癌癥探秘（中）

這種飽受期待的療法導致多名患者死亡。它一落千丈卻又東山再起，原因很簡單——它不僅治愈了一些疑難病，而且有望在治療癌癥方面顯身手。

在美國作家丹尼爾·凱斯1966年所著小說《獻給阿爾吉儂的花》（改編成的同名電影后來獲得奧斯卡獎）中，32歲的主人翁查理·戈登是一名精神病患者，其病因是一種無法治愈的苯丙酮尿癥。這種絕癥由一個基因的缺失引起，這個基因為代謝苯基丙氨酸的酶解碼。如果苯丙酮尿患者吃含有苯基丙氨酸的東西，這種化合物及其副產品就會在患者的血液里堆積，并且變得有毒，由此造成大腦損傷、色素喪失、痙攣及其他一系列問題。

在小說里，通過接受一種實驗性的外科手術來提升自己的智力，戈登最終戰勝了這種遺傳病。而在現實中，苯丙酮尿患者的經歷與此截然不同——他們必須嚴格堅持低蛋白質飲食，避開所有包含苯基丙氨酸的食物，例如一切肉類、奶制品、堅果、豆類、豆腐及人造甜味劑——阿巴斯甜。

對苯丙酮尿的理想療法，或許是介于危險的大腦手術和嚴格的飲食限制之間。事實上，真正的理想療法或許是補充那個缺失的基因，從而讓該病患者能像正常人那樣享受高蛋白食物。由于基因治療（即向患者的細胞中添加新基因，替換缺失或失靈的基因）方面的進展，這種看似不可能的夢想或許很快將成為現實。

從20世紀90年代的黑暗時期開始（當時，這種各方期待的療法導致多名患者死亡），基因療法已經走過了一條長路。在過去20多年中，科學家在這方面取得了許多新認識，其中最重要的也許是：基因療法在紙面上容易描述，但在人類細胞中施行起來卻要難得多。而值得慶幸的是，一些決心已定的科學家們一直試圖攻克這個難題，他們對于讓基因療法帶來現代醫療革命滿懷期待與信心。

在了解基因療法之前，讓我們首先學習一些有關DNA和基因表達的基礎知識。或許你在高中生物學課堂上已經了解了有關基因的常識，但在這里我們不妨對此作扼要重述。基因是指遺傳信息的一個單元，它控制某種特定的活動或特征。基因存在于染色體中，染色體則位于細胞核內。染色體包含DNA長鏈，這些長鏈由被稱為核苷酸基（或簡稱核苷酸）的亞基（或稱亞單元）構成。核苷酸基為特定的蛋白質充當模板。在細胞里，這個模板經過多步驟的過程組建而成。其中第一個過程稱為轉錄。當一個DNA分子釋放并充當一個模板，以創制一條信使RNA鏈時，轉錄過程就開始了。隨后，信使RNA游離出細胞核，進入細胞質，在那里附著到一個被稱作核糖體的結構上。儲存在信使RNA中的基因序列（也稱遺傳密碼，它本身就反映出DNA密碼），決定著一個精確的氨基酸序列。這一步驟被稱為轉譯，正是它制造了一條氨基酸長鏈，即一個蛋白質。

蛋白質是細胞的主力。它們負責建造生理基礎設施，但它們也控制和調節重要的代謝通道。如果一個基因功能失靈，例如其核苷酸基序列被攪亂，那么就無法制造或準確制造相應的蛋白質。科學家把這稱為變異，而變異可造成包括癌癥和苯丙酮尿在內的種種問題。

基因療法試圖恢復或替換缺陷型基因，讓細胞恢復制造缺失蛋白質的能力。在紙面上，這非常簡單明了：只需把一個基因的正確版本注入一條DNA長鏈。而在現實中，由于細胞需要某種外部輔助（以一個病毒的形式），基因療法的實施變得有些復雜了。你可能會認為，病毒只是會引起感染（例如天花、流感、狂犬病或艾滋病等）的因子。但在基因療法中，科學家使用“依然活著卻又死了”的微小病毒顆粒，為一個細胞實施“基因大改組”。

