基因療法可以通過對引起疾病的突變基因進行“糾正”,從而為遭受先天性遺傳病困擾的患者帶來治愈的希望。那么，你知道什么是基因療法嗎?我們?yōu)槭裁葱枰虔煼?下面跟小編一起來了解下。

近年來，隨著人類基因組計劃取得超乎預(yù)想的進展，基因測序、RNA-seq等技術(shù)的突飛猛進，基因療法(gene therapy)的熱度在迅速提高，我們看到一級市場融資升溫，單筆投資額加大，我們也看到clinical trials上登記的試驗數(shù)量也快速增加。已經(jīng)有不少專業(yè)的公眾號關(guān)注到基因療法這一領(lǐng)域，寫出了很多高質(zhì)量的文章，很多是碎片化的介紹。筆者開設(shè)本專欄的目的，是希望能系統(tǒng)地向讀者進行介紹，由淺入深，由整體到細分，在此過程中和各位共同進步。

這個專欄將盡可能用最簡單的語言說清楚基因治療這個領(lǐng)域。筆者不才，如有遺漏或錯誤，還請批評指正! 在第一期中，我們將結(jié)合NEJM等期刊的幾篇綜述，初步了解基因療法。

▉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。

圖片1：全球已批準的基因療法藥物一覽

(近日，Gilead的Tecartus獲FDA加速批準，成為第三款上市的CAR-T藥物，由于原文獻制表時此藥并未獲批，因此未加入其中)

▉基因療法的原理

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，基因療法作用原理可以分為以下5種：

基因修飾(gene augmentation)：又稱基因增補，將外源基因?qū)氩∽兗毎蚱渌毎庠椿虻谋磉_產(chǎn)物能修飾缺陷細胞的功能或使原有的某些功能得以加強，是目前已上市和實驗中的基因療法最主要的作用原理之一。在這種治療方法中，缺陷基因仍然存在于細胞內(nèi)。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：(1)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;(2)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。

圖片2：Luxtuma的治療原理

基因置換(gene replacement)/基因修復(fù)(gene correction)：用正常的基因原位替換病變細胞內(nèi)的致病基因，或定點導(dǎo)入外源正?；蛱娲毕莼?點特異性修復(fù))，使細胞內(nèi)的DNA完全恢復(fù)正常狀態(tài)。這種治療方法在設(shè)計上最為理想，但技術(shù)上仍未突破，操作難度也極大，且用于生殖細胞時倫理爭議極大。目前單堿基編輯技術(shù)(Base Editing)是該領(lǐng)域的寵兒，但還有一段很長的路要走。

圖片3：基于Cas9的基因編輯舉例

基因失活(gene inactivation)：利用反義技術(shù)、核酶技術(shù)或基因敲除技術(shù)(knock-out)特異地封閉基因表達特性，抑制有害基因的表達。如反義RNA、核酶或RNAi等藥物，有望在非一過性病毒感染及神經(jīng)系統(tǒng)疾病中取得突破進展。

圖片4：miRNA(a)和siRNA(b)作用原理

免疫調(diào)節(jié)(immune adjustment)：將抗體、抗原或細胞因子的基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，改變病人免疫狀態(tài)，達到預(yù)防和治療疾病的目的?？蓮捏w液免疫和細胞免疫兩個維度設(shè)計藥物，例如CAR-T。

圖片5：CAR-T細胞輸入患者體內(nèi)后運輸至腫瘤并增殖

自殺基因的應(yīng)用：某些基因的表達產(chǎn)物(酶)能將無毒、或低毒的核苷酸類化合物代謝成特殊中間產(chǎn)物，并進一步生成細胞毒性物而導(dǎo)致細胞死亡。如向腫瘤細胞中導(dǎo)入單純皰疹病毒胸苷激酶(HSV-TK)基因，然后給予病人無毒性環(huán)氧丙苷(gancidovir，GCV)藥物，由于只有含HSV-TK基因的細胞才能將GCV轉(zhuǎn)化成有毒的藥物。因而腫瘤細胞被殺死，而對正常細胞無影響。

▉基因療法的適應(yīng)范圍

前文已經(jīng)說到了基因療法的各種原理，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，基于此，基因療法可治療的領(lǐng)域非常廣泛，一些過去無法治療的疾病有了解決方案，一些給藥痛苦且頻繁的疾病有了改善方案，重點體現(xiàn)在以下三類疾病：

1、遺傳性疾?。菏芟抻诩夹g(shù)，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域還是單基因遺傳病，如SCID、鐮刀狀貧血、血友病、地中海貧血、苯丙酮尿癥等。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。

2、惡性腫瘤：治療原理包括基因失活、免疫調(diào)節(jié)、自殺基因，進展最靠前的是免疫調(diào)節(jié)，包含3個已上市的CAR-T藥物，通過對T細胞表面的識別蛋白進行改造，從而激活細胞免疫。

3、需長效作用的疾?。哼@里特指非遺傳但治療過程中需要長效作用的疾病，比如wAMD、干眼，應(yīng)用基因轉(zhuǎn)導(dǎo)長效分泌蛋白質(zhì)，達到一次給要長期有效，大幅減輕給藥痛苦，也有減少總治療費用的可能。

圖片6：我國目前臨床階段的基因療法

▉結(jié)語

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)下的時代，基因療法的出現(xiàn)也為人們打開了另一扇大門，無論是激活細胞免疫的CAR-T、通過遞送核酸讓細胞長效表達所需蛋白的AAV藥物，還是作用于靶基因和靶mRNA的RNA藥物，它們或讓患遺傳病的孩童不再夭折恢復(fù)正常，或讓身患絕癥的患者拓展生存期，都為人們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無限可能。

很多事情都是聽起來很美好，操作起來卻困難重重，基因療法也不例外。從藥物設(shè)計、到臨床試驗、到工業(yè)化、再到商業(yè)化，每一步都異常艱難，因為面對的是全新的、空白的領(lǐng)域。在往后的篇章，我們將詳細分析基因療法的每一步中的困難和希望。

總結(jié)來說，基因療法為許多迄今無法治愈的疾病帶來了令人興奮的新治療機會，也給予了研究者一個全新的設(shè)計藥物的思路。然而，要克服這類新型藥物帶來的挑戰(zhàn)并實現(xiàn)其全部治療潛力，我們還有很長的路需要走。但就像抗體藥物在這20年間的突飛猛進一樣，我們有理由相信，基因療法有望在更短的時間內(nèi)，完成突破。

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