基因療法:從第一代走向第二代

　　基因療法是通過對病人異常的致病基因進行剪接，然后用正常的基因修補致病基因，達到治愈疾病的目的。如果僅從基因療法的方法上來區分，可以把今天的試驗性基因療法分為第一代和第二代。第一代基因療法是利用無害的病毒（一般是腺相關病毒）作為載體，把正常基因運載到異常基因部位，以取代或糾正異常基因。第二代基因療法則是以特定的酶作為基因剪刀來剪掉異常基因，代之以正常的基因。
　　
　　第一代基因療法：安全是軟肋
　　
　　第一代基因療法也可稱為傳統基因療法。傳統的基因療法是利用對人體無毒無害的病毒作為載體，攜帶基因到基因缺失或基因異常部位，以修復基因。但是，這種攜帶基因進行治療的方法是隨機的，不像基因剪刀一樣特異性強，定向比較明確。因此傳統基因療法具有不可預測性，很可能導致一些意想不到的副作用。病人在治療疾病的同時，由于基因導入的位置不正確，會患上另一種疾病。
　　最早的基因療法是美國醫生采用的。1990年9月，美國的弗倫奇?安德森醫療小組對一名患重癥聯合免疫缺陷綜合征的4歲女孩進行基因注射療法，取得成功，因而安德森被譽為“基因療法之父”。安德森所使用的方法就是用腺相關病毒（AAV）來運載正常基因，以替換小女孩的異常基因。但是這種傳統的基因療法存在嚴重缺點，被病毒攜帶的治病基因有時不能到達病人體內的目標基因之處，而是跑到其他正常基因的部位，并產生基因調控或復制作用，導致新的疾病。
　　2002年8月，法國一個醫療小組對一名男孩進行試驗性基因療法，以治療男孩的重癥聯合免疫缺陷綜合征。從出生起這名男孩體內就缺乏抗感染所必需的白細胞，患兒2個月時，法國醫生對他進行基因療法。研究人員使用經過基因修飾的病毒，將患兒所缺乏的產生白細胞的基因導入其體內，但后來患兒卻患了白血病。
　　對這個醫療事故進行調查后發現，男孩患白血病的原因是基因導入錯誤。攜帶治療性基因的病毒在病人細胞的至少一個不適當位點導入了治療性基因，新導入的基因破壞了細胞內原有的調控基因，使細胞開始不受控制地分裂，從而使患兒罹患白血病。
　　由于傳統基因療法的安全性得不到保證，盡管這類基因療法可以治療多種疾病，但迄今也只是一種試驗性療法，還不能進入臨床作為常規療法使用。
　　
　　第二種基因療法：試治艾滋病
　　
　　既然用病毒攜帶基因不保險，為何不采用更為直接的基因療法呢？這就是用基因剪刀把異常基因剪除，代之以正常基因。
　　剪接基因需要剪刀，這種剪刀并非人們在生活中使用的剪刀，而是一種酶分子，其名稱叫作重組鋅指蛋白核酸酶(ZFN)。基因剪刀由鋅指蛋白與一種稱為FokI的限制性內切酶組成。它可識別特定的基因位點，當兩個識別位點相距恰當的距離時（6～8個堿基對），兩個單體基因剪刀（ZFN）相互作用產生酶切功能，也就能定點剪切DNA特定片段，例如剪除異常的基因片段，并用正常基因替換異常基因，這就是第二代基因療法的理論基礎。
　　第二代基因療法不僅可以治療罕見的遺傳病，而且可以治療嚴重危害人們的疾病，如癌癥和艾滋病。研究人員早就發現，艾滋病病毒（HIV）入侵人體的免疫T細胞首先是通過識別T細胞上的一些受體分子，通常有兩類，一是CCR5，另一是CXCR4。迄今研究人員已鑒定出28種趨化因子受體，其中的趨化因子受體CCR5和CXCR4都與HIV-1的入侵有關，因為幾乎所有的HIV-1病毒株都是利用自身的gp120蛋白與CCR5或CXCR4受體結合，或同時與這兩種受體結合侵入T細胞。
