基因治療臨床應(yīng)用的現(xiàn)狀及展望

文/歐力

基因治療是指通過(guò)修改或操縱基因表達(dá)或改變活細(xì)胞的生物學(xué)特性，從而實(shí)現(xiàn)治療或治愈疾病目標(biāo)的技術(shù)。

基因治療是指通過(guò)修改或操縱基因表達(dá)或改變活細(xì)胞的生物學(xué)特性，從而實(shí)現(xiàn)治療或治愈疾病目標(biāo)的技術(shù)。主要作用機(jī)制涉及以下幾種：用健康的基因拷貝替代致病基因，滅活導(dǎo)致功能不正常的致病基因，將新的或修飾的基因引入體內(nèi)以幫助治療疾病等。目前，基因治療產(chǎn)品正用以治療包括癌癥、遺傳疾病和傳染病在內(nèi)的一系列疾病[1]。

近三年來(lái)，各種基因治療進(jìn)入臨床試驗(yàn)的消息層出不窮，相關(guān)初創(chuàng)企業(yè)也獲得不菲投資，不斷發(fā)展壯大。特別是在美國(guó)鼓勵(lì)罕見(jiàn)病藥物研發(fā)的政策環(huán)境下，作為最容易被基因治療技術(shù)攻克的疾病領(lǐng)域之一，大多數(shù)單基因遺傳罕見(jiàn)病基因治療藥物的研發(fā)也取得了重要進(jìn)展。

基因治療的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀

迄今為止，全球僅有數(shù)款基因治療藥物上市。2015年，歐盟批準(zhǔn)首款基因治療產(chǎn)品為用于治療脂蛋白脂酶缺乏癥的Glybera。2017年底，美國(guó)批準(zhǔn)的首款藥品是用于治療急性淋巴性白血病的Kymriah，同年批準(zhǔn)了治療遺傳性眼疾的Luxturna。已上市產(chǎn)品適應(yīng)證及售價(jià)如表1所示。

據(jù)2018年5月研究結(jié)果顯示[1]，當(dāng)時(shí)已經(jīng)有2600項(xiàng)基因治療的臨床試驗(yàn)在進(jìn)行中或者已經(jīng)完成。這些臨床試驗(yàn)集中在三大類疾病。第一類是單基因遺傳病（如血友病，戈謝氏?。诙愂嵌嗷蚣膊。ㄈ绨┌Y），第三類是傳染病（如艾滋?。?。目前正在開(kāi)展且備受關(guān)注的疾病如表2所示（癌癥相關(guān)研究多達(dá)數(shù)百項(xiàng)，在此不再贅述）。

表1 已上市基因治療產(chǎn)品的適應(yīng)癥及售價(jià)

表2 當(dāng)前正在開(kāi)展且備受關(guān)注的基因治療臨床研究

圖1 基因治療產(chǎn)品分類[1]

可以說(shuō)，基因治療的臨床應(yīng)用前景廣闊，未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多的臨床試驗(yàn)開(kāi)展并進(jìn)入臨床應(yīng)用。

基因治療的作用機(jī)制

基因治療產(chǎn)品包括以下幾種：①質(zhì)粒DNA，可以對(duì)環(huán)狀DNA分子進(jìn)行基因工程修改，將治療基因攜帶到人體細(xì)胞中。②病毒載體，病毒具有將遺傳物質(zhì)傳遞到細(xì)胞中的天然能力，因此一些基因治療產(chǎn)物來(lái)自病毒。一旦病毒被修飾以消除其引起傳染病的能力，這些經(jīng)修飾的病毒可用作載體將治療基因攜帶到人體細(xì)胞中。③細(xì)菌載體，細(xì)菌可以被修飾以防止它們引起傳染病，然后用作載體將治療基因攜帶到人體組織中。④人類基因編輯技術(shù)，基因編輯的目標(biāo)是破壞有害基因或修復(fù)突變基因。⑤源自患者的細(xì)胞基因治療產(chǎn)品，從患者體內(nèi)取出細(xì)胞，進(jìn)行遺傳修飾（通常使用病毒載體），然后返回患者體內(nèi)。

按照基因改變發(fā)生的時(shí)機(jī)，通常分為兩大類（圖1）：體外（ex vivo）和體內(nèi)（in vivo）。體外是通過(guò)修復(fù)體外培養(yǎng)細(xì)胞的基因，再將修復(fù)后的細(xì)胞輸入到人體，而體內(nèi)則是直接將能夠改變基因的物質(zhì)通過(guò)載體輸入到人體。

