基因療法是一個聽起來充滿未來感的詞匯。但可能很少有人意識到，距離首位人類患者接受基因療法治療已經(jīng)去了30年。在這30年里，基因療法領(lǐng)域曾一飛沖天，也曾一落千丈。直到最近的幾年里，它才逐漸褪去光環(huán)與污名，成為人類對抗疾病的重要武器。1972年，《科學(xué)》雜志上一篇題為“Gene Therapy for Human Genetic Disease?”的文章正式提出了基因療法，這種療法被認可作為人類遺傳疾病的一種治療方式。

此后的幾十年間，關(guān)于基因治療的研究數(shù)量激增。盡管基因療法也曾經(jīng)歷輝煌和暗淡，但在長足的研究下，基因療法逐漸褪去光環(huán)與污名，成為人類對抗疾病的重要武器。

日前，美國再生醫(yī)學(xué)聯(lián)盟(Alliance for Regenerative Medicine, ARM)發(fā)布了名為“新冠疫情下的創(chuàng)新”的2020年上半年報告。報告指出，再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(包括基因療法，利用基因工程改造的細胞療法，細胞療法，和組織工程)在新冠疫情的挑戰(zhàn)面前展現(xiàn)了出色的韌性。2020年上半年，全球這一領(lǐng)域完成的融資金額達到107億美元，超過2019年全年的融資金額。

疫情下基因療法的逆勢增長原因何在?從罕見病到常見病，我們?yōu)槭裁葱枰虔煼?

我們?yōu)槭裁葱枰虔煼?

人類的疾病可以粗略地分為三種類型。第一類是由遺傳因素主導(dǎo)的疾病，也就是我們通常所說的遺傳病。大多數(shù)遺傳病的發(fā)病率非常低，通常在千分之一到百萬分一之間。第二類疾病是由于環(huán)境因素主導(dǎo)的疾病 (受遺傳因素影響的程度非常小)，比如細菌感染，病毒引起的普通感冒，或者骨折。而第三類疾病則是由遺傳因素和環(huán)境因素共同主導(dǎo)的疾病，比如癌癥、高血壓。

對于第二類疾病，受環(huán)境因素主導(dǎo)由細菌或病毒感染引起，由于抗病毒藥物、抗生素的存在以及人體強大的免疫系統(tǒng)的作用可以被完全治愈。而類似癌癥，阿爾茨海默病等由多基因以及環(huán)境因素共同主導(dǎo)的第三類疾病，或單純由遺傳因素主導(dǎo)的第一類疾病，以現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)水平想要實現(xiàn)治愈卻依舊困難。

對于遺傳因素主導(dǎo)的疾病，盡管小分子化藥和大分子抗體類藥物已經(jīng)取得了很大的成功，但這些藥物的發(fā)展也面臨著諸多困境，比如小分子化藥有著組織分布、親和力等等難題。而抗體類藥物的作用靶點多位于膜表面，對于胞內(nèi)靶點甚至是染色體上的核酸靶點束手無策，且為了維持人體穩(wěn)態(tài)，往往需要長期輸入治療性蛋白質(zhì)。但是，治療性蛋白質(zhì)開發(fā)難度大，對于很多患者來說，終身注射是一件很痛苦的事情。

因此，基因療法作為一種可以實現(xiàn)治療性蛋白的長期表達和組織特異性表達的治療方法應(yīng)運而生。以實現(xiàn)治療傳統(tǒng)藥物不能治療的疾病，或大幅改善治療疾病的方式。事實上，面對很多先天性遺傳的疾病，這似乎是許多患者唯一的希望。

在基因療法被提出后的多項臨床研究取得突破性進展下，1990年，一個患有ADA-SCID疾病的4歲小女孩兒阿珊蒂接受了基因替代療法的治療。這是一種由于腺苷脫氨酶(ADA)缺陷所導(dǎo)致的嚴重綜合性免疫缺陷疾病。對阿珊蒂來說，周圍的世界無處不存在著危險。哪怕和普通人共飲一杯水，甚至是在同一間房間里呼吸，都可能會帶來致命的后果。

科學(xué)家們使用病毒載體作為遞送方法，通過體外基因工程，將健康的ADA基因?qū)氲剿陨砑毎?，并將編輯后的細胞重新注射回她的體內(nèi)。在治療的半年內(nèi)，阿珊蒂體內(nèi)的免疫T細胞水平就恢復(fù)了正常。在接下來的2年里，她的健康狀況不斷得到改善，過上了和同齡人幾乎沒有差異的童年。

這一案例被認為是基因治療發(fā)展史上一個重要的里程碑，科學(xué)家們通過人體試驗完成了對基因療法的概念驗證，證明了基因治療的安全性和可行性，鼓舞了更多的臨床試驗的開展。但短暫的輝煌并沒有持續(xù)太久，1999年，首位在基因療法中死亡的患者出現(xiàn)。在接受基因治療后，這位患者出現(xiàn)了致命的免疫應(yīng)答。

