為人體基因“改錯(cuò)”

王震元

紅細(xì)胞忽變“鐮刀” “白日夢”探求成真

1910年的一天，一位黑人青年向醫(yī)生敘述：自己發(fā)燒，并伴有肌肉酸痛的癥狀。后經(jīng)血液化驗(yàn)分析，這位患者不但顯示貧血的征象，而且他的紅細(xì)胞變成了奇特的鐮刀形。這種病從此就被定名為“鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥”。

顯然，該患者的許多癥狀都是由于紅細(xì)胞形狀的改變引起的。但是，為什么會(huì)發(fā)生這種改變呢？幾十年來，即使是一流的醫(yī)生也無法對此作出解答。直到1956年，科學(xué)家們運(yùn)用諾貝爾獎(jiǎng)獲得者桑格發(fā)明的“指紋圖”技術(shù)，才揭開了其中之謎。原來，紅細(xì)胞中的主要成份血紅蛋白，是由血紅素和珠蛋白兩部分組成的。正常和異常的血紅蛋白中的血紅素并無差別，所不同的是珠蛋白部分。對比兩種珠蛋白的組成，α鏈并無不同，而β鏈上氨基酸的數(shù)量雖然相等，但正常β鏈第6位上所含的谷氨酸，在異常β鏈上卻被纈氨酸所取代。正是這一個(gè)氨基酸的改變，使異常血紅蛋白很容易在低溫條件下相互連接起來，形成細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而聚合成凝膠，使紅細(xì)胞受到牽拉而變成了鐮刀形。

1953年，沃森、克里克等人對遺傳物質(zhì)DNA的劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)，使科學(xué)家們從基因?qū)用娲_認(rèn)：鐮刀形紅細(xì)胞，是DNA相應(yīng)位置上一個(gè)核苷酸“突變”的產(chǎn)物。1958年，在一次血紅蛋白結(jié)構(gòu)新發(fā)現(xiàn)的研討會(huì)上，剛從美國哈佛大學(xué)畢業(yè)，并曾聆聽過沃森講課的安德森一針見血地指出：只有放入正常血紅蛋白的基因才能夠使“鐮刀狀血紅蛋白恢復(fù)正常”。但是，當(dāng)時(shí)那位主講教授卻輕蔑地打斷他的話說道：“年輕人，如果你想做白日夢，那么慢慢做去吧！”

權(quán)威的諷刺，并沒有動(dòng)搖安德森的觀點(diǎn)。早在1953年進(jìn)入美國哈佛大學(xué)就學(xué)前夕，他就立下誓言“要治愈受損的分子”。在1960年，安德森成為DNA的另一位發(fā)現(xiàn)者克里克的研究生，后獲得劍橋大學(xué)碩士學(xué)位；1965年，他又以美國哈佛大學(xué)博士的身份前往美國國家衛(wèi)生研究院（簡稱為NIH），加入解讀基因密碼的尼倫伯格實(shí)驗(yàn)室，此后他更加堅(jiān)定了自己的信念。但是，安德森也發(fā)現(xiàn)，要將修復(fù)人體基因的試驗(yàn)付諸行動(dòng)，確實(shí)面臨諸多困難。其中最為關(guān)鍵的是，細(xì)菌實(shí)驗(yàn)十分成功的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，對人體細(xì)胞卻不起任何作用。直到1984年，美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家穆里根，利用一種“逆轉(zhuǎn)錄病毒”，把基因轉(zhuǎn)移到哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中，才使安德森的夢想接近現(xiàn)實(shí)。穆里根將病毒中掌管繁殖和引起疾病的基因去掉，然后用他想轉(zhuǎn)移的基因取代病毒基因。之后，病毒就會(huì)將剩下的新基因組插入細(xì)胞。

但是，正當(dāng)安德森準(zhǔn)備運(yùn)用穆里根的技術(shù)治療基因缺陷病人時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)根據(jù)美國的法律，他的行為必須得到聯(lián)邦食品和藥品管理局、重組DNA咨詢委員會(huì)的批準(zhǔn)，并確認(rèn)這種臨床試驗(yàn)的安全性。那么，安德森又該怎樣保證呢？