由于病毒能夠高效地進(jìn)入細(xì)胞，目前多數(shù)基因療法使用改造后的病毒作為載體。在過(guò)去幾十年的研究中，科學(xué)家使用過(guò)不同的改造病毒載體。早期的有逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）和慢病毒 （lentivirus），這兩種病毒可以將正確基因插入到人體細(xì)胞的DNA中。但由于這種插入隨機(jī)性較大，如果插入其他正?；蛑袝?huì)導(dǎo)致該基因失活甚至癌癥。早期的基因治療臨床試驗(yàn)中有幾名患者因此患上了白血病[2]。隨后，科學(xué)家又研發(fā)了腺病毒（adenovirus）載體。腺病毒載體不會(huì)將基因插入到人體細(xì)胞的DNA中，而是會(huì)通過(guò)載體自己的方式在人體細(xì)胞中表達(dá)其攜帶的正確基因，因此較為安全。但是，腺病毒會(huì)引起較強(qiáng)的免疫反應(yīng)。1999年一名患者因此在臨床試驗(yàn)中去世[3]，這也是基因治療技術(shù)的發(fā)展一度陷入冰點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新一代病毒載體-腺病毒相關(guān)病毒（AAV），又給基因療法帶來(lái)了希望。AAV通常不會(huì)將基因片段插入到人體細(xì)胞的DNA中，而且引起的免疫反應(yīng)也比較低。因此，AAV是當(dāng)前基因治療使用的主要載體（表3）。

表3 基因載體對(duì)比

目前，基因編輯是基因治療中研究熱度最高、應(yīng)用前景最為廣闊的技術(shù)。該技術(shù)利用基因編輯工具CRISPR或者鋅指核酸酶（ZFN）[4-5]，定點(diǎn)將修復(fù)基因插入到細(xì)胞的DNA中。這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于既避免了隨機(jī)插入基因帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，又能通過(guò)修復(fù)或者插入保證治療效果的持續(xù)性。

遺民志士深居“土室”，隱遁避世，以明不仕新朝，其意固堅(jiān)，其與外界之交接自然不多，但作為社會(huì)人，正常的交接也不能完全避免。對(duì)易代之際的遺民來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑又是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，因?yàn)樯硖幪厥獾臍v史場(chǎng)域，就一定意義上來(lái)看，他們與外界的“交接”“應(yīng)酬”無(wú)不能成為評(píng)判其道德心性的重要標(biāo)尺。因?yàn)椋敖唤蛹丛谄绞?，也被認(rèn)為節(jié)操有關(guān)。當(dāng)明清易代之際，其嚴(yán)重性不能不百倍地放大了”［13］317。

需要說(shuō)明的是，基因療法不需要把所有細(xì)胞修改。很多疾病只需要讓一部分細(xì)胞表達(dá)正確蛋白即可。以酶缺乏導(dǎo)致的溶酶體病為例，這些酶通常會(huì)被細(xì)胞分泌到細(xì)胞外，如果有一部分細(xì)胞高效表達(dá)酶，這些細(xì)胞會(huì)分泌出大量的酶到細(xì)胞外，進(jìn)入血液，再通過(guò)血液循環(huán)輸送到全身其他細(xì)胞從而起到治療效果。在局部給藥領(lǐng)域，基因療法也展示出了廣闊的應(yīng)用前景，如FDA批準(zhǔn)用于治療遺傳性眼疾的基因治療藥物L(fēng)uxturna，只需要眼睛的部分細(xì)胞可以表達(dá)原本缺乏的酶（由AAV載體引入）即可。

基因治療臨床應(yīng)用的展望

目前，有患者寄望于利用基因治療來(lái)治愈疾病，甚至在不了解風(fēng)險(xiǎn)的情況下貿(mào)然參與相關(guān)臨床研究，在當(dāng)前基因治療相關(guān)臨床研究很少獲得監(jiān)管部門許可的情況下，患者要承擔(dān)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，讓患者了解基因治療在當(dāng)前臨床應(yīng)用的真實(shí)效果和持續(xù)時(shí)間，對(duì)患者很有必要，同時(shí)監(jiān)管部門也應(yīng)及時(shí)提示相關(guān)產(chǎn)品的治療風(fēng)險(xiǎn)。

