最近本土科學家完成的一項其實技術(shù)上和概念上都沒有太多亮點的研究，也就是中山大學黃軍就和同事們利用一種名為CRISPR的基因編輯技術(shù)試圖修復(fù)存在遺傳缺陷的人類胚胎，把“基因編輯”，“CRISPR”，“基因技術(shù)改造人類”等等聽起來要么高深莫測要么聳人聽聞的名詞一股腦推送到公眾視野中。過去幾周中，筆者在傳統(tǒng)和在線媒體上看到不少連事件本身的技術(shù)背景都不甚了了、然而卻已經(jīng)站在倫理和道德的高層次上開展的討論。因此不由手癢，于是有了這次這個不在構(gòu)思之中的系列。

       讓我們從CRISPR技術(shù)改造人類胚胎的熱門事件抽身回望和重溫歷史，好好掰扯掰扯關(guān)于基因療法治療疾病的那些事兒吧。就像我們講過的瘦素和他汀藥物的歷史一樣，這也是一段科學發(fā)現(xiàn)和商業(yè)開發(fā)之間一段滿是愛恨情仇的故事。

 

基因療法（gene therapy）是干什么的？

       在正式開始講述基因療法的科學原理和歷史沿革之前，讓我們先倒退一步，先搞搞清楚人們?yōu)槭裁匆氵@個所謂基因療法，它到底是怎么樣幫助我們的？

       這個問題，如果專業(yè)的回答可能要扯上上千字。不過筆者也可以用一句話勉強應(yīng)付著回答：基因療法主要的目的是治療單基因遺傳病的。

       那么，什么是單基因遺傳病呢？

       在現(xiàn)代醫(yī)學的字典里，能夠清楚命名和定義的疾病就有成千上萬種。但是我們或許可以按照病因，把它們粗略的畫在一條連續(xù)的疾病光譜上：光譜的一端是完全由外源因素引起的疾病，代表是病原微生物引發(fā)的疾病，諸如人類免疫缺陷病毒（HIV）引起的艾滋?。ˋIDS）、結(jié)核分歧桿菌引起的肺結(jié)核等等。在日常生活中經(jīng)常困擾我們的感冒、發(fā)燒、絕大多數(shù)也是由細菌或病毒感染引起的。

       而光譜的另一端則是完全由內(nèi)源因素引起的疾病，也就是遺傳病。我們知道，我們每個人的高矮胖瘦黑發(fā)碧眼等等性狀，很大程度上是由我們從父親母親那里分別繼承來的兩套遺傳密碼--隱藏在每一個細胞深處的基因組DNA序列--所控制的。讀者們即便不是科學背景出身，可能都還會記得初中生物課上學到的遺傳信息控制性狀的經(jīng)典例子，例如單/雙眼皮、ABO血型、卷舌與否等等。而如果人類基因組上某些特定基因，因為某種原因出現(xiàn)了DNA序列的遺傳改變，從而使得人體某種生理活動出現(xiàn)異常所導致的疾病，我們一般籠統(tǒng)稱為遺傳病。

      這類疾病中有病因?qū)W相對簡單的所謂“單基因”疾病。比較為人所知的例子諸如地中海貧血癥（“地貧”），是由于人體基因組中編碼血紅蛋白的基因（HBA1, HBA2, HBB）存在遺傳缺陷，導致血紅蛋白攜帶氧氣的功能降低從而產(chǎn)生的疾病。白化病也是一個相似的例子，它是由于基因組里編碼酪氨酸酶（Tyrasinase）的基因產(chǎn)生變異、從而失去合成黑色素的能力而產(chǎn)生的。當然，也存在大量由多個遺傳缺陷共同參與引發(fā)的所謂多基因遺傳病。其中一個在國內(nèi)媒體上曝光率較高的例子，是俗稱“兔唇”的先天性唇腭裂。目前已知可能與先天性唇腭裂發(fā)病相關(guān)的遺傳缺陷就多達數(shù)十種。很自然的，由于在多基因遺傳病里每一個疾病相關(guān)基因?qū)膊〉呢暙I通常是一個很小的數(shù)字，因而相比單基因遺傳病，完全理解多基因遺傳病的病因顯然要困難許多。

       另一種較為知名的單基因遺傳?。耗夷[性纖維化（cystic fibrosis）。這種疾病是由于人類7號染色體上一個名為CFTR的基因發(fā)生突變喪失了功能導致的。CFTR基因編碼一個細胞膜上的離子通道，能夠?qū)⑺肿釉诩毎麅?nèi)外運輸，對于身體各組織分泌粘液至關(guān)重要。CFTR基因缺陷會導致細胞分泌物粘度上升從而形成囊腫。圖中可見囊腫性纖維化病人腫大的指節(jié)。

