癌癥探秘（中）

這種飽受期待的療法導致多名患者死亡。它一落千丈卻又東山再起，原因很簡單——它不僅治愈了一些疑難病，而且有望在治療癌癥方面顯身手。

在美國作家丹尼爾·凱斯1966年所著小說《獻給阿爾吉儂的花》（改編成的同名電影后來獲得奧斯卡獎）中，32歲的主人翁查理·戈登是一名精神病患者，其病因是一種無法治愈的苯丙酮尿癥。這種絕癥由一個基因的缺失引起，這個基因為代謝苯基丙氨酸的酶解碼。如果苯丙酮尿患者吃含有苯基丙氨酸的東西，這種化合物及其副產(chǎn)品就會在患者的血液里堆積，并且變得有毒，由此造成大腦損傷、色素喪失、痙攣及其他一系列問題。

在小說里，通過接受一種實驗性的外科手術(shù)來提升自己的智力，戈登最終戰(zhàn)勝了這種遺傳病。而在現(xiàn)實中，苯丙酮尿患者的經(jīng)歷與此截然不同——他們必須嚴格堅持低蛋白質(zhì)飲食，避開所有包含苯基丙氨酸的食物，例如一切肉類、奶制品、堅果、豆類、豆腐及人造甜味劑——阿巴斯甜。

對苯丙酮尿的理想療法，或許是介于危險的大腦手術(shù)和嚴格的飲食限制之間。事實上，真正的理想療法或許是補充那個缺失的基因，從而讓該病患者能像正常人那樣享受高蛋白食物。由于基因治療（即向患者的細胞中添加新基因，替換缺失或失靈的基因）方面的進展，這種看似不可能的夢想或許很快將成為現(xiàn)實。

從20世紀90年代的黑暗時期開始（當時，這種各方期待的療法導致多名患者死亡），基因療法已經(jīng)走過了一條長路。在過去20多年中，科學家在這方面取得了許多新認識，其中最重要的也許是：基因療法在紙面上容易描述，但在人類細胞中施行起來卻要難得多。而值得慶幸的是，一些決心已定的科學家們一直試圖攻克這個難題，他們對于讓基因療法帶來現(xiàn)代醫(yī)療革命滿懷期待與信心。

在了解基因療法之前，讓我們首先學習一些有關(guān)DNA和基因表達的基礎(chǔ)知識?；蛟S你在高中生物學課堂上已經(jīng)了解了有關(guān)基因的常識，但在這里我們不妨對此作扼要重述?；蚴侵高z傳信息的一個單元，它控制某種特定的活動或特征。基因存在于染色體中，染色體則位于細胞核內(nèi)。染色體包含DNA長鏈，這些長鏈由被稱為核苷酸基（或簡稱核苷酸）的亞基（或稱亞單元）構(gòu)成。核苷酸基為特定的蛋白質(zhì)充當模板。在細胞里，這個模板經(jīng)過多步驟的過程組建而成。其中第一個過程稱為轉(zhuǎn)錄。當一個DNA分子釋放并充當一個模板，以創(chuàng)制一條信使RNA鏈時，轉(zhuǎn)錄過程就開始了。隨后，信使RNA游離出細胞核，進入細胞質(zhì)，在那里附著到一個被稱作核糖體的結(jié)構(gòu)上。儲存在信使RNA中的基因序列（也稱遺傳密碼，它本身就反映出DNA密碼），決定著一個精確的氨基酸序列。這一步驟被稱為轉(zhuǎn)譯，正是它制造了一條氨基酸長鏈，即一個蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)是細胞的主力。它們負責建造生理基礎(chǔ)設(shè)施，但它們也控制和調(diào)節(jié)重要的代謝通道。如果一個基因功能失靈，例如其核苷酸基序列被攪亂，那么就無法制造或準確制造相應(yīng)的蛋白質(zhì)?？茖W家把這稱為變異，而變異可造成包括癌癥和苯丙酮尿在內(nèi)的種種問題。

基因療法試圖恢復或替換缺陷型基因，讓細胞恢復制造缺失蛋白質(zhì)的能力。在紙面上，這非常簡單明了：只需把一個基因的正確版本注入一條DNA長鏈。而在現(xiàn)實中，由于細胞需要某種外部輔助（以一個病毒的形式），基因療法的實施變得有些復雜了。你可能會認為，病毒只是會引起感染（例如天花、流感、狂犬病或艾滋病等）的因子。但在基因療法中，科學家使用“依然活著卻又死了”的微小病毒顆粒，為一個細胞實施“基因大改組”。

