基因治療的研究綜述

雷陽 王威

摘要：作為常見的基因工程技術(shù)，基因治療主要涉及目的基因、載體和靶細(xì)胞三大要素，是一種較前沿的醫(yī)療方法。利用基因提取、拼接和轉(zhuǎn)移等技術(shù)，能通過基因的表達(dá)功效調(diào)控疾病，本質(zhì)上是一種修復(fù)、強(qiáng)化或改變某致病基因的功能從而緩解或治愈相應(yīng)疾病的治療手段。從20世紀(jì)60年代到現(xiàn)在，基因治療的發(fā)展經(jīng)歷了“萌芽-樂觀-失望-理性”的認(rèn)知變化過程。隨著生物學(xué)科和醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種獲得性疾病和人類遺傳病的醫(yī)治。今后，基因治療將取得越來越多的成就，更多目前無法治療的疾病將有望取得突破。

關(guān)鍵詞：基因治療;概念;原理;發(fā)展;應(yīng)用;展望

1?概念界定

從不同的視角出發(fā)，國內(nèi)外學(xué)者對基因治療的定義有多種表述。根據(jù)國際人類基因組組織倫理委員會的有關(guān)聲明，基因治療是指通過添加或表達(dá)基因來治療或預(yù)防疾病，這些基因片段能重新構(gòu)成或糾正體內(nèi)缺失或異常的基因功能，或能干預(yù)相應(yīng)致病過程[1]。這一定義對基因治療技術(shù)的目的、途徑和原理等都作了簡要描述。此外，我國也有學(xué)者將基因治療這樣定義：通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，將外源的正?；?qū)氲讲∽儾课坏奶囟?xì)胞并有效表達(dá)，以補(bǔ)償或糾正基因缺失或異常，從而醫(yī)治疾病的新型療法[2]。這一定義強(qiáng)調(diào)了基因轉(zhuǎn)移技術(shù)在基因治療中的重要作用。從廣義上講，凡是與基因相關(guān)的能治療相應(yīng)疾病的方法，都可看作基因治療，涉及動物、植物等多個領(lǐng)域。基因治療是現(xiàn)代常見的基因工程技術(shù)之一，同時也是當(dāng)前臨床試驗領(lǐng)域高度關(guān)注的一種前沿醫(yī)療方法。它的本質(zhì)是一種利用細(xì)胞生物學(xué)和現(xiàn)代分子生物學(xué)等學(xué)科的方法技術(shù)去修復(fù)、強(qiáng)化或改變某致病基因的功能從而緩解或治愈相應(yīng)疾病的治療手段。

2?原理

基因治療技術(shù)主要涉及目的基因、載體和靶細(xì)胞三大要素。其中，目的基因指將用于遺傳信息表達(dá)以治療相應(yīng)疾病的DNA片段。載體指能將目的基因?qū)牖颊呒?xì)胞體內(nèi)的中介物質(zhì)，主要包括腺病毒等病毒載體和脂質(zhì)體載體等非病毒載體。靶細(xì)胞指目的基因最終到達(dá)并發(fā)揮作用功效的細(xì)胞場所，可分為體細(xì)胞和生殖細(xì)胞兩大類，因倫理方面的限制，將生殖細(xì)胞作為靶細(xì)胞的情況較少，將體細(xì)胞作為靶細(xì)胞的情況更常見。

基因治療的基本原理就是利用基因提取、拼接和轉(zhuǎn)移等技術(shù)，將目的基因（其表達(dá)產(chǎn)物可以治療相應(yīng)疾?。┩ㄟ^載體導(dǎo)入靶細(xì)胞內(nèi)，然后使其在細(xì)胞中表達(dá)，從而醫(yī)治相應(yīng)疾病[3]。其中，實現(xiàn)目的基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)可分為體內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)和體外轉(zhuǎn)導(dǎo)2種途徑[4]，即分別在體內(nèi)和體外進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移修飾等技術(shù)操作。

基因治療在臨床治療中一般有4種機(jī)制：第一，將新的基因或經(jīng)過修飾后的基因?qū)牖颊唧w內(nèi)從而治療相應(yīng)疾病，如利用基因修飾后的嵌合抗原受體T細(xì)胞療法治療癌癥;第二，通過修復(fù)體內(nèi)的突變基因以治療相應(yīng)疾病，對于單堿基突變遺傳病，如杜氏肌營養(yǎng)不良癥、鐮狀細(xì)胞病、I型酪氨酸血癥等，可通過修復(fù)突變堿基來恢復(fù)基因功能從而治療疾病;第三，用正?；蛉パa(bǔ)償突變基因從而治療相應(yīng)疾病，如在治療血友病時，可以用正常凝血因子VIII基因或凝血因子IX基因分別補(bǔ)償相應(yīng)的變異凝血因子基因，以實現(xiàn)血友病的基因治療;第四，通過激活或滅活功能異常的致病基因從而治療相應(yīng)疾病，如對于遺傳性耳聾、家族性高膽固醇血癥等，可通過敲除致病基因來治療[5]。

