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基因疗法卷土重来

2010-01-04 13:50 作者:曹玲 2009年第44期
前些年,基因疗法看似陷入了不可逾越的困境。20名患有罕见基因疾病儿童中的18名被治疗,但是其中的4名却得了白血病,1名因此而死去。在研究人员数十年的希望破灭之后,很多相信这一疗法前途远大的人们开始裹足不前。但是最近,基因疗法连续在两个不同疾病领域获得成功,又给人们点燃了希望。

电影《洛伦佐的油》剧照

前些年,基因疗法看似陷入了不可逾越的困境。20名患有罕见基因疾病儿童中的18名被治疗,但是其中的4名却得了白血病,1名因此而死去。在研究人员数十年的希望破灭之后,很多相信这一疗法前途远大的人们开始裹足不前。但是最近,基因疗法连续在两个不同疾病领域获得成功,又给人们点燃了希望。

失明者的希望

13个月前,美国小男孩哈斯(Corey Haas)还不得不终日黏着父母,他看不到黑板,走路需要拐杖。天生的视网膜疾病逐渐偷走了他大部分的视力,这种情况如果不加以控制,他终有一天将看不见光明。

哈斯患有一种叫做“利伯氏先天性黑蒙症”的疾病,这是一种遗传性视网膜眼疾,仅仅是由一个叫做RPE65的基因突变导致的。RPE65基因所制造的蛋白至关重要,能将维生素A转化为吸收光线的视网膜色素,如果缺乏这种基因或者基因发生突变而无法发挥正常功能,人即便生下来不是盲人,也会由于储存的视网膜色素消耗殆尽而逐渐失明。在美国,约2000人患有这种疾病,约20万人患视网膜色素变性。1998年,美国康奈尔大学的研究人员往一种先天性失明的瑞典布里犬的眼睛里注射了正常的RPE65,成功地让失明的狗恢复了视力。随后,科学家对因为同样原因而失明的人类患者展开了基因治疗。

小哈斯是幸运的。他8岁生日后开始在费城儿童医院接受一个试验性的基因治疗过程,医生往他的左眼注射了一些物质。如今他已经9岁了,眼睛恢复得很好,他能玩小型棒球联赛游戏,骑车穿过自己家附近长满树木的小径,还能看到教室的黑板。他说:“我现在好多了。”

研究人员对他所进行的治疗是目前最前沿的基因疗法。基因是生命的设计图,所以当基因因为突变、缺失、转移或是不正常地扩增而出错时,细胞制造出来的蛋白质数量或是形态就会出现问题,于是人也就生病了。治疗这种疾病最根本的方法,就是找出基因出错的地方和原因,把它矫正回来。

“基因疗法是一种新的治疗方式,在这种疗法里的有效部分是核酸(DNA或者RNA)而不是蛋白质或小分子。基因疗法有几种,现在最流行的方法被称为基因导入疗法,这就是说,这种疗法将正常拷贝的基因导入受者体内,然后整合到受者的遗传物质中,从而修正基因缺陷。”论文的主要作者之一凯瑟琳·海伊(Katherine High)告诉本刊记者,她是美国霍华德·休斯医学研究所的教授。

科学家发现,遗传密码对一切生物都是通用的,他们想到利用对人体无害的逆转录病毒充当载体,把正常基因输送到人体内。这个过程是先从患者身上取下一些细胞,然后把正常基因嫁接到病毒上,再让这些病毒去感染取出的人体细胞,让它们把正常基因插入细胞的染色体中,这样人体细胞就能够获得正常的基因,来取代原有的异常基因。接下来,把这些修复好的细胞培养、繁殖到一定数量后送回患者体内,这些细胞就会发挥“医生”的功能治好疾病。