病毒充當載體

病毒已經讓科學家困擾了多年。他們能看到病毒的效果——疾病，但他們無法分離病毒。起初，他們以為同自己打交道的是非常小的細菌細胞。然后，在對病毒的研究大潮中，美國科學家文德爾·斯坦利在1935年讓引起煙草花葉病的顆粒結晶，這也是在全球首次描述病毒。這些奇異的顆粒沒有細胞核或其他細胞結構，但它們擁有核酸——要么是RNA，要么是DNA。這小小一包遺傳信息被包裹在一只蛋白質衣殼中。在一些情況下，則被包裹在一只膜包膜中。

與其他生物不同，病毒不能自行復制，這是因為它們不具備必需的細胞機制。然而，如果病毒侵犯一個細胞，并且借助細胞的器材和酶，那么病毒就能復制。這一基本過程是：病毒進入宿主細胞，釋放自己的核酸和蛋白質；宿主細胞酶并沒有把病毒DNA或RNA視為外來物，從而愉快地制造它們的大量額外拷貝；與此同時，宿主的其他細胞酶把病毒核酸轉錄成信使RNA，后者則充當模板，制造更多的病毒蛋白質；利用新鮮的核酸供給，以及由宿主細胞制造的蛋白質，新的病毒顆粒自我組建；病毒離開所在細胞，到其他宿主那里重復前述過程。

正是病毒把遺傳信息帶到細胞里去的能力，使得病毒在基因療法中大有用場。如果用一個人類基因的DNA替換病毒DNA的一個片段，然后讓這個病毒感染一個細胞，情況會怎樣呢？宿主細胞是否會復制被引入的基因，然后遵循基因模板，制造相關的蛋白質？科學家發現，這完全可行——前提是改造病毒，阻止它引起疾病，或誘導宿主的一種免疫反應。經過這樣的修改后，病毒就變成了一種載體，可用于實施一種特定的基因療法。

今天，科學家使用多種類型的病毒作為載體。他們采用過的載體之一是腺病毒（它是造成人類普通感冒的病毒之一）。腺病毒把自己的DNA引入細胞核中，但這個DNA并不整合進染色體。這讓腺病毒成為還算不錯的載體，但它們通常會激發一種免疫反應，就算腺病毒已被弱化也一樣。作為另一種選擇，科學家可能會依賴腺病毒相關病毒。它們是腺病毒的更友好、更溫柔版本，尚未發現它們會引起人類疾病。不僅如此，腺相關病毒還會把自己的基因整合進宿主染色體，這有可能使得細胞復制被插入的基因，并且把它傳遞給已改變的細胞的未來幾代。諸如導致艾滋病及某些類型肝炎的逆轉錄酶病毒，也會讓自己的基因材料片段進入自己所侵犯的細胞染色體內。因此，科學家深入研究了把逆轉錄酶病毒用作基因療法載體的可能性。

體外基因療法

基因療法這個理念已在科學家們的腦海中存在了幾十年時間。美國遺傳學家愛德華·塔圖姆在1966年率先提出，基因性疾病或許可通過“基因工程”來治療。同一年，另一名美國人約舒華·雷德伯格在自己發表于《美國自然學家》雜志上的一篇論文中，勾勒了“病毒基因療法”的細節。由此，多名科學家努力研究把基因療法從概念推進到現實。1972年，美國生物化學家保羅·博格研發出剪掉人類DNA的一個片段、并把它注入一個病毒的基因組的辦法。接著，他用這樣的病毒感染細菌細胞。最終，他得以讓細菌產生人胰島素。10年后，美國人羅納德·伊文斯把負責老鼠生長激素的基因注入一只逆轉錄酶病毒，接著又把這個基因導入老鼠細胞。