常規(guī)的治療方法針對的是因基因異常產(chǎn)生的癥狀，而基因治療針對的則是引起疾病的異?；虮旧韀6]，這是兩者的本質(zhì)區(qū)別。在基因治療時，不同類型的疾病需采用不同的方法。例如，對于單個基因缺陷，可采用基因置換的方法進(jìn)行治療，即通過有目的地引入具有正常功能的基因去置換不能發(fā)揮正常功能的基因，如腺苷酸脫氨酶缺乏綜合癥，這種方法一般用于治療隱性致病基因?qū)е碌募膊。贿m合用于顯性致病基因?qū)е碌募膊?對于獲得性遺傳性疾病，如慢性感染性疾病，可采用抑制異體基因的方法進(jìn)行治療，即通過有目的地使細(xì)胞中對應(yīng)的某致病基因不能發(fā)揮正常的功能從而控制疾病;對于復(fù)雜的遺傳性疾病，如心臟-循環(huán)或腫瘤性疾病等多因素疾病，可通過基因局部表達(dá)來治療，即通過有生理學(xué)意義的基因產(chǎn)物的局部表達(dá)來進(jìn)行治療[7]。其中，通過抑制異體基因和基因局部表達(dá)的方法又可統(tǒng)稱為基因可調(diào)控表達(dá)。此外，隨著基因組學(xué)的迅速發(fā)展，基因編輯技術(shù)成為了基因治療的重要方法，因其具有定向精準(zhǔn)治療的特點，在未來基因治療的發(fā)展中將得到更多重視。

3?發(fā)展過程

從初步探索，到狂熱發(fā)展，再到遇挫止步，最后到平穩(wěn)推進(jìn)，基因治療的發(fā)展一波三折，總體上經(jīng)歷了“萌芽-樂觀-失望-理性”的認(rèn)知過程。

20世紀(jì)60年代，美國分子生物學(xué)家、諾貝爾獎獲得者Lederberg?J第一次提出了基因治療的初步概念，為基因治療的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[8]。1972年，基因療法被正式提出，并被看作治療人類遺傳疾病的一種重要方式[9]，這又在一定程度上促進(jìn)了基因治療的發(fā)展。這些都是基因治療的初步探索，屬于萌芽階段。

1990年，美國開展了首例基因治療臨床試驗。研究者將腺苷脫氨酶（ADA）基因通過逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)轉(zhuǎn)移到兩個有嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷（ADA-SCID）的兒童T細(xì)胞中，然后再將細(xì)胞輸回到兒童體內(nèi)。隨后通過檢測發(fā)現(xiàn)，這種治療方式能有效恢復(fù)患者體內(nèi)ADA的合成功能。本次試驗的成功，讓人們對通過基因治療技術(shù)突破重難疾病抱有了很高的希望，在基因治療的發(fā)展史上可謂是一座重要的里程碑[10]。1991年，以中國復(fù)旦大學(xué)為首的科學(xué)家們以皮膚成纖維細(xì)胞為靶細(xì)胞，成功地完成了血友病B基因治療的臨床試驗[11]，試驗的成功再一次增強(qiáng)了人們對基因治療技術(shù)的信心。之后，科學(xué)家們又進(jìn)行了大量的基因治療臨床試驗，本領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出較好的態(tài)勢?；蛑委熢谶@一時期得到了狂熱發(fā)展，屬于相對樂觀的階段。

但是，基因治療的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，試驗期間也出了一些嚴(yán)重的問題。1999年，一名18歲的美國高中畢業(yè)生男孩在基因治療的過程中，因為接受了腺病毒注射，四天后不幸死亡，研究認(rèn)為這很可能是因為患者的免疫系統(tǒng)對腺病毒反應(yīng)過度，體內(nèi)的器官受到了嚴(yán)重?fù)p壞[12]，這一事故為進(jìn)行基因治療的相關(guān)研究者敲響了警鐘。2002年，一項國外的綜合研究發(fā)現(xiàn)，兩名患者在SCID-X1基因治療近3年后，出現(xiàn)了成熟T細(xì)胞不受控制地以指數(shù)增殖的情況，即逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的插入能以意想不到的頻率觸發(fā)惡性前細(xì)胞增殖失控[13]，基因治療的風(fēng)險再一次被暴露。因此，考慮到安全性等問題，F(xiàn)DA（美國食品藥品監(jiān)督管理局）在2003年叫停了所有利用逆轉(zhuǎn)錄病毒的臨床試驗，這給基因治療的發(fā)展帶來了很大的阻擾，同時也引發(fā)了科學(xué)家們對這一治療技術(shù)的廣泛討論。經(jīng)過幾個月的權(quán)衡審核后，F(xiàn)DA最終認(rèn)為基因治療的利端大于弊端，決定重新開啟逆轉(zhuǎn)錄病毒的臨床試驗。從此以后，載體的安全性等問題成為了相關(guān)研究者高度重視的研究內(nèi)容，科學(xué)家們在進(jìn)行基因治療的臨床試驗過程中也更加理性謹(jǐn)慎?；蛑委煹陌l(fā)展在這一時期遭遇了很大挫折，屬于相對失望的階段。