在小哈斯这里,研究人员试图创建一个功能基因,来取代视网膜上错误的基因。然后他们将新基因放入一个由病毒蛋白制造的外壳内,这种病毒已经经过处理,致病的遗传物质被取掉,只剩下蛋白外壳,所以不会致病。研究人员用一个很细的针将病毒注射入小哈斯的眼睛中,然后由病毒带着新基因进入光敏感细胞的细胞核,将自己的DNA插入到细胞的DNA中,取代有缺陷的基因,然后产生健康的蛋白,将维生素A转化为视网膜色素,这样一来眼睛的功能就正常了。

这项由美国宾州大学和费城儿童医院等机构合作进行的研究发表在世界知名医学期刊《柳叶刀》11月刊上,他们治疗了5个孩子和7个成年人,哈斯是他们中年龄最小的一个。治疗后,12名患者的视力都有了显著的改善,这意味着插入的基因起到了作用。尽管他们的视力还不能变成2.0,但是已经能够分辨出手机上的标志和数字,衣服上的条纹,家具的样式,木制小提琴和大理石桌子,视力表上的字母。“其中孩子们的改善最佳,这可能是因为他们受损的光敏感细胞较少。”凯瑟琳说。

“我们原以为视力改善会在8周后进入稳定期,但是之后很多人报告说视力仍有持续改善,可能是大脑还在逐渐适应新的视觉通路。”凯瑟琳告诉本刊记者,“不过,现在还不清楚基因疗法能帮助多少视力受损的人,这种研究对某些类型的失明才有用,因为这要求病人有活的光敏感细胞,而且还要鉴定出特定的致病基因,所以这对广大的病人来说是一个限制。这也不是说通过这样的治疗能够治愈病人,我们不知道疗效会持续多久。将来我们可能会治疗3岁的孩子,接下来是6个月的孩子,然后考虑双眼同时治疗。”

对于那些患有绝症,希望能够进行基因治疗的人,凯瑟琳建议:“他们要有耐心等待。一般来说,新的疗法需要20~30年的发展时间。最初的基因疗法是在17年前,能够被成功治愈的疾病并不多。或许最重要的是,我们需要列出一系列有待解决的问题,为了将基因疗法有效应用于其他疾病的治疗。”

“未来基因疗法将变成治疗基因疾病的一种选择,当初单克隆抗体发展成常规疗法用了30年时间,骨髓移植也差不多花了这么长时间才变成标准治疗方式。很重要的一点,是要意识到发展一种全新的治疗方式虽然看起来很慢,但是每一步都会离目标更近。”她说。

搬出艾滋病病毒

1984年5月,可爱活泼的6岁美国小男孩罗伦佐(Lorenzo)突然发疯般狂叫,送去医院后才发现他得了少见的“肾上腺脑白质退化症”(ALD)。这种病是X染色体连锁隐性遗传病,母亲作为基因携带者一般无症状,但会将疾病传给男性后代,他们体内缺乏一种分解非常长链饱和脂肪酸的酶,以至于血液里面血脂过高,进而侵蚀大脑神经系统的髓鞘质。患病的孩子刚开始的时候,丧失说话能力,接着会瘫痪在床,丧失吞咽能力,最后死亡。这是一种不治之症,洛伦佐的主治医生宣称他活不过两年。

随时可能失去爱子的打击令洛伦佐的父母受尽煎熬,尽管他们并未受过医学训练,却依然投入艰深的医学研究,决定自行研发治疗方法来救治自己的孩子。他们发现橄榄油和菜子油有助于减少脂肪堆积,于是综合起来给洛伦佐服用,并取名为“洛伦佐的油”。1992年,这个感人的故事被拍成电影《洛伦佐的油》(Lorenzo's Oil),故事的男主角奇迹般地活到30岁,直到去年才于弗吉尼亚的家中去世。

且不说后来学界对“洛伦佐的油”到底有多大用处存在争议,但是之前一直没有找到良好的治疗办法。1993年,当ALD基因被鉴定出来之后,人们才进一步了解到它的发病机制。人体内一种编码ALD蛋白的基因出了问题,导致生成的ALD蛋白不足,而ALD蛋白在制造髓鞘质的过程中起重要作用,缺乏这种蛋白会导致髓磷脂缺失,影响6~8岁男孩的认知功能。