       而在光譜中央位置，分布著如恒河沙數(shù)般的大量疾病種類。按照目前醫(yī)學的理解，它們的病因是內(nèi)源和外源因素共同作用的產(chǎn)物。比如說深刻困擾現(xiàn)代社會的各種“現(xiàn)代病”，包括高血壓、高血脂、精神類疾病如抑郁癥等等。有大量的人類遺傳學和流行病學研究顯示，這些疾病的病因既有遺傳因素的貢獻，例如高血壓癥狀存在一定程度的家族性遺傳的傾向，一個人如果長輩中出現(xiàn)過高血壓病史，自身患高血壓的可能性也會增大；同時這些疾病的發(fā)生也有環(huán)境和生活習慣因素的貢獻，例如缺乏運動、碳水化合物和飽和脂肪酸攝入過多都是二型糖尿病的誘發(fā)因素。

       順便扯一句，困擾筆者三十年的高度近視，目前也被普遍認為是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的產(chǎn)物：大規(guī)模人群的家系分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個與近視發(fā)病高度相關(guān)的遺傳位點，而與此同時，近距離工作和缺乏戶外運動也被證明與近視發(fā)病有密切的關(guān)聯(lián)。

       近年來亞洲國家的近視發(fā)病率屢創(chuàng)新高。除了上圖所展示的數(shù)字（香港、臺灣、新加坡、韓國）之外，據(jù)信中國高中生的近視發(fā)病率也已經(jīng)高達77.3%。這其中既有亞洲國家普遍重視教育、輕視戶外活動的因素，也有亞洲人群中近視易感基因比例較大的因素。

      看到這里讀者可能會問，相比起糖尿病、高血壓和近視眼，相比起艾滋病、肝炎和各種細菌感染，甚至是相比各種多基因遺傳病，單基因遺傳病似乎離我們相當遙遠?。考幢闶窍鄬κ煜さ牡刂泻Ｘ氀Y、白化病，我們也更多的是從新聞里而不是從自己的生活圈子里看到感受到。那么我們?yōu)槭裁匆筚M周章，搞出一整套所謂基因療法的系統(tǒng)去解決這些相對小眾和“冷門”的疾病呢？用這些精力和資源開發(fā)更好的治療手段，更好地幫助我們對抗糖尿病，對抗高血壓，對抗各種病毒細菌的侵襲不是更好么？

      拋開“每個生命都同等重要”的倫理邏輯不談，答案里面其實蘊涵著兩套出發(fā)點不同，但卻同等要緊的邏輯。

      從技術(shù)層面出發(fā)的邏輯是，我們不得不遺憾的承認，依據(jù)我們目前的知識水平和技術(shù)儲備，我們能夠有足夠信心設(shè)計基因治療的方案從而實現(xiàn)有效治療的疾病，也主要是單基因遺傳病“而已”。具體原因后文中我們會慢慢涉及。

      然而讀者們也不要就此絕望。因為這里隱含的第二個邏輯就是，如果我們能夠有效地理解和治療單基因疾病，那么以此為技術(shù)儲備和出發(fā)點，我們應(yīng)該有能力循著知識積累和技術(shù)進化的路徑，慢慢的逼近和攻克更復(fù)雜、更頑固、也更加普遍的疾病。就像萊特兄弟飛了十幾秒的飛行者一號飛機百年后化身在平流層展翅翱翔的波音空客，也如同如今一枚蘋果手表的運算能力要遠遠超過五十多年前裝滿幾間屋子的龐然大物ENIAC，人類過去數(shù)百年自我進化的能力讓我們有理由對基因療法更廣泛的用途保持樂觀。

      看到這里，如果讀者們已經(jīng)對單基因遺傳病有所了解，也開始相信針對單基因遺傳病的治療不僅對患者個人而且對整個社會的進步是有意義的話，你們一定會迫不及待的問一個問題：

      說了這么多，到底什么是基因療法?。克质窃鯓訋椭覀冎委焼位蜻z傳病呢？

基因療法到底是什么？

      知道了什么是單基因遺傳病，讀者們應(yīng)該會很容易理解基因療法的基本概念了：籠統(tǒng)而言，基因療法就是把導致遺傳病的基因缺陷通過各種手段給“修補”好，從而讓減輕或治愈相關(guān)的疾病的辦法。