所有這些嘗試，為一場基因療法革命奠定了基礎。由美國食品和藥物管理局（簡稱FDA）批準的首次基因療法試驗，開展于1990年。這次試驗聚焦于重癥綜合性免疫缺陷（簡稱SCID）患者，這種病也被稱為“泡泡男孩病”。此病患兒、美國男孩戴維·維特不得不一直住在無菌環境——一個塑料泡泡中，直到他1984年死于12歲。

在這場試驗中，科學家使用了體外基因療法。首先，他們把一根特制的針插進患者的股骨中采集骨髓。接著，在實驗室中，他們讓來自于骨髓的干細胞暴露在逆轉錄酶病毒面前。這些病毒的RNA已經過修改，從而含有與SCID相關的基因。病毒感染干細胞，并且把這種功能性基因插入宿主染色體中。下一步，科學家提取經過基因改造的干細胞，把它們重新注入患者的血液中。這些細胞徑直朝著骨髓而去。與所有功能良好的干細胞一樣，這些細胞也成熟，并且成為不同的細胞類型，其中包括健康的T細胞，這些T細胞都攜帶必需基因的功能正常的拷貝。運用這種技術，數十名SCID患兒被徹底治愈。不過，這并非是基因學家用來治療的唯一疾病，也不是唯一的基因方法。

生殖細胞基因療法

迄今為止，科學家一直把他們的基因療法實驗集中于體細胞（即除了生殖細胞之外的人體所有細胞）。換句話說，這些實驗不能被傳遞給患者的孩子。在理論上，有可能操縱卵細胞或精細胞的DNA，這樣的DNA能讓經過基因改造的基因傳遞給未來幾代人。這種所謂的“種系基因療法”引發了一系列有關倫理問題的擔憂。對于那些希望獲得美國聯邦基金資助的科學家來說，這種基因療法還不能進行。

體內基因療法

實施基因療法的第二種常見方式，是把攜帶所需基因的病毒直接注入有缺陷的細胞所在區域。20世紀90年代，美國賓夕法尼亞大學病理學及實驗室醫學教授詹姆斯·威爾遜成為這種所謂的“體內基因療法”的先鋒。他運用逆轉錄酶病毒作為載體，但他弱化了病毒，以限制受體的免疫反應。在初期測試中，經過改造的病毒看來未對接受治療者造成任何損害，就連普通感冒也沒有。這意味著，這種辦法能可靠地傳遞基因，同時又沒有什么副作用。

1999年，威爾遜領導了基于逆轉錄酶病毒的基因療法的第一期臨床試驗，目的是治療一種罕見的基因疾病——鳥氨酸轉氨甲酰酶（簡稱OTC）缺乏癥。OTC是一種幫助身體分解多余氮的酶。沒有了它，氨水平會持續上升，直到引起大腦中毒。X染色體上的一個單一基因為OTC解碼，使得此基因成為這種實驗療法的一個理想候選對象。威爾遜把這個OTC基因注進已被弱化的逆轉錄酶病毒顆粒，然后把這些顆粒注入18名患者的肝臟。

這種理念很簡單：病毒感染肝細胞；肝細胞開始復制OTC基因，并開始制造OTC酶。不幸的是，其中一名18歲患者——杰西·基辛格在接受經過改造的病毒注射3天后死亡。科學家現在相信，基辛格的身體發動了強烈的免疫反應，引起大面積器官衰竭，從而導致死亡。

基因療法引發倫理爭議

基因療法的安全性僅僅是問題的一部分。許多人質疑：改造某人的基因，在道德上正確與否？他們想知道：誰來決定哪些基因是“好”的？或者，哪些基因是“壞”的？他們還疑惑基因療法的成本問題：如果這種療法的價格很高，許多低收入者會怎樣？要是有人想通過基因療法來修改非致命性人類特征，例如身高、智力或體育能力，又會怎樣？這些問題和人們對病毒生理學或基因插入及表達機制的關切一樣重要。

基因療法的安全性

杰西·基辛格之死震驚了美國公眾，也在整個科學界引發了沖擊波。科學家們開始痛苦地意識到，基因療法紙上談兵很容易，實施起來卻面對諸多挑戰與陷阱。不管他們實施基因療法的方式如何——是體外療法還是體內療法，實際上都帶有潛在的風險。