直到今年11月,《科学》杂志才带来一个鼓舞人心的消息。法国研究人员通过基因疗法,治愈了3个患有ALD的小男孩。这篇论文还附上了一篇评论文章,标题就叫《基因疗法的复兴》。关于这个令研究人员激动的研究,背后还有一个故事。

一名叫萨尔茨曼(Salzman)的美国女性得知自己的外甥得了ALD,因为这是一种基因遗传病,于是整个家族都被检查了一遍,结果发现她的另一个外甥和自己1岁的儿子也有这种基因。于是萨尔茨曼和她的姐姐开始像洛伦佐的父母那样行动起来,组成了“停止ALD基金会”(Stop ALD Foundation),促使研究人员和医生见面,研究最前沿的治疗方法。

目前用于延缓ALD病情的普通手段是骨髓移植,但寻找到一个匹配的骨髓捐赠者可能深具挑战而且过程冗长,还要面临20%~30%的死亡率,并有着严重的并发症。萨尔茨曼的大外甥死于此病,儿子和小外甥实施了骨髓移植,但小外甥比较不幸,虽然治好了ALD,却因移植并发症只能坐在轮椅中。

在萨尔茨曼和她姐姐努力的过程中,发现了基因疗法。“以往的基因疗法是使用被修饰的老鼠白血病毒作为载体来插入基因,之前法国使用基因疗法治疗病童却产生癌症的例子使用的就是这种方式。除了不安全之外,这种病毒对大多数疾病都不是一个合适的办法,因为它只能改变0.1%细胞的基因缺陷。”美国加州萨克生物研究学院遗传学实验室的因德·维尔马(Inder Verma)教授告诉本刊记者。萨尔茨曼两姐妹的努力促使一些研究人员去寻找将基因插入细胞DNA的新方式,结果他们找到了,那就是使用艾滋病病毒。

这听起来非常可怕,但实质上这种HIV病毒是经过改良的,它失去了致病能力,仅保留蛋白质外壳和部分功能,能搭载基因将其注入血细胞的DNA中,但却不会复制,所以是安全的。

“我们当然也担心使用HIV病毒的安全性,但是经过周密思考,如果能够除掉足够多的HIV基因让它更安全,这种被修饰的病毒就能够工作。随之效率问题就解决了,被修饰的艾滋病病毒能够改变15%细胞的基因,并且能解决癌症问题,因为这种病毒打开致癌基因开关的机会非常低。”因德教授告诉本刊记者,正是他的实验室发展了这种HIV病毒载体。

萨尔茨曼和姐姐联系了因德教授,最后Cell Genesys公司制造了合适的病毒,随后主持研究的巴黎第五大学教授帕特里克(Patrick Aubourg)为两位来自西班牙的男孩进行了治疗,因为他们一直没有找到配型相同的骨髓捐献者。

他们从每名男孩身体内提取了携带有不正常基因的造血干细胞,然后注入携带正常基因的经过处理的HIV病毒。接下来,医生使用化疗手段彻底摧毁两个男孩的骨髓细胞,以停止产生更多的干细胞,然后才注入改良过的携带有正常基因的干细胞,这些细胞将会在数个月内逐渐迁移到大脑中。进行基因疗法之后,大脑成像显示ALD蛋白已经在生成,随后的语言能力测试和非语言类的IQ测试表明,两人的语言能力明显改善。在两年多之后,男孩仍然在制造ALD蛋白,疾病已经稳定下来不再恶化。

之后医生还为第三个男孩成功进行了基因治疗,不过现在还不好说他日后究竟如何。帕特里克感到很振奋,他说对于这样的治疗他们非常非常小心,但这毕竟是第一次通过基因疗法成功治愈致死性的大脑疾病。正如《基因疗法的复兴》一文中所说:“虽然还有很多尚未解决的问题,但是这个研究很清晰地支持未来关于基于造血干细胞的ALD和其他疾病的基因疗法,代表了基因治疗领域长久以来不断研究的成就和回报。”

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