病毒充當載體

病毒已經(jīng)讓科學家困擾了多年。他們能看到病毒的效果——疾病，但他們無法分離病毒。起初，他們以為同自己打交道的是非常小的細菌細胞。然后，在對病毒的研究大潮中，美國科學家文德爾·斯坦利在1935年讓引起煙草花葉病的顆粒結(jié)晶，這也是在全球首次描述病毒。這些奇異的顆粒沒有細胞核或其他細胞結(jié)構(gòu)，但它們擁有核酸——要么是RNA，要么是DNA。這小小一包遺傳信息被包裹在一只蛋白質(zhì)衣殼中。在一些情況下，則被包裹在一只膜包膜中。

與其他生物不同，病毒不能自行復制，這是因為它們不具備必需的細胞機制。然而，如果病毒侵犯一個細胞，并且借助細胞的器材和酶，那么病毒就能復制。這一基本過程是：病毒進入宿主細胞，釋放自己的核酸和蛋白質(zhì)；宿主細胞酶并沒有把病毒DNA或RNA視為外來物，從而愉快地制造它們的大量額外拷貝；與此同時，宿主的其他細胞酶把病毒核酸轉(zhuǎn)錄成信使RNA，后者則充當模板，制造更多的病毒蛋白質(zhì)；利用新鮮的核酸供給，以及由宿主細胞制造的蛋白質(zhì)，新的病毒顆粒自我組建；病毒離開所在細胞，到其他宿主那里重復前述過程。

正是病毒把遺傳信息帶到細胞里去的能力，使得病毒在基因療法中大有用場。如果用一個人類基因的DNA替換病毒DNA的一個片段，然后讓這個病毒感染一個細胞，情況會怎樣呢？宿主細胞是否會復制被引入的基因，然后遵循基因模板，制造相關(guān)的蛋白質(zhì)？科學家發(fā)現(xiàn)，這完全可行——前提是改造病毒，阻止它引起疾病，或誘導宿主的一種免疫反應(yīng)。經(jīng)過這樣的修改后，病毒就變成了一種載體，可用于實施一種特定的基因療法。

今天，科學家使用多種類型的病毒作為載體。他們采用過的載體之一是腺病毒（它是造成人類普通感冒的病毒之一）。腺病毒把自己的DNA引入細胞核中，但這個DNA并不整合進染色體。這讓腺病毒成為還算不錯的載體，但它們通常會激發(fā)一種免疫反應(yīng)，就算腺病毒已被弱化也一樣。作為另一種選擇，科學家可能會依賴腺病毒相關(guān)病毒。它們是腺病毒的更友好、更溫柔版本，尚未發(fā)現(xiàn)它們會引起人類疾病。不僅如此，腺相關(guān)病毒還會把自己的基因整合進宿主染色體，這有可能使得細胞復制被插入的基因，并且把它傳遞給已改變的細胞的未來幾代。諸如導致艾滋病及某些類型肝炎的逆轉(zhuǎn)錄酶病毒，也會讓自己的基因材料片段進入自己所侵犯的細胞染色體內(nèi)。因此，科學家深入研究了把逆轉(zhuǎn)錄酶病毒用作基因療法載體的可能性。

體外基因療法

基因療法這個理念已在科學家們的腦海中存在了幾十年時間。美國遺傳學家愛德華·塔圖姆在1966年率先提出，基因性疾病或許可通過“基因工程”來治療。同一年，另一名美國人約舒華·雷德伯格在自己發(fā)表于《美國自然學家》雜志上的一篇論文中，勾勒了“病毒基因療法”的細節(jié)。由此，多名科學家努力研究把基因療法從概念推進到現(xiàn)實。1972年，美國生物化學家保羅·博格研發(fā)出剪掉人類DNA的一個片段、并把它注入一個病毒的基因組的辦法。接著，他用這樣的病毒感染細菌細胞。最終，他得以讓細菌產(chǎn)生人胰島素。10年后，美國人羅納德·伊文斯把負責老鼠生長激素的基因注入一只逆轉(zhuǎn)錄酶病毒，接著又把這個基因?qū)肜鲜蠹毎?/p>

所有這些嘗試，為一場基因療法革命奠定了基礎(chǔ)。由美國食品和藥物管理局（簡稱FDA）批準的首次基因療法試驗，開展于1990年。這次試驗聚焦于重癥綜合性免疫缺陷（簡稱SCID）患者，這種病也被稱為“泡泡男孩病”。此病患兒、美國男孩戴維·維特不得不一直住在無菌環(huán)境——一個塑料泡泡中，直到他1984年死于12歲。