對體內基因療法來說，最大問題是患者的免疫系統。人體把逆轉錄酶病毒樣顆粒（哪怕是攜帶人類基因的這樣的顆粒）視為外來物。當這些顆粒進入宿主細胞時，宿主的回應是發動反擊以除掉這些入侵者。這正是發生在杰西·基辛格身上的情況。他的免疫系統并不明白這些病毒是來幫忙的，因而發起了猛烈的攻擊，甚至在此過程中關閉了他的臟器。今天，科學家或許會給予他較低的治療劑量，或者使用免疫抑制藥物對他進行預防性治療。另一種選擇是探索使用“裸”DNA，就是被去掉了病毒載體的核酸分子。

依賴逆轉錄酶病毒的體外基因療法也有自己的問題。請記住，逆轉錄酶病毒把自己的DNA縫合進宿主的染色體，這有點像取出一個句子當中的一個短語，并且把它插入一個更長的句子當中。如果插入的地方不對，其形成的“語言”就可能沒有意義。在使用逆轉錄酶病毒的一些基因療法試驗中，患者出現了白血病及其他形式的癌癥，原因是插入一個基因時擾亂了周圍其他基因的功能。

在SCID基因療法試驗中，這樣的并發癥影響了多個孩子。好在科學家運用其他療法，戰勝了他們中許多人的癌癥。但正由于這樣的問題，FDA現在通過自己的一個機構——“生物制劑評估與研究中心”管理全美國的基因療法產品和服務。對于那些有興趣研發人類基因療法產品和服務的科學家及生產商，該中心則提供前攝的（指前一活動中的因素對后一活動造成影響的）科學性及調控性建議。在運用基因療法進行臨床試驗時，美國和國外的這方面投資者也可獲得美國“國立健康研究院”的建議與指引。不過，迄今為止，“生物制劑評估與研究中心”尚未批準過任何基因療法產品上市。但是，多項正在進行中的這方面試驗，正在產生有希望的結果。

基因療法能治哪些病？

在杰西·基辛格死后，FDA禁止詹姆斯·威爾遜再對人體進行基因療法試驗。不過，其他研究者不受此限制。2007年，美國賓夕法尼亞大學醫學院的分子基因學家及內科醫生簡·本內特及其丈夫艾伯特·馬奎爾（賓夕法尼亞州兒童醫院的視網膜外科醫生）開始基因療法臨床試驗，目的是研究這種療法對一種罕見的眼盲癥——先天性黑朦（簡稱LCA）的療效。RPE65基因的一個變異，導致對視網膜來說很重要的一個蛋白質缺失。缺乏這個蛋白質的人會逐漸喪失視力，直到完全失明，而失明通常在40歲就會發生。

馬奎爾夫婦把RPE65基因插入一只腺病毒相關病毒。接下來，他們以低劑量把經過基因改造的病毒注入3名患者的視網膜。這些病毒感染視網膜細胞，這些細胞開始產生RPE65蛋白質。結果，3名患者的視力都改善了，而且沒有出現副作用。該團隊決定開展更大規模的試驗，且加大病毒劑量。結果，又有6名LCA患者接受了基因治療，并且獲得了更好的療效。

SCID和LCA是運用基因療法成功治療的為數不多的疾病。然而，基因學家和分子生物學家對于采用基因療法治愈更多疾病胸有成竹。詹姆斯·威爾遜目前繼續致力于在該領域的探索。他已經分離了120類腺相關病毒，其中許多在一些組織中的表現比在其他組織中更有效。例如，其中一些載體對心臟組織有親和性，另一些則對脊髓和大腦細胞有親和性。未來的研究，也許將帶來對脊柱損傷和帕金森病等疑難病的有效療法。