基因療法不需要把所有細(xì)胞修改。很多疾病只需要讓一部分細(xì)胞表達(dá)正確蛋白即可。

在治療效果方面，疾病已經(jīng)造成的損傷很難逆轉(zhuǎn)。學(xué)術(shù)界有人在研究宮內(nèi)基因治療（in utero gene therapy）[6]，也就是從胎兒階段就進(jìn)行基因治療，從而避免難以逆轉(zhuǎn)的損傷?；颊邔?duì)治愈的期待往往會(huì)要求回復(fù)到與常人一樣，這種改變難度極大。盡管目前來(lái)看，基因治療的確比常規(guī)療法有一些優(yōu)勢(shì)，但離絕對(duì)的治愈還有較遠(yuǎn)的距離。

在持續(xù)時(shí)間方面，目前基因治療多數(shù)采用AAV載體在體內(nèi)表達(dá)正確的基因，通過(guò)產(chǎn)生正確的蛋白發(fā)揮療效，并非真正意義上的基因編輯。對(duì)前者而言，隨著細(xì)胞的分裂和免疫系統(tǒng)的運(yùn)作，AAV會(huì)逐漸在體內(nèi)消失，因此這種基因療法的持久性是很大一個(gè)問(wèn)題，理論上并不能療效持續(xù)終身[7]。實(shí)際上，很多實(shí)驗(yàn)室在研究如何進(jìn)行AAV多次注射。

而基因編輯是將正確基因片段插入到細(xì)胞的DNA中或者在原位置修復(fù)基因突變。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于被修改后的基因會(huì)隨著細(xì)胞分裂而復(fù)制，從而長(zhǎng)久保存下去。理論上基因編輯的療效可以持續(xù)終身，但這一點(diǎn)還需要臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

對(duì)于監(jiān)管部門而言，F(xiàn)DA如實(shí)提示患者：基因治療產(chǎn)品由FDA的生物制品評(píng)估和研究中心（CBER）監(jiān)管。所有基因治療項(xiàng)目在人體中的臨床研究在美國(guó)啟動(dòng)之前都需要提交研究性新藥申請(qǐng)（IND），并且銷售此類產(chǎn)品前需要提交和批準(zhǔn)生物制劑許可申請(qǐng)（BLA）。FDA提示消費(fèi)者，目前市面上已經(jīng)存在用于自我管理的基因治療產(chǎn)品和“自己”的試劑盒，但出售這些產(chǎn)品是違法的，患者需要確保正在考慮參與的任何基因治療已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)，或者正在接受適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管監(jiān)督。

在治療風(fēng)險(xiǎn)方面，致癌風(fēng)險(xiǎn)、免疫反應(yīng)、基因編輯的脫靶效應(yīng)和生殖細(xì)胞DNA被改變，這些風(fēng)險(xiǎn)需要各利益相關(guān)方的密切注意。

1.致癌風(fēng)險(xiǎn)

基因治療的病毒載體有可能插入并激活人體的原癌基因，從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。2003年，在一項(xiàng)針對(duì)嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺乏癥（SCID）的基因治療臨床試驗(yàn)中，2名受試者在注射藥物后患上了白血病。試驗(yàn)中使用的是逆轉(zhuǎn)錄病毒，該病毒會(huì)將DNA片段隨即插入到人體細(xì)胞中，如果剛好激活了原癌基因，便會(huì)導(dǎo)致癌癥。目前，基因治療的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要檢測(cè)指標(biāo)即為藥物的致癌風(fēng)險(xiǎn)。

2.免疫反應(yīng)

基因治療使用的病毒載體和表達(dá)的外源基因都有可能引起免疫反應(yīng)。1999年在一項(xiàng)賓夕法尼亞大學(xué)開(kāi)展的針對(duì)鳥(niǎo)胺酸氨甲基轉(zhuǎn)移酶缺乏癥的基因治療臨床試 驗(yàn) 中，Jesse Gelsinger死于對(duì)基因治療藥物的強(qiáng)免疫反應(yīng)。在注射腺病毒載體4天之后，Jesse死于免疫反應(yīng)導(dǎo)致的器官衰竭和腦死亡。新一代的基因治療使用的是腺病毒相關(guān)病毒（AAV），免疫原性和安全隱患大幅度降低。不過(guò)由于人在生活中經(jīng)常接觸到AAV，多數(shù)人已經(jīng)有針對(duì)AAV的抗體存在，因此在臨床試驗(yàn)時(shí)會(huì)首先檢測(cè)對(duì)AAV的免疫反應(yīng)以確保安全性。