在這場試驗中，科學家使用了體外基因療法。首先，他們把一根特制的針插進患者的股骨中采集骨髓。接著，在實驗室中，他們讓來自于骨髓的干細胞暴露在逆轉(zhuǎn)錄酶病毒面前。這些病毒的RNA已經(jīng)過修改，從而含有與SCID相關(guān)的基因。病毒感染干細胞，并且把這種功能性基因插入宿主染色體中。下一步，科學家提取經(jīng)過基因改造的干細胞，把它們重新注入患者的血液中。這些細胞徑直朝著骨髓而去。與所有功能良好的干細胞一樣，這些細胞也成熟，并且成為不同的細胞類型，其中包括健康的T細胞，這些T細胞都攜帶必需基因的功能正常的拷貝。運用這種技術(shù)，數(shù)十名SCID患兒被徹底治愈。不過，這并非是基因?qū)W家用來治療的唯一疾病，也不是唯一的基因方法。

生殖細胞基因療法

迄今為止，科學家一直把他們的基因療法實驗集中于體細胞（即除了生殖細胞之外的人體所有細胞）。換句話說，這些實驗不能被傳遞給患者的孩子。在理論上，有可能操縱卵細胞或精細胞的DNA，這樣的DNA能讓經(jīng)過基因改造的基因傳遞給未來幾代人。這種所謂的“種系基因療法”引發(fā)了一系列有關(guān)倫理問題的擔憂。對于那些希望獲得美國聯(lián)邦基金資助的科學家來說，這種基因療法還不能進行。

體內(nèi)基因療法

實施基因療法的第二種常見方式，是把攜帶所需基因的病毒直接注入有缺陷的細胞所在區(qū)域。20世紀90年代，美國賓夕法尼亞大學病理學及實驗室醫(yī)學教授詹姆斯·威爾遜成為這種所謂的“體內(nèi)基因療法”的先鋒。他運用逆轉(zhuǎn)錄酶病毒作為載體，但他弱化了病毒，以限制受體的免疫反應(yīng)。在初期測試中，經(jīng)過改造的病毒看來未對接受治療者造成任何損害，就連普通感冒也沒有。這意味著，這種辦法能可靠地傳遞基因，同時又沒有什么副作用。

1999年，威爾遜領(lǐng)導了基于逆轉(zhuǎn)錄酶病毒的基因療法的第一期臨床試驗，目的是治療一種罕見的基因疾病——鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（簡稱OTC）缺乏癥。OTC是一種幫助身體分解多余氮的酶。沒有了它，氨水平會持續(xù)上升，直到引起大腦中毒。X染色體上的一個單一基因為OTC解碼，使得此基因成為這種實驗療法的一個理想候選對象。威爾遜把這個OTC基因注進已被弱化的逆轉(zhuǎn)錄酶病毒顆粒，然后把這些顆粒注入18名患者的肝臟。

這種理念很簡單：病毒感染肝細胞；肝細胞開始復制OTC基因，并開始制造OTC酶。不幸的是，其中一名18歲患者——杰西·基辛格在接受經(jīng)過改造的病毒注射3天后死亡?？茖W家現(xiàn)在相信，基辛格的身體發(fā)動了強烈的免疫反應(yīng)，引起大面積器官衰竭，從而導致死亡。

基因療法引發(fā)倫理爭議

基因療法的安全性僅僅是問題的一部分。許多人質(zhì)疑：改造某人的基因，在道德上正確與否？他們想知道：誰來決定哪些基因是“好”的？或者，哪些基因是“壞”的？他們還疑惑基因療法的成本問題：如果這種療法的價格很高，許多低收入者會怎樣？要是有人想通過基因療法來修改非致命性人類特征，例如身高、智力或體育能力，又會怎樣？這些問題和人們對病毒生理學或基因插入及表達機制的關(guān)切一樣重要。

基因療法的安全性

杰西·基辛格之死震驚了美國公眾，也在整個科學界引發(fā)了沖擊波?？茖W家們開始痛苦地意識到，基因療法紙上談兵很容易，實施起來卻面對諸多挑戰(zhàn)與陷阱。不管他們實施基因療法的方式如何——是體外療法還是體內(nèi)療法，實際上都帶有潛在的風險。