在體外基因療法方面，科學家們也正在大步前進。2013年7月，美國《科學》雜志發表了調查使用慢病毒屬作為基因療法載體的兩項研究結果，它們的獨特之處在于它們能在分裂和非分裂的細胞中有效，并且永久性地傳導基因。其他逆轉錄酶病毒則必須對分裂的細胞實施“基因巫術”。或許更重要的是，當把自己的載荷注入宿主DNA時，慢病毒屬看來不太容易激活其他的癌癥相關基因。科學家采用基于慢病毒屬的基因療法治療腎上腺腦白質營養不良（一種影響年輕男性、伴X染色體的神經退行性疾病）和異染性腦白質營養不良（一種由一個單一基因變異引發的罕見的退行性疾病），結果表明這兩種疑難病都不再發展，而且沒有有害的副作用。

未來，其他有希望的基因療法一定會出現。它們針對的大多是遺傳病，例如囊胞性纖維癥、肌肉萎縮癥、鐮狀細胞性貧血和血友病等。甚至就連苯丙酮尿癥也會讓基因療法轉變成過去式。如果真是這樣，查理·戈登一定會非常開心。

基因療法與癌癥

基因療法涉及向細胞注入基因材料，賦予細胞新功能或恢復細胞缺失的功能。科學家認為癌癥也可能是由基因受損或缺失引起的。我們的基因遺傳自父母，基因決定我們的特質。基因由生物學分子——脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）構成。DNA和RNA負責蛋白質的制造。這些蛋白質具有許多功能，例如幫助細胞維持形狀，或控制細胞生長與分裂等。基因的改變（即變異）可能會影響蛋白質，有時候這可能引發疾病，例如癌癥。科學家發現，復合晚期癌癥變異基因（MMAC1）參與了一些常見癌癥。他們還成功修復了參與人類肺癌的一個有缺陷的腫瘤抑制基因——p53。

癌癥的基因療法也分體外療法和體內療法。體外療法涉及從患者體內提取一些癌細胞，向它們注入好基因，然后再把它們送回體內。體內療法是把好基因直接注入腫瘤內，但這種療法的效果取決于確定癌瘤位置和癌癥是否已轉移。在癌癥基因療法中，科學家通常使用兩類細胞——癌細胞自己和攻擊癌細胞的免疫系統細胞。

美國“圣迭戈健康系統”的“穆爾斯癌癥中心”的科學家們，目前正在研發針對乳腺癌、皮膚癌、白血病和胰腺癌的基因療法。例如，他們已經介入抗體藥物赫賽丁的研發。這種靶向藥物正在被證明對沒有擴散的人類表皮生長因子受體-2（HER2）型乳腺癌有效。HER2控制著細胞生長、分裂及自身修復。科學家們也已經在把一種改造過的皰疹病毒注入黑素瘤（一種皮膚癌）的癌瘤內部，旨在改善機體對這種癌癥的免疫防御能力。

一種被稱為“TNFerade生物制劑”的基因療法，涉及一個包含腫瘤壞死因子基因α的DNA載體。這種免疫系統蛋白質有強力抗癌作用。科學家正在研究聯合運用TNFerade與放射療法，用于對無法手術的胰腺癌患者的首次治療。“TNFerade及皰疹攻略”使用基因療法來提升主要機制的殺癌效果。所謂主要機制，包括在TNFerade當中采用放射和由病毒誘導的細胞溶菌作用（胞溶作用）。

在美國，使用基因療法治療癌癥只能通過臨床試驗進行。那么，這樣的臨床試驗是否有風險呢？答案是肯定的。病毒載體既影響癌細胞，也影響健康細胞。新基因可能會插到不正確的DNA位置，或者轉移基因可能會被“過度表達”，產生過多的缺失蛋白，從而造成損害。總之，在接受癌癥基因療法之前，和其他任何接受基因療法的患者一樣，患者應該和醫生討論基因療法涉及的所有風險。

（下期預告：本文涉及的靶向治療正在成為一種越來越重要的癌癥療法，甚至有科學家相信，它最終可能取代傳統的化療、放療和手術，成為癌癥治療的一線策略。那么，什么是靶向治療？它的前景到底是怎樣的？請關注本刊下期的相關文章。）