“裁剪”基因的科學

張田勘

對人體異常致病的基因進行“剪切”，再用正常的基因進行“修補”，以達到治愈疾病的目的，這個聽起來就像“裁縫”一樣的基因治療過程，目前在世界上許多實驗室里進入了試驗階段。

在現有的基因療法中，第一代技術利用無害的病毒作為載體，把正常基因運載到異常基因部位，去取代或糾正異常基因；而第二代技術則以特定的酶作為“基因剪刀”來直接剪掉異常基因。

第一代基因療法：安全問題的陰影

第一代基因療法利用對人體無毒無害的病毒作為載體，攜帶基因到基因缺失或異常的部位，以修復基因。但是，這種方法是隨機的，定向不明確，因此具有不可預測性，很可能導致一些意想不到的副作用——病人在治療疾病的同時，由于基因導入的位置不正確，會患上另一種疾病。

1990年9月，美國的弗倫奇·安德森醫療小組對一名患“重癥聯合免疫缺陷綜合征”的4歲女孩進行基因注射療法，并取得成功，因而安德森被譽為“基因療法之父”。安德森所使用的方法就是用腺相關病毒（AAV）來運載正常基因，以替換小女孩的異常基因。

但是，這種療法存在著嚴重的缺點。主要表現在，病毒攜帶的治病基因有時不能到達病人體內的目標，而跑到其他正常基因的部位，產生基因調控或復制作用，從而導致新的疾病。

2002年8月，法國一個醫療小組對一名同樣患有重癥聯合免疫缺陷綜合征的男孩進行試驗性基因治療。這名男孩從出生起體內就缺乏抗感染所必需的白細胞，患兒兩個月時，法國醫生對他進行基因治療。研究人員使用經過基因修飾的病毒，將患兒所缺乏的基因導入其體內，但不幸的是，后來患兒卻患上了白血病。

對這個醫療事故進行調查發現，男孩患上白血病的原因是基因導入錯誤。攜帶治療性基因的病毒在一個不適當的位點導入，新導入的基因破壞了細胞內原有的調控基因，使細胞開始不受控制地分裂，從而使患兒得了白血病。

2007年7月2日，美國伊利諾伊州36歲的喬妮·莫爾因患風濕性關節炎而接受基因治療，所使用的藥物是西雅圖的目標遺傳公司（TGC）研發的tgAAC94。這種基因藥物實際上就是用遺傳工程改造的腺相關病毒（AAV）作為載體，攜帶一種額外基因。把它注射進關節后，源源不斷地產生一種能阻止關節炎性分子的蛋白質，來治療關節炎。然而，使用tgAAC94后喬妮因全身廣泛性出血和肝臟衰竭而死亡。

事故發生后，美國食品與藥物管理局（FDA）下令暫停這類治療風濕性關節炎的基因療法，并調查其他28項使用腺相關病毒（AAV）的基因療法試驗。然而，美國國立衛生研究院（NIH）和FDA任命的一個獨立的調查委員會得出結論，莫爾之死不是因為基因療法，而是因為在其全身迅速蔓延的真菌感染，而這種感染是由莫爾服用免疫抑制藥物所引起的。

但是，也有專業人員懷疑，這次事故究竟是基因療法，還是免疫抑制劑引起的，還需要進一步調查。直到今天，莫爾的死因也并不明確，這也為用基因療法治療關節炎蒙上一層厚厚的陰影。

由于傳統基因療法的安全性得不到保證，因而迄今也未能作為常規療法進入臨床。

第二代基因療法：待驗證的“基因剪刀”

既然用病毒攜帶基因不保險，那么，為何不設計一種“基因剪刀”把異常基因剪除，而代之以正常基因呢？

科學家的確發明出了能剪接基因的剪刀，當然，這種剪刀并非像生活中真正的剪刀，而是一種酶分子，其名稱叫做“重組鋅指蛋白核酸酶”。這種酶可識別特定的基因位點，當兩個識別位點相距恰當的距離時（6～8個堿基對），兩個單體基因剪刀相互作用產生“酶切功能”，就能定點剪切DNA特定片段，這就是第二代基因療法的原理。

