋巴細胞為例，其產(chǎn)生于包括胸腺和骨髓在內的淋巴器官，受微觀(guān)環(huán)境和相關(guān)信號因子的刺激而成熟并遷移至身體各處，在面對外來(lái)病原刺激后大量增殖并發(fā)揮免疫功能。這些細胞的形態(tài)、位置、生命周期復雜多變，想要在實(shí)驗操作中把ADA基因準確的插入到所有這些細胞中（或者至少是一大部分這些細胞中），又談何容易！
在實(shí)驗室研究中，生物學(xué)家們其實(shí)已經(jīng)發(fā)展了不少將外源基因引入細胞的人工方法。比如我們通過(guò)電擊在細胞膜表面產(chǎn)生微小的穿孔，從而允許DNA自由進(jìn)入；我們也可以將DNA包裹在類(lèi)似細胞膜結構的脂質(zhì)體內，通過(guò)細胞膜融合進(jìn)入細胞等等。但是面對大量的人類(lèi)細胞，類(lèi)似的操作仍然顯得效率過(guò)于低下。因此在臨床應用中，科學(xué)家和醫生們更多的還是要借助大自然的力量。
大自然的力量當然說(shuō)的不是求神拜佛，也不是聽(tīng)天由命?？茖W(xué)家和醫生們手里的工具，說(shuō)起來(lái)可能還有些可怕，它們是要動(dòng)用人類(lèi)最先進(jìn)的成像工具才能勉強看見(jiàn)、但卻可以輕而易舉的摧毀生命的病毒。
本文轉載自微信公眾號以負墑為生，作者王立銘。
聯(lián)系客服