對體內(nèi)基因療法來說，最大問題是患者的免疫系統(tǒng)。人體把逆轉(zhuǎn)錄酶病毒樣顆粒（哪怕是攜帶人類基因的這樣的顆粒）視為外來物。當這些顆粒進入宿主細胞時，宿主的回應(yīng)是發(fā)動反擊以除掉這些入侵者。這正是發(fā)生在杰西·基辛格身上的情況。他的免疫系統(tǒng)并不明白這些病毒是來幫忙的，因而發(fā)起了猛烈的攻擊，甚至在此過程中關(guān)閉了他的臟器。今天，科學家或許會給予他較低的治療劑量，或者使用免疫抑制藥物對他進行預防性治療。另一種選擇是探索使用“裸”DNA，就是被去掉了病毒載體的核酸分子。

依賴逆轉(zhuǎn)錄酶病毒的體外基因療法也有自己的問題。請記住，逆轉(zhuǎn)錄酶病毒把自己的DNA縫合進宿主的染色體，這有點像取出一個句子當中的一個短語，并且把它插入一個更長的句子當中。如果插入的地方不對，其形成的“語言”就可能沒有意義。在使用逆轉(zhuǎn)錄酶病毒的一些基因療法試驗中，患者出現(xiàn)了白血病及其他形式的癌癥，原因是插入一個基因時擾亂了周圍其他基因的功能。

在SCID基因療法試驗中，這樣的并發(fā)癥影響了多個孩子。好在科學家運用其他療法，戰(zhàn)勝了他們中許多人的癌癥。但正由于這樣的問題，F(xiàn)DA現(xiàn)在通過自己的一個機構(gòu)——“生物制劑評估與研究中心”管理全美國的基因療法產(chǎn)品和服務(wù)。對于那些有興趣研發(fā)人類基因療法產(chǎn)品和服務(wù)的科學家及生產(chǎn)商，該中心則提供前攝的（指前一活動中的因素對后一活動造成影響的）科學性及調(diào)控性建議。在運用基因療法進行臨床試驗時，美國和國外的這方面投資者也可獲得美國“國立健康研究院”的建議與指引。不過，迄今為止，“生物制劑評估與研究中心”尚未批準過任何基因療法產(chǎn)品上市。但是，多項正在進行中的這方面試驗，正在產(chǎn)生有希望的結(jié)果。

基因療法能治哪些病？

在杰西·基辛格死后，F(xiàn)DA禁止詹姆斯·威爾遜再對人體進行基因療法試驗。不過，其他研究者不受此限制。2007年，美國賓夕法尼亞大學醫(yī)學院的分子基因?qū)W家及內(nèi)科醫(yī)生簡·本內(nèi)特及其丈夫艾伯特·馬奎爾（賓夕法尼亞州兒童醫(yī)院的視網(wǎng)膜外科醫(yī)生）開始基因療法臨床試驗，目的是研究這種療法對一種罕見的眼盲癥——先天性黑朦（簡稱LCA）的療效。RPE65基因的一個變異，導致對視網(wǎng)膜來說很重要的一個蛋白質(zhì)缺失。缺乏這個蛋白質(zhì)的人會逐漸喪失視力，直到完全失明，而失明通常在40歲就會發(fā)生。

馬奎爾夫婦把RPE65基因插入一只腺病毒相關(guān)病毒。接下來，他們以低劑量把經(jīng)過基因改造的病毒注入3名患者的視網(wǎng)膜。這些病毒感染視網(wǎng)膜細胞，這些細胞開始產(chǎn)生RPE65蛋白質(zhì)。結(jié)果，3名患者的視力都改善了，而且沒有出現(xiàn)副作用。該團隊決定開展更大規(guī)模的試驗，且加大病毒劑量。結(jié)果，又有6名LCA患者接受了基因治療，并且獲得了更好的療效。

SCID和LCA是運用基因療法成功治療的為數(shù)不多的疾病。然而，基因?qū)W家和分子生物學家對于采用基因療法治愈更多疾病胸有成竹。詹姆斯·威爾遜目前繼續(xù)致力于在該領(lǐng)域的探索。他已經(jīng)分離了120類腺相關(guān)病毒，其中許多在一些組織中的表現(xiàn)比在其他組織中更有效。例如，其中一些載體對心臟組織有親和性，另一些則對脊髓和大腦細胞有親和性。未來的研究，也許將帶來對脊柱損傷和帕金森病等疑難病的有效療法。