      舉個例子吧，例如有一種名為重癥聯(lián)合免疫缺陷癥（ADA-SCID）的罕見遺傳病，其發(fā)病率小于十萬分之一，而患者的免疫功能幾乎完全喪失。這種疾病是患者第20號染色體上一個編碼腺苷脫氨酶（ADA, adenosine deaminase）的基因出現(xiàn)遺傳突變失去原有功能導致的。拋開其背后的復(fù)雜病理的分析不談，一個簡單的治療這種疾病的思路就是“缺什么補什么”，干脆在人體里放回一個正確的ADA基因就行了，放回去的“正確”ADA基因能夠編碼功能正常的腺苷脫氨酶，從而恢復(fù)患者的免疫機能。

      如果您看到這里還沒有迷惑，那么恭喜您已經(jīng)掌握了基因療法的基本要領(lǐng)。事實上，人類歷史上基因療法的首例臨床應(yīng)用，就是1990年，美國國家衛(wèi)生研究院的William French Anderson醫(yī)生成功治療了一位四歲小女孩的重癥聯(lián)合免疫缺陷癥。

      William French Anderson醫(yī)生和他的小病人Ashanti DeSilva. 在1990年，Anderson醫(yī)生和合作者們從DeSilva體內(nèi)抽取白細胞，將能夠正確編碼腺苷脫氨酶的ADA基因插入了這些白細胞基因組DNA序列中，再將這些白細胞重新輸回DeSilva體內(nèi)。在之后的檢測中，醫(yī)生們證實了DeSilva體內(nèi)的白細胞確實可以正確的合成腺苷脫氨酶。這例手術(shù)是基因療法歷史上里程碑式的事件。

      值得注意的是，盡管DeSilva至今仍健康的生活著，但是她需要經(jīng)常性的接受類似的手術(shù)以確?；虔煼ǖ某掷m(xù)性（一個重要的原因是，人類白細胞的壽命只有數(shù)月，因此需要每隔幾個月利用基因療法“修改”新生的白細胞）。同時，她還需要定期注射長效腺苷脫氨酶蛋白（下文會繼續(xù)涉及）。因此，在清晰的歷史意義之外，DeSilva的康復(fù)本身在多大程度上可以認為是基因療法的成功仍然難以界定。

      在這種原教旨主義的基因療法定義之外，筆者認為我們不妨把另一種治療思路也納入基因療法的范疇中。還是用重癥聯(lián)合免疫缺陷癥做例子吧，既然患者的ADA基因出現(xiàn)缺陷，無法合成正常功能的腺苷脫氨酶，那么除了把正常的ADA基因放回患者基因組DNA中之外，還有一個治療的思路就是，干脆直接給患者注射功能正常的腺苷脫氨酶。事實上，首例基因療法應(yīng)用中的小病號，Ashanti DeSilva，就是通過兩種辦法的聯(lián)合使用重新獲得健康的。

      總部位于美國馬薩諸塞州的健贊（Genzyme）公司。健贊是利用人工合成的蛋白質(zhì)治療單基因遺傳病的先驅(qū)之一。這家公司最為中國讀者所熟悉的產(chǎn)品，大概是用于治療戈謝?。℅aucher's disease）的藥物思而贊（商品名Cerezyme，通用名imiglucerase）。戈謝病患者需要終身使用這種藥物，而這種藥物是全世界最昂貴的藥物之一，年度費用高達數(shù)十萬美元。在中國，由于沒有被納入醫(yī)保，戈謝病的患者要承受巨大的經(jīng)濟壓力，而這也成為社會呼吁罕見病納入醫(yī)保、加強國內(nèi)孤兒藥物研發(fā)的動力之一。2011年，健贊被法國賽諾菲公司（Sanofi）以201億美元收購，成為后者的全資子公司。

      在1990年之后，世界范圍內(nèi)有超過一千六百例基因療法的臨床實驗陸續(xù)開展，醫(yī)生們在世界各地充滿樂觀的挽起袖子打算攻克一個個單基因遺傳病，確實也在上千例患者身上收到了相當不錯的效果。從原理上看，基因療法的邏輯似乎并不難理解，對于中國讀者來說可能還要更容易一些：這不就是傳統(tǒng)經(jīng)驗里“缺什么補什么”的現(xiàn)代醫(yī)學版本嘛。那么我們是不是可以樂觀的期待，至少在可預(yù)見的時間里，人類單基因遺傳病會得到全面而有效的治療，然后我們就可以以此為出發(fā)點開始征服更復(fù)雜的遺傳疾病呢？

 