圖2 Jesse Gelsinger

3.基因編輯的脫靶效應(yīng)

目前基因治療中涌現(xiàn)出一個(gè)新的大類，基因編輯。目前主要有兩種基因編輯工具在臨床試驗(yàn)階 段：ZFN和CRISPR?；?因編輯在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用主要是原位修復(fù)基因突變，或者于安全 港 灣（Safe Harbor）插 入 正確基因。但一個(gè)重要的問(wèn)題是脫靶效應(yīng)，也就是基因編輯工具在其他位置進(jìn)行編輯造成一些不必要的DNA修改。如果激活了原癌基因會(huì)導(dǎo)致癌癥，如果改變了其他重要基因的正常運(yùn)作也會(huì)導(dǎo)致很嚴(yán)重的問(wèn)題。現(xiàn)在的基因編輯的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一個(gè)重要的安全指標(biāo)就是通過(guò)深度測(cè)序（deep sequencing）檢測(cè)脫靶效應(yīng)。

脫靶效應(yīng)可以理解為，基因編輯工具通過(guò)識(shí)別某些特殊的DNA序列從而在指定的位置進(jìn)行修復(fù)，但是人類的基因組這么大，從概率學(xué)上，同樣或者類似的DNA序列完全可能出現(xiàn)在其他基因處。

4.生殖細(xì)胞DNA被改變

學(xué)術(shù)上稱為生殖遺傳（germline transmission），主 要指基因治療的載體將DNA片段插入到生殖細(xì)胞的DNA中，而這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的精子或者卵細(xì)胞攜帶同樣的插入片段[8]。這也將直接影響到下一代的DNA。即使這些插入片段對(duì)人體沒(méi)有任何影響，在倫理學(xué)上也是一大疑問(wèn)。在基因治療的研究中通常會(huì)重點(diǎn)測(cè)試該藥物對(duì)生殖細(xì)胞DNA的影響。但相對(duì)前面三點(diǎn)，這一點(diǎn)的重要性相對(duì)低一些。

基因治療的價(jià)格

基因治療以其光明的前景吸引了全世界科學(xué)家和患者的關(guān)注，國(guó)內(nèi)患者也期待該項(xiàng)技術(shù)能夠早日落地中國(guó)，但其高昂的定價(jià)令人望而卻步。

圖3 基因治療費(fèi)用與患者人數(shù)的關(guān)系（每年）

數(shù)據(jù)顯示，基因治療的價(jià)格普遍較高（約100萬(wàn)美元），甚至有的藥企計(jì)劃要價(jià)400到500萬(wàn)美元[9]。由于藥物研發(fā)的成本相對(duì)固定，患者人群的數(shù)量通常會(huì)決定分擔(dān)成本的多少（圖3）。例如開(kāi)發(fā)一種常見(jiàn)病的藥物支出是1億美元，一種罕見(jiàn)病藥物的支出是5000萬(wàn)美元。常見(jiàn)病的患者有10萬(wàn)人，那每位1000元即可收回成本。而罕見(jiàn)病患者可能只有100人，那每位要50萬(wàn)元才能收回成本。

上述價(jià)格為基因治療產(chǎn)品在歐美國(guó)家醫(yī)保報(bào)銷體系下的定價(jià)。如在美國(guó)，粘多糖癥的基因治療藥物預(yù)計(jì)售價(jià)為100萬(wàn)美元，支持該價(jià)格的關(guān)鍵在于基因治療可以取代現(xiàn)有的干細(xì)胞移植，而干細(xì)胞移植的價(jià)格是100萬(wàn)美元，所以基因治療藥物自然可以有相近的價(jià)格。照此邏輯，以中國(guó)的人口基數(shù)及發(fā)病率計(jì)算，該藥物定價(jià)可為數(shù)十萬(wàn)元，但這很可能使藥企無(wú)法收回成本。因此，現(xiàn)在很難預(yù)測(cè)基因治療在中國(guó)的定價(jià)，影響價(jià)格的素有很多（如醫(yī)保，患者人數(shù)和藥企成本等）。