2009年，美國賓夕法尼亞大學(xué)斯凱眼科研究所的科學(xué)家們利用腺相關(guān)病毒載體成功治愈了利伯氏先天性黑蒙癥患者，這一載體給人們治療相應(yīng)疾病帶來了希望[14]，引發(fā)了社會各界的廣泛關(guān)注，基因治療技術(shù)再一次回到了大眾的視野。2012年，世界上第一款基因治療藥物Glybera通過歐洲藥管局批準(zhǔn)上市，意味著基因治療新時代的來臨。隨后，Strimvelis、Luxturna等基因治療藥物也相繼被批準(zhǔn)。隨著更多基因治療藥物的獲批上市，人們逐步認(rèn)識到有關(guān)監(jiān)管部門對基因治療安全性的肯定，對基因治療技術(shù)也更有信心?；蛑委煹陌l(fā)展在這一時期再次得到了較好的發(fā)展，屬于相對理性的進(jìn)步階段。

直到今天，基因治療技術(shù)都在理性的認(rèn)知中平穩(wěn)地發(fā)展。隨著科技逐漸進(jìn)步，基因治療將會取得越來越多的突破，同時也將面臨越來越多的挑戰(zhàn)。

4?應(yīng)用

基因治療是一種前沿的醫(yī)療技術(shù)，主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，給治療很多以前感到艱難的疾病帶來了新的方案。隨著當(dāng)前生物學(xué)科和醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展，基因治療的應(yīng)用越來越廣泛。

發(fā)展初期，基因治療僅被用于治療遺傳性疾病。截至目前，基因治療在腫瘤、心血管疾病和自身免疫性疾病等眾多疾病的治療中都得到了廣泛應(yīng)用[15]。隨著基因治療技術(shù)不斷發(fā)展，更多當(dāng)前無法治療的疾病將有望被根治，如多基因遺傳病、神經(jīng)遺傳性疾病等。特別地，基因治療在肝癌、胰腺癌和卵巢癌等癌癥的治療中發(fā)揮著重要作用?；蛑委熂夹g(shù)具有很大的潛能，將成為未來科學(xué)家們攻克癌癥的重要手段[16]。經(jīng)過幾十年的不斷探索，基因治療正快速成為治療各種人類疾病的有效方法[17]。

除了在人類的疾病治療中發(fā)揮作用外，基因治療在其他動物疾病的治療中也具有重要的應(yīng)用價值，例如，基因治療技術(shù)在豬、鼠、猴和魚等動物的某些疾病治療中具有重要作用，這些動物實驗也將進(jìn)一步推動基因治療技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，基因治療技術(shù)也能用于某些植物病害的調(diào)控，或者是作物的增產(chǎn)增收，特別是珍稀植物或具有較高經(jīng)濟(jì)價值的植物。

5?展望

基因治療技術(shù)已成為一種相對成熟的基因工程技術(shù)，在人類的醫(yī)療健康領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著當(dāng)前基因組學(xué)和醫(yī)療技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，基因治療將取得越來越多的成就，更多目前無法治療的疾病將有望取得突破。推動基因治療技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)研究，特別是對關(guān)鍵技術(shù)的研究，為臨床試驗提供更可靠的理論技術(shù)支撐。我國在進(jìn)行基因治療的試驗過程中，應(yīng)高度重視道德倫理等方面的問題，從基本國情和需求出發(fā)，在吸取國外成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步推進(jìn)基因治療的臨床試驗，不斷完善相關(guān)政策和法規(guī)[18]，特別應(yīng)加強(qiáng)相應(yīng)的倫理審查和監(jiān)控機(jī)制建設(shè)[19]，此外，還應(yīng)構(gòu)建起基因治療的倫理原則、提高相關(guān)從業(yè)人員的道德法律意識[20]，更好地推動基因治療研究的發(fā)展進(jìn)步。相信在各國科研人員的共同持續(xù)努力下，基因治療技術(shù)在未來將取得更多的突破，更多長期困擾人類的疾病終將被戰(zhàn)勝！

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作者信息

雷陽（1998年-），男，漢族，四川安岳人，四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)科教學(xué)（生物）專業(yè)教育碩士，研究方向：生物學(xué)教育教學(xué)理論與實踐。

王威（通訊作者）（1982年-），教育學(xué)博士，四川師范大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，教師教育學(xué)院副院長，研究方向：課程與教學(xué)論，學(xué)科教學(xué)（生物），科學(xué)教育。