在體外基因療法方面，科學家們也正在大步前進。2013年7月，美國《科學》雜志發(fā)表了調(diào)查使用慢病毒屬作為基因療法載體的兩項研究結(jié)果，它們的獨特之處在于它們能在分裂和非分裂的細胞中有效，并且永久性地傳導基因。其他逆轉(zhuǎn)錄酶病毒則必須對分裂的細胞實施“基因巫術(shù)”?；蛟S更重要的是，當把自己的載荷注入宿主DNA時，慢病毒屬看來不太容易激活其他的癌癥相關(guān)基因。科學家采用基于慢病毒屬的基因療法治療腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良（一種影響年輕男性、伴X染色體的神經(jīng)退行性疾病）和異染性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良（一種由一個單一基因變異引發(fā)的罕見的退行性疾?。Y(jié)果表明這兩種疑難病都不再發(fā)展，而且沒有有害的副作用。

未來，其他有希望的基因療法一定會出現(xiàn)。它們針對的大多是遺傳病，例如囊胞性纖維癥、肌肉萎縮癥、鐮狀細胞性貧血和血友病等。甚至就連苯丙酮尿癥也會讓基因療法轉(zhuǎn)變成過去式。如果真是這樣，查理·戈登一定會非常開心。

基因療法與癌癥

基因療法涉及向細胞注入基因材料，賦予細胞新功能或恢復細胞缺失的功能?？茖W家認為癌癥也可能是由基因受損或缺失引起的。我們的基因遺傳自父母，基因決定我們的特質(zhì)。基因由生物學分子——脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）構(gòu)成。DNA和RNA負責蛋白質(zhì)的制造。這些蛋白質(zhì)具有許多功能，例如幫助細胞維持形狀，或控制細胞生長與分裂等?；虻母淖儯醋儺悾┛赡軙绊懙鞍踪|(zhì)，有時候這可能引發(fā)疾病，例如癌癥?？茖W家發(fā)現(xiàn)，復合晚期癌癥變異基因（MMAC1）參與了一些常見癌癥。他們還成功修復了參與人類肺癌的一個有缺陷的腫瘤抑制基因——p53。

癌癥的基因療法也分體外療法和體內(nèi)療法。體外療法涉及從患者體內(nèi)提取一些癌細胞，向它們注入好基因，然后再把它們送回體內(nèi)。體內(nèi)療法是把好基因直接注入腫瘤內(nèi)，但這種療法的效果取決于確定癌瘤位置和癌癥是否已轉(zhuǎn)移。在癌癥基因療法中，科學家通常使用兩類細胞——癌細胞自己和攻擊癌細胞的免疫系統(tǒng)細胞。

美國“圣迭戈健康系統(tǒng)”的“穆爾斯癌癥中心”的科學家們，目前正在研發(fā)針對乳腺癌、皮膚癌、白血病和胰腺癌的基因療法。例如，他們已經(jīng)介入抗體藥物赫賽丁的研發(fā)。這種靶向藥物正在被證明對沒有擴散的人類表皮生長因子受體-2（HER2）型乳腺癌有效。HER2控制著細胞生長、分裂及自身修復。科學家們也已經(jīng)在把一種改造過的皰疹病毒注入黑素瘤（一種皮膚癌）的癌瘤內(nèi)部，旨在改善機體對這種癌癥的免疫防御能力。

一種被稱為“TNFerade生物制劑”的基因療法，涉及一個包含腫瘤壞死因子基因α的DNA載體。這種免疫系統(tǒng)蛋白質(zhì)有強力抗癌作用?？茖W家正在研究聯(lián)合運用TNFerade與放射療法，用于對無法手術(shù)的胰腺癌患者的首次治療?！癟NFerade及皰疹攻略”使用基因療法來提升主要機制的殺癌效果。所謂主要機制，包括在TNFerade當中采用放射和由病毒誘導的細胞溶菌作用（胞溶作用）。

在美國，使用基因療法治療癌癥只能通過臨床試驗進行。那么，這樣的臨床試驗是否有風險呢？答案是肯定的。病毒載體既影響癌細胞，也影響健康細胞。新基因可能會插到不正確的DNA位置，或者轉(zhuǎn)移基因可能會被“過度表達”，產(chǎn)生過多的缺失蛋白，從而造成損害?？傊诮邮馨┌Y基因療法之前，和其他任何接受基因療法的患者一樣，患者應(yīng)該和醫(yī)生討論基因療法涉及的所有風險。

（下期預告：本文涉及的靶向治療正在成為一種越來越重要的癌癥療法，甚至有科學家相信，它最終可能取代傳統(tǒng)的化療、放療和手術(shù)，成為癌癥治療的一線策略。那么，什么是靶向治療？它的前景到底是怎樣的？請關(guān)注本刊下期的相關(guān)文章。）