隨后一系列的早期試驗結(jié)果接連暴露基因治療嚴重的副作用，包括針對載體的免疫反應(yīng)以及載體介導(dǎo)的原癌基因插入激活引起的惡性腫瘤等，這一系列的負面報道無疑讓基因治療在一時間陷入低谷。

這些失敗的案例也讓研究者們開始反思基因治療的風(fēng)險因素，從而陸續(xù)推動了更多基礎(chǔ)研究的快速發(fā)展，包括病毒學(xué)、免疫學(xué)、細胞生物學(xué)、動物模型構(gòu)建和疾病靶向治療等。伴隨著這些領(lǐng)域的快速發(fā)展，基因治療于21世紀初開始逐漸走出困境。在長足的研究下，現(xiàn)在，基因療法逐漸褪去光環(huán)與污名，成為人類對抗疾病的重要武器。

基因療法的三種形式

狹義上的基因療法是指將功能基因遞送到患者體內(nèi)，以矯正或置換治病基因的一種治療方法。在這種治療方法中，目的基因被導(dǎo)入到靶細胞(target cells)內(nèi)，他們或與宿主細胞(host cell)染色體整合成為宿主遺傳物質(zhì)的一部分，或不與染色體整合而位于染色體外，但都能在細胞中得到表達，起到治療疾病的作用。

廣義上來講，凡是采用分子生物學(xué)的方法和原理，在核酸水平上開展的疾病治療方法都可稱為基因治療。因此，RNA藥物也可以算作基因療法。

目前，基因療法主要有三種形式：一是將正確的基因?qū)爰毎麃硖娲e誤的突變基因;二是直接修復(fù)錯誤的基因，也就是常說的基因編輯;三是在體外通過基因技術(shù)修改細胞，然后把修改的細胞導(dǎo)入人體發(fā)揮作用。

將正確的基因?qū)爰毎麃硖娲e誤的突變基因即基因修飾，又稱基因增補。想要實現(xiàn)基因修飾，首先需要一種載體把基因帶到細胞中，最常見的方法就是利用經(jīng)過改造后無法增殖的病毒。這是因為病毒天生有將基因序列整合到宿主基因組中的能力。

目前有兩大類病毒載體最為常用，一類是逆轉(zhuǎn)錄病毒載體(Retroviral vectors)，一類是腺相關(guān)病毒載體(Adeno-associated viral vectors)。早期(1980年代至1990年代早期)的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體多使用γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒和C類逆轉(zhuǎn)錄病毒，后來科學(xué)家又開發(fā)出慢病毒(Lentivirus)和泡沫病毒(spumaviruses)載體。這些病毒不但能感染非分裂的細胞，而且能攜帶更大片段的基因。

通過遺傳改造，比如去除增強子等方式，這些病毒被改造得更為溫和，從而大大降低了遺傳毒性。而腺相關(guān)病毒載體不易整合到宿主基因組，因而更加安全。在這一原理下，利用基因療法具有長期表達和組織特異性表達治療性蛋白的特點，有兩種藥物設(shè)計思路：

一是將基因療法作為長效的給藥方式，基于治療性蛋白反向設(shè)計基因序列，完成藥物設(shè)計，例如在wAMD中的應(yīng)用;二是將基因療法作為一種全新的治療方式，針對過去無法治療或難以治療的疾病，從基因出發(fā)設(shè)計藥物，例如Luxtuma、Zolgensma。

相對于外源導(dǎo)入基因，直接修復(fù)突變的基因無疑是更安全的選擇。通過切割需要修改的基因片段，然后利用細胞自身的DNA修復(fù)機制，科學(xué)家可以按照需要改變細胞原有的DNA序列，這也就是基因編輯技術(shù)。

基因編輯在近幾年得以快速發(fā)展，得益于CRISPR技術(shù)的發(fā)現(xiàn)。CRISPR最令人驚艷的是，這把基因編輯剪刀可接收人類編程指令，只搜索、綁定和剪切特定的DNA序列，這其中也包括人類的基因組序列。因為高效、便捷、適用范圍廣，CRISPR技術(shù)的突破使得基因組編輯的發(fā)展進入快車道。

需要注意的是，盡管基因編輯的治療方法在設(shè)計上最為理想，但技術(shù)上仍未突破，操作難度也極大。并且，用于生殖細胞時倫理爭議極大，一個被熟悉的案例就是2018南方科技大學(xué)的賀建奎在基因編輯一對名為露露和娜娜的嬰兒后，在世界范圍內(nèi)被廣泛聲討。雖然目前單堿基編輯技術(shù)(Base Editing)是該領(lǐng)域的寵兒，但基因編輯依舊還有一段很長的路要走。

把經(jīng)過基因改造的細胞導(dǎo)入人體發(fā)揮作用，是第三種形式的基因治療，更多地運用在腫瘤領(lǐng)域。這種技術(shù)主要借助CAR-T或者T細胞受體(TCR)嵌合型T細胞(TCR-T)的形式以離體基因治療的方式達到殺傷腫瘤的目的。