　　能利用趨化因子受體CCR5侵入T細胞的HIV或其他病毒稱為R5嗜性，能利用趨化因子受體CXCR4侵入T細胞的HIV或其他病毒稱為X4嗜性，既能利用CCR5，又能利用CXCR4侵入細胞的病毒株則稱為R5/X4嗜性。
　　由此，也為研究人員提供了一個思路，如果采用基因修剪和刪除的方式，改變CCR5或CXCR4受體分子，就有可能讓HIV難以識別T細胞，從而阻止HIV入侵T細胞。這一啟發首先來自德國一個骨髓移植案例。德國一個醫療小組挑選了一位CCR5發生變異的骨髓捐獻者，用他的骨髓治療好了一名白血病兼HIV感染者。在治療好了這名白血病患者兩年后，病人多次檢測也沒有查出體內有HIV。這說明CCR5的變異讓HIV難以感染新的T細胞。
　　于是，位于美國加利福尼亞州里奇蒙的一家生物科學公司——桑加莫（Sangamo）研發了一種基因剪刀，稱為SB-728-902，也就是一種特殊的重組鋅指蛋白核酸酶，其作用在于，這種基因剪刀可以特異性地和永久地改變T細胞DNA中為其自身細胞膜上的CCR5受體分子編碼的基因。而在過去的研究中，研究人員發現，人的自然變異的CCR5分子——CCR5Δ32分子能抵御HIV的入侵，原因也在于由于基因突變導致了CCR5分子結構改變。通過鋅指核酸酶（ZFN）基因剪刀對編碼CCR5分子的基因進行剪切修飾，就可以人為改變CCR5分子結構，如此，HIV就找不到進攻T細胞的入口，也就能把HIV拒之門外。
　　桑加莫公司已經采用SB-728-902對6名感染了艾滋病病毒的患者進行臨床一期試驗，方法是，把患者的T細胞抽取出來，用SB-728-902基因剪刀加以修飾，因此，這些細胞變成了經過改造的T細胞（SB-728-T，或稱ZFN-CCR5修飾細胞），再把這些經過基因改造的T細胞輸回病人體內。與此同時也對這些患者采用治療艾滋病的高效抗逆轉錄病毒藥物治療。
　　結果顯示，這種基因療法對患者是安全的。在6名患者中，有5名的總CD4 +T細胞（即HIV所攻擊的T細胞）計數持續改善。此外，6名患者中，有5名還顯示其CD4:CD8 T細胞比例（一種免疫健康指標）持續改善。他們的ZFN-CCR5修飾細胞也表現出正常T細胞的生長動力學和轉運功能，這些細胞在腸道黏膜（病毒在體內主要的貯存處）進行選擇性擴增，提示這些細胞可抗擊HIV感染。
　　當然，對艾滋病病人進行這種基因療法的原理還在于，這種基因療法可以避免HIV進一步感染體內新的T細胞，而T細胞的存活期比HIV更長，HIV由于找不到新的T細胞入侵就會慢慢死亡。最終大量生長的新T細胞會在體內重建免疫功能，因此，不必服用抗HIV的藥物也能讓病人獲得新生。
　　
　　安全同樣令人擔心
　　
　　從表面上看，采用基因剪刀進行基因療法的做法比傳統的基因療法更好，因為重組鋅指蛋白核酸酶（基因剪刀）比起傳統的基因療法來有更大的特異性，即直接對準目標（靶）基因。但是，利用基因剪刀進行基因療法的安全性同樣令人擔心，因為基因剪刀也有不確定性。
　　美國加利福尼亞大學的分子生物學家戴維斯?西格爾認為，目前需要確定的是，基因剪刀是否準確地到達了人們所希望到達的治療部位。基因剪刀既然有剪接和替換功能，因此沒有人希望基因剪刀在人體的細胞中胡亂地剪接，從而導致其他病變，例如癌癥和基因突變。
