基因治疗简史

基因治疗简史2015212374张世祺什么是基因治疗基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学高技术。纠正的途径既可以是原位修复有缺陷的基因，也可以是用有功能的正常基因转入细胞基因组的某一部位，以替代缺陷基因来发挥作用。将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体。腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一。基因治疗主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。前基因治疗时代基因治疗概念的形成有着非常悠久的历史，最早可以追溯到1963年，刚好是DNA双螺旋结构发表10年，获诺贝尔生理学或医学奖1年之后，美国分子生物学家、诺贝尔生理学或医学奖获得者乔舒亚·莱德伯格（JoshuaLederberg）提出了基因交换和基因优化的理念。1970年，美国医生斯坦菲尔德·罗杰斯（StanfieldRogers）试图通过注射含有精氨酸酶的乳头瘤病毒来治疗一对姐妹的精氨酸血症，然而，试验失败了。尽管这次失败的尝试并未对患者造成伤害，但是在一个对基因、基因工程、病毒载体和疾病都了解不多，对其中某些环节一无所知的“前基因治疗时代”，甚至可以说是前现代生物学和医学时代，在监管完全缺失的情况下，这次实验显然是非常大胆的。不过，这也从侧面反映了相关疾病的凶险和患者在绝望时治疗需求的迫切。进入20世纪七八十年代，限制性内切酶、DNA连接酶和逆转录酶等相继被发现，基因重组工程技术得到发展，病毒载体出现，基因治疗的技术体系初步具备。1972年，美国著名生物学家西奥多·弗里德曼（TheodoreFriedmann）等人在《科学》（Science）杂志上发表了一篇被广泛认为具有划时代意义的前瞻性评论《基因治疗能否用于人类遗传病？》，提出了基因治疗是否可以用于人类疾病治疗的设问。到了1977年，科学家已经可以成功地利用病毒载体在哺乳动物细胞中表达基因。1979年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的马丁·克莱因（MartinCline）领导的研究组基于钙转的方式，成功把人免疫球蛋白基因导入小鼠的骨髓细胞，用于缺陷小鼠的治疗。至此，人类的基因治疗似乎万事俱备，只欠东风了。于是，1980年，克莱因在没有获得任何机构批准的状况下对两名危重患者实施了类似小鼠实验的基因治疗，但这次尝试未能获得成功。克莱因失败的尝试受到了广泛而严厉的指责和惩罚，他也因此失去了系主任的职务和NIH（美国国家卫生研究院）的基金。戏剧性的是，正是克莱因这个失败的尝试加速了基因治疗的进展，这也是基因治疗为医疗群体甚至是普通民众所知的开始。这个事件后不久，NIHDNA重组技术指导委员会组建了基因治疗分委员会。这标志着美国开始从政府和管理层面关注基因治疗，从此基因治疗从缺乏统筹调控的自发性的“游击队”研究，开始有可能走向正规与系统。同时，可以用来参照的基本行业规则与条例也开始酝酿。基因治疗的出现与发展随着基因体外扩增，尤其是PCR（聚合酶链式反应）技术的出现和完善，基因克隆技术日臻成熟，DNA重组技术和病毒载体也得到进一步发展，分子生物学和细胞生物学开始进入黄金时期。截至1990年，来自多个研究组的一系列工作令人信服地验证了病毒介导的基因纠正和替代的可行性与有效性。在这种看似乐观的前景下，基因治疗史上最早被正式批准的两项人体试验在美国开始了。其中一个是被认定为历史上首例基因疗法的临床试验，是由NIH的威廉·弗伦奇·安德森（WilliamFrenchAnderson）医生领衔的针对重症联合免疫缺陷病（SCID）的基因治疗。安德森和合作者们首先从4岁女孩阿莎提·德席尔瓦（AshantiDeSilva）体内抽取白细胞，然后在体外利用逆转录病毒载体将能够正确编码腺苷脱氨酶的ada基因插入到德席尔瓦的白细胞基因组中，最后将这些基因工程改造后的白细胞重新输回德席尔瓦体内。