以CAR-T為例，這是一種新型的細胞免疫療法，利用白細胞分離技術(shù)從患者的血液中提取免疫T細胞，體外通過基因工程技術(shù)給T細胞整合一個能識別腫瘤細胞，并且同時激活T細胞殺死腫瘤細胞的嵌合抗體基因，再進行體外擴增改造的T細胞并回輸?shù)桨┌Y患者體內(nèi)，從而識別并攻擊自身的腫瘤細胞，達到腫瘤治療的目的。

從罕見病到常見病

不可否認的是，在罕見病領(lǐng)域，基因療法正開始讓越來越多原本無藥可醫(yī)的患者受益。

以先天性黑矇癥為例，這是一種在新生兒出生一年內(nèi)就發(fā)病的罕見遺傳病。嬰兒的目光不會追隨懸掛晃動著的玩偶，對刺眼的光源卻毫不避讓。慢慢地，患者會陷入永久失明。對此，基因療法的治療策略十分有效，把病毒載體放到視網(wǎng)膜的一小塊區(qū)域，就有一些基因發(fā)生轉(zhuǎn)移。在這種疾病當(dāng)中，只要糾正了有缺陷的基因，失明的患者就可以重見光明。

在單基因遺傳病方面，如SCID、鐮刀狀貧血、血友病、地中海貧血、苯丙酮尿癥等基因治療也越來越多的參與其中。治療原理是基因修飾，由于單基因突變的存在，靶細胞會產(chǎn)生異常蛋白或不產(chǎn)生正常蛋白，基因療法通過病毒載體將外源基因?qū)氲桨屑毎麅?nèi)，以表達正常蛋白，達到治療目的。

但除了罕見病，事實上，相較于傳統(tǒng)藥物是直接補充人體所需的重要物質(zhì)(蛋白質(zhì)、無機物、多肽等等)或調(diào)節(jié)信號通路中的蛋白靶點，基因療法的作用位點更“上游”，在核酸水平上開展治療。根據(jù)中心法則，理論上由蛋白質(zhì)異常導(dǎo)致的疾病，都可以通過核酸的作用來治療?；诖耍虔煼芍委煹念I(lǐng)域非常廣泛，在罕見遺傳病以外，更多的常見疾病類型也將有基因療法的用武之地。

前不久，巴塞爾分子與臨床眼科研究所(IOB)的科學(xué)家與德國靈長類動物中心(DPZ)-哥廷根的萊布尼茲靈長類動物研究所的同事一起開發(fā)了一種基于基因療法的全新治療方法，他們設(shè)法使用近紅外光激活退化的感光器，以通過基因療法恢復(fù)視力，這項研究發(fā)表在《科學(xué)》上。

此外，西雅圖兒童研究所的研究人員開展的一項實驗療法的首次人類臨床試驗的過程也讓用于1型糖尿病的工程T細胞更接近臨床。《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上的論文，顯示了該研究團隊如何使用基因編輯技術(shù)來靶向人T細胞中的FOXP3基因。通過打開FOXP3，他們?yōu)門細胞配備了專門針對Treg的說明。

在小分子化藥時代，大分子抗體的出現(xiàn)打開了新世界的大門，讓藥物能觸達更多的靶點，治療更多疾病，顯著提升人類壽命。在當(dāng)下，基因療法的出現(xiàn)也為人們打開了另一扇大門。無論是基因編輯還是基因修飾，它們都給罕見病提供了新的治療方案，為人類壽命的延長和生存率的提高提供了更多可能。

當(dāng)然，任何前沿技術(shù)都需要面對倫理的考驗，從基因編輯的性質(zhì)、效應(yīng)和制度，我們依然需要更多的謹慎和設(shè)計。只有安全和效率并行，基因療法的發(fā)展才有可持續(xù)性。

基因療法的簡介

人體疾病的發(fā)生主要是由生命活動過程中重要物質(zhì)代謝失衡或?qū)?yīng)信號通路調(diào)節(jié)失衡所引起，其中，部分疾病是基因表達缺陷造成的對應(yīng)代謝功能缺失造成。

目前的各種療法中，不論是物理、化學(xué)或生物學(xué)的方法，都是通過重要物質(zhì)的補入或信號通路的控制，將人體恢復(fù)平衡狀態(tài)，或建立起新的平衡，以期減少疾病癥狀和延長患者壽命。常見的小分子化藥和大分子抗體類藥物已經(jīng)取得了很大的成功。但這些藥物的發(fā)展也面臨著很多困境，比如小分子化藥有著組織分布、親和力等等難題，而抗體類藥物的作用靶點多位于膜表面，對于胞內(nèi)靶點甚至是染色體上的核酸靶點束手無策，且為了維持人體穩(wěn)態(tài)，往往需要長期輸入治療性蛋白質(zhì)，工藝復(fù)雜、開發(fā)難度大。對于很多患者來說，終身注射是一件很痛苦的事情。

因此，基因療法作為一種可以實現(xiàn)治療性蛋白的長期表達和組織特異性表達的治療方法應(yīng)運而生，以實現(xiàn)治療傳統(tǒng)藥物不能治療的疾病，或大幅改善治療疾病的方式。同時，由于可以靶向異常的基因，在一些疾病中，基因療法也被看作能從根源上治愈疾病。