利用這一療法，不僅可以治療罕見的遺傳病，而且可以治療對人們危害最大的疾病，如癌癥和艾滋病。

從表面上看，采用基因剪刀進行治療，比傳統的基因療法更好，因為重組鋅指蛋白核酸酶比第一代基因療法有更大的特異性，即直接對準目標（靶）基因。但是，利用基因剪刀進行基因療法的安全性同樣令人擔心，因為基因剪刀也有不確定性。

美國加利福尼亞大學分子生物學家戴維斯·西格爾認為，目前需要確定的是，基因剪刀是否準確地到達了人們所希望的治療部位。基因剪刀既然有剪接和替換功能，因此沒有人希望基因剪刀在人體的細胞中胡亂地剪接，從而導致其他病變，例如癌癥和基因突變。

為了驗證基因剪刀的準確性，德國癌癥研究中心腫瘤醫生克里斯托夫·卡勒對重組鋅指蛋白核酸酶的治療效果進行了試驗。他們認為，這種基因剪刀的錯誤是很難發現的，因為在治療中這種基因剪刀潛伏在與疾病密切相關的成千上萬個細胞中，所以基因剪刀也可能對很多正常細胞進行基因剪切，這就可能造成隱患。

然而，用拉網式的方法查找所有細胞是否受到剪切是不太可能的。過去，研究人員要想檢查基因剪刀是否有錯誤，就分析基因組中何處出現酶的粘貼（在粘貼處就有可能是基因剪刀在起作用）。卡勒和其同事則采取了不同的方法，把接受治療的細胞暴露于一種病毒，后者能把它自己嵌合到宿主基因組的斷裂處。然后，他們查找細胞中的病毒基因，以發現基因剪刀在何處產生剪切作用。在被檢測的基因剪刀中，他們發現基因剪接有兩種“脫靶效應”，也就是沒有對異常的疾病基因進行剪切，反而剪切了正常基因。

美國猶他大學的生物化學家多娜·卡洛爾認為，這一發現具有重要意義。因為這表明細胞中DNA實際被剪接的位點出現了并非人們想要的結果。

美國哈佛大學生物化學家大衛·劉采用了另一種方法來檢查基因療法中非目標DNA是否被剪切。他的研究團隊首先篩查病毒DNA庫，以尋找那些可以被基因剪刀剪切的DNA片段。然后，他們在人類基因組中查找與病毒相似的DNA片段，再把人的細胞放到培養基中培養，以檢測人的細胞中的這些DNA序列是否可以被基因剪刀剪切。

研究人員發現，基因剪刀的剪切范圍比預期的更廣泛。而且，研究人員測試的一種酶基因剪刀與HIV臨床治療試驗中所使用的酶基因剪刀相似。這一偶然的發現，說明基因剪刀剪開了與癌癥相關的一種基因旁邊的DNA。這意味著基因剪刀可能誘發病人患癌。

而研制這種酶的桑加莫公司認為，他們的基因剪刀是有安全保障的。公司首席科學官菲利普·格雷戈里指出，自大衛·劉和克里斯托夫·卡勒使用基因剪刀并驗證它們的效果以來，該公司已經進一步改進了他們的產品。在用于臨床試驗之前，桑加莫公司對這種基因剪刀進行了無數次的安全檢測，包括把基因剪刀移植進150多種動物的10億多個遺傳改造的細胞中，以觀察其是否有害或是否有副作用，結果并沒有發現基因剪刀在濫殺無辜。

但是，格雷戈里也承認，目前，他們的基因剪刀還需要進行活體試驗，因為FDA不可能放棄這種基因剪刀對于活體動物安全性試驗的要求，所以能否廣泛使用這種技術還有待更多的研究結果才能確認。如果進一步的研究能夠解決安全性問題，第二代基因療法就只針對特定的靶基因，而不破壞正常細胞的基因，這種療法將成為未來理想的治療手段。