之后的检测证明，德席尔瓦体内的白细胞确实可以正确地合成腺苷脱氨酶。然而，这一基因治疗案例在学界备受争议，因为德席尔瓦至今仍需要经常性地接受类似的手术，以确保基因疗法的持续性，而且还必须定期注射长效腺苷脱氨酶蛋白。七、我国基因治疗发展现状与美国及欧洲相比，我国基因治疗基础研究和临床试验开展得较早，起点也不低。早在20世纪70年代，吴旻院士就对遗传性疾病等的防治提出了基因治疗的问题。1985年，他再次撰文指出基因治疗的重要目标是肿瘤。我国是世界上较早开展基因治疗临床试验的国家，基因治疗基础研究和临床试验基本与世界同步，复旦大学从1987年就开展了血友病B的基因治疗研究。1991年，对两例血友病B患者进行基因治疗特殊临床试验，这也是我国第一个基因治疗临床试验方案之后，我国对单基因遗传病、恶性肿瘤、心血管疾病、神经性疾病、艾滋病等多种人类重大疾病开展了基因治疗基础和临床试验研究。上海交通大学肿瘤研究所利用TK基因转移治疗脑恶性胶质瘤是当时国内首先进入临床试验的肿瘤基因治疗方案。我国在心血管基因治疗方面也取得了一定进展，VEGF治疗梗塞性心血管病和用人肝细胞生长因子基因治疗病理性瘢痕也取得了重大进展，其中VEGF治疗梗塞性心血管病在北京安贞医院进行了特殊临床试验，这是我国第一个批准进入临床研究的心血管疾病基因治疗方案，也是继美国之后第二个开展心血管疾病基因治疗临床试验的国家。深圳赛百诺基因技术有限公司，从1998年开始进行重组腺病毒——p53抗癌注射液的临床试验，至2003年完成了全部临床试验，于2004年1月获得我国SFDA批准的新药生产批文(商品名“今又生”)。目前，我国已经有7~8项基因治疗方案进入了临床试验阶段，并建立了国家“863”计划生物领域病毒载体研发基地，主要开展腺伴随病毒载体研发和产业化。另外，还有5~6项基因治疗临床方案正在向国家SFDA申请临床试验批文，20~30项研究已完成或正在进行临床前试验，20个左右项目进入了中试研究阶段，大多数基因治疗研究都具有创新性。八、目前基因治疗存在的问题目前，基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。主要表现为：(1)基因导入系统缺乏靶向性，效率也较低。如以腺病毒为载体的p53基因转移治疗恶性肿瘤的方案中，只能直接将腺病毒注射到肿瘤局部。若静脉注射，病毒颗粒将很快被清除，真正能够到达肿瘤组织的很少难以达到治疗效果，且增加了副作用。(2)目前针对遗传性疾病的基因治疗方案大多采用逆转录病毒载体，其插入或整合到染色体的位置是随机的，有引起插入突变及细胞恶性转化的潜在危险。而理想的基因治疗方案应该是在原位补充、置换或修复致病基因，或者将治疗基因插入到宿主细胞染色体上不致病的安全位置。(3)理想的基因治疗应能根据病变的性质和严重程度不同，调控治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或方式表达。但目前还达不到这一目标，其主要原因是:现有的基因导入载体容量有限,不能包容全基因或完整的调控顺序,同时人们对导入的基因在体内的转录调控机理的认识有限。以上列举的问题代表了基因治疗领域的关键问题，其核心问题在于基因治疗的靶向性，目前全世界范围内的科学家都在不同层面上对这些问题进行深入研究。基因治疗发展方向拟以改善和优化基因导入系统的靶向性和效率、构建新的基因定点整合载体、提高原位纠错效率，以及分离克隆新的表达调控元件和构建可控性表达载体为切入点，研究和解决这些关键问题。这些研究不仅将大幅度地提高基因治疗的疗效，还为基因治疗的最后成功铺平道路。九、结语历经50年，基因治疗的发展经历了乐观与热情、失望与怀疑、理性与挑战的过程。基因治疗从无到有，从失败走向失败，再失败，更多的失败，直至如今初步的成功。纵观基因治疗发展的历史，或者说任何一个新兴治疗方式或新药的发展完善的历史，最简单的规则往往是最根本的。基因治疗的诞生与发展需要多个复杂学科和技术作为基础，作为一种复杂性、个体性特质很高的治疗方法，基因治疗的发展完善需要严格的人体实验，