     答案是令人失望的“不是”。

基因療法的瓶頸在哪里？

       轟轟烈烈的上千起臨床試驗給出了一地雞毛式的成果。在幾千例成功實踐之外，絕大多數(shù)基因療法的嘗試半途而廢。而即便在成功的方法中，每年接受治療的患者數(shù)目也極為有限。與此同時，反倒是幾次失敗的案例震驚全球，極大地阻礙了這類技術(shù)在臨床層面的探索和應(yīng)用（我們下文會繼續(xù)講到這些失敗）。

      其中的瓶頸有許多。一個顯而易見的非技術(shù)瓶頸是，基因療法本質(zhì)上是完全“個體化”的。每一例病人的治療，都必須針對病人自身的細胞和基因組進行操作（請回憶上文提到的首例基因療法的操作過程），因此無法通過規(guī)模生產(chǎn)有效地降低成本。據(jù)測算，基因療法的成本接近每位病人2百萬美元，同時需要專門醫(yī)療團隊長時間的追蹤，高昂的代價阻止了這項技術(shù)的大規(guī)模推廣。

      而在技術(shù)層面，有兩個難以撼動的障礙從基因療法的概念在1970年代誕生起就一直困擾著科學家和臨床醫(yī)生。甚至到今天，我們都很難說對它們有足夠的勝利把握。

      我們首先看看第一個障礙：如何讓治療疾病的DNA進入人體細胞？

      我們還是可以借用重癥聯(lián)合免疫缺陷癥的例子。我們已經(jīng)看到，治療這種疾病的核心就是讓病人重新?lián)碛泄δ苷５南佘彰摪泵?，不管是把正常的ADA基因引入患者基因組DNA，使得患者的細胞可以重新自身合成正常的腺苷脫氨酶，還是直接在患者身體內(nèi)注射正常的腺苷脫氨酶蛋白，應(yīng)該都可以起到類似的治療效果。

      但是且慢，腺苷脫氨酶是一個分布極其廣泛、功能非常重要的蛋白質(zhì)，幾乎所有人體細胞都表達這個蛋白質(zhì)。我們目前認為和重癥聯(lián)合免疫缺陷癥相關(guān)的主要是表達在人類白細胞、特別是淋巴細胞和巨噬細胞中的腺苷脫氨酶。因此如果想達到理想的治療效果，我們需要把ADA基因引入大量的白細胞中，這樣人體才能合成足夠量的腺苷脫氨酶?？梢韵胂螅绻鸄DA基因僅僅被導入到數(shù)量有限的白細胞中的話，其能夠合成的正常腺苷脫氨酶是很有限的，治療效果也就難言理想。事實上，即便是首例成功接受基因療法的重癥聯(lián)合免疫缺陷癥患者Ashanti DeSilva，也仍然需要定期重新接受基因治療并輔助注射長效腺苷脫氨酶蛋白才能保持健康。

      在幾十億年漫長進化中形成的人類身體是一架運轉(zhuǎn)及其精密的機器。不，其實類比機器是對人類身體機能和構(gòu)造的貶低，因為人類所制造的全部機器，還沒有任何一臺能在結(jié)構(gòu)、功能、魯棒性、可塑性等等任何方面能夠與人類自身相提并論的。人類身體內(nèi)的細胞種類、分布和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，就拿我們這里涉及到的淋巴細胞為例，其產(chǎn)生于包括胸腺和骨髓在內(nèi)的淋巴器官，受微觀環(huán)境和相關(guān)信號因子的刺激而成熟并遷移至身體各處，在面對外來病原刺激后大量增殖并發(fā)揮免疫功能。這些細胞的形態(tài)、位置、生命周期復(fù)雜多變，想要在實驗操作中把ADA基因準確的插入到所有這些細胞中（或者至少是一大部分這些細胞中），又談何容易！

     在實驗室研究中，生物學家們其實已經(jīng)發(fā)展了不少將外源基因引入細胞的人工方法。比如我們通過電擊在細胞膜表面產(chǎn)生微小的穿孔，從而允許DNA自由進入；我們也可以將DNA包裹在類似細胞膜結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)體內(nèi)，通過細胞膜融合進入細胞等等。但是面對大量的人類細胞，類似的操作仍然顯得效率過于低下。因此在臨床應(yīng)用中，科學家和醫(yī)生們更多的還是要借助大自然的力量。

     大自然的力量當然說的不是求神拜佛，也不是聽天由命?？茖W家和醫(yī)生們手里的工具，說起來可能還有些可怕，它們是要動用人類最先進的成像工具才能勉強看見、但卻可以輕而易舉的摧毀生命的病毒。