　　為了驗證基因剪刀的準確性，位于海德伯格的德國癌癥研究中心的腫瘤醫生克里斯托夫?卡勒對重組鋅指蛋白核酸酶的治療效果進行了檢驗。他認為，這種基因剪刀的錯誤是很難發現的，因為，在治療中這種基因剪刀潛伏在與疾病密切相關的成千上萬個細胞中的任何細胞中，所以這種基因剪刀也可能對很多正常細胞進行了基因剪接，這就可能造成隱患。
　　然而，用拖網式的方法查找所有細胞是否受到基因剪刀的剪切是不太可能的。過去，研究人員檢查基因剪刀是否有錯誤是分析基因組中何處出現酶的粘貼（在粘貼處就有可能是基因剪刀在起作用）。
　　
　　卡勒和其同事采取了不同的方法，把接受治療的細胞暴露于一種病毒，后者能把它自己嵌合到宿主基因組的斷裂處。然后，他們查找細胞中的病毒基因以發現基因剪刀在何處產生剪切作用。在被檢測的基因剪刀中，他們發現了基因剪接有兩種脫靶效應，也就是沒有對異常的疾病基因進行剪切，反而剪切了正常基因。
　　美國鹽湖城猶他大學的生物化學家多娜?卡洛爾認為，這一發現具有重要意義。因為，這表明，細胞中DNA實際被剪接的位點出現了并非人們想要的結果。
　　美國哈佛大學的生物化學家大衛?劉采用了另一種方法來檢查基因療法中非目標DNA是否被剪切。他的研究團隊首先篩查病毒DNA庫，以尋找那些可以被基因剪刀剪切的DNA片段。然后，他們在人類基因組中查找與病毒相似的DNA片段，再把人的細胞放到培養基中培養以檢測人的細胞中的這些DNA序列是否可以被基因剪刀剪切。
　　結果，研究人員發現，這種酶基因剪刀的剪接效果比預期的更廣泛。而且，研究人員測試的一種酶基因剪刀與艾滋病臨床試驗治療中所使用的酶基因剪刀相似。在很偶然的情況下研究人員發現，酶基因剪刀剪開了與癌癥相聯系的一種基因旁邊的DNA。這意味著，基因剪刀可能誘發病人患癌。
　　但是，大衛?劉等人是用白血病細胞進行的酶基因剪刀的測試，而艾滋病研究的靶細胞是一種典型的免疫細胞——T細胞，所以不能簡單地將兩者混淆起來，而是需要進一步的研究來確認基因剪刀是否會致癌。
　　不過，桑加莫公司卻認為他們的基因剪刀是有安全保障的。桑加莫公司的首席科學官員菲利普?格雷戈里指出，在大衛?劉和克里斯托夫?卡勒使用基因剪刀并驗證它們的效果以來，該公司已經進一步改進了他們的基因剪刀。在用于臨床試驗之前，桑加莫公司對這種基因剪刀進行了無數次的安全檢測，包括把基因剪刀移植進150多種動物的10億多個遺傳改造的細胞中以觀察其是否有害或是否有副作用，結果并沒有發現基因剪刀在濫殺無辜。所以，基因剪刀的安全性是有保障的。
　　但是，格雷戈里也認為，目前，他們的基因剪刀還需要進行活體試驗，因為美國食品和藥物管理局的管理者不可能放棄這種基因剪刀對于活體動物安全性試驗的要求，所以能否廣泛使用這種基因剪刀有待更多的研究結果才能確認。
　　現在，由于新的研究提出了重組鋅指蛋白核酸酶（基因剪刀）可能也會對正常細胞的基因進行剪接，因而對這種新的基因療法的安全性提出了挑戰。當然，如果進一步的研究能夠解決安全性問題，讓第二代基因療法只針對特定的靶細胞和靶基因，而不破壞正常細胞的基因，這種療法將會成為未來理想的基因療法。
　　【責任編輯】張田勘