“擦邊球”藥監(jiān)“綠燈” “隔離罩”冰火人生

1988年，美國國家癌癥研究所的醫(yī)生羅森堡，發(fā)現(xiàn)一種免疫系統(tǒng)的細(xì)胞會(huì)攻擊腫瘤。他把這種細(xì)胞從患者血液中分離出來，進(jìn)行“強(qiáng)化”后重新注射回患者體內(nèi)，但怎樣才能知道“強(qiáng)化”后的免疫細(xì)胞進(jìn)入了腫瘤組織呢？羅森堡接受了安德森的建議，將這種免疫細(xì)胞加上一個(gè)“抗新霉素基因”。“強(qiáng)化”進(jìn)入人體幾天后，他們把小片腫瘤組織放入含有新霉素的培養(yǎng)皿中，根據(jù)這些細(xì)胞的存活與否，就可判斷細(xì)胞是否進(jìn)入了腫瘤組織。由于安德森和羅森堡都堅(jiān)持聲稱，在這種改造后的細(xì)胞中，基因僅是個(gè)“標(biāo)記”，且只對瀕死患者進(jìn)行試驗(yàn)，因而聯(lián)邦食品和藥品管理局、重組DNA咨詢委員會(huì)都同意了這次人體試驗(yàn)。1989年5月22日，試驗(yàn)在一位患有皮膚癌的卡車司機(jī)身上進(jìn)行，并收到了預(yù)期的效果。從此，揭開了基因治療的序幕。

緊接著，安德森通過妻子凱西的介紹，結(jié)識(shí)了兒童免疫系統(tǒng)疾病專家布利茲。他們共同精心選擇了一位居住在俄亥俄州克里夫蘭市的患者阿善娣·德西瓦。這個(gè)3歲小女孩患有一種先天性的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷病。這是由于她位于第20號(hào)染色體上的一種腺苷脫氨酶（ADA）基因發(fā)生缺陷所致，這一缺陷使其無法合成相應(yīng)的腺苷脫氨酶，使T細(xì)胞被“毒化”而喪失了正常的免疫功能。因而，德西瓦從呱呱墜地之日起，就不得不“與世隔絕”——被安置在空氣高度凈化的隔離罩中，依靠輸液維持生命。

從1990年開始，安德森和布利茲得到了德西瓦父母的同意，并經(jīng)聯(lián)邦食品和藥品管理局、重組DNA咨詢委員會(huì)批準(zhǔn)后，決定對她實(shí)施基因治療。

1990年9月5日，安德森團(tuán)隊(duì)從德西瓦胳膊上抽血并過濾出白細(xì)胞后，再將紅細(xì)胞和血清輸送回她的體內(nèi)。然后，他們把過濾出的白細(xì)胞送到實(shí)驗(yàn)室，與含有腺苷脫氨酶基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒混合，再讓細(xì)胞繁殖10天。

終于到了關(guān)鍵的時(shí)刻。同年9月14日，德西瓦4歲生日剛過，在觀看床邊電視上播出的《芝麻街》節(jié)目過程中，她經(jīng)歷了一次載入醫(yī)學(xué)史冊的重大事件。半小時(shí)之后，大約10億個(gè)她自身的白細(xì)胞重新進(jìn)入了血管。這個(gè)過程雖然很像一次常規(guī)輸液，但安德森團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們，卻渴望并堅(jiān)信輸入的是挽救她生命的ADA基因。

在治療的初期，這種治療每個(gè)月都要重復(fù)進(jìn)行。為了以防萬一，科學(xué)家們同時(shí)還為德西瓦注射了用聚乙二醇包裹的ADA藥物，但注射量卻逐步減少。1992年8月，經(jīng)過11次治療后，經(jīng)檢驗(yàn)證實(shí)，ADA基因已經(jīng)進(jìn)入她體內(nèi)一些壽命很長的白細(xì)胞中，它們的后代已經(jīng)充分取代了有缺陷的白細(xì)胞。這說明她的免疫系統(tǒng)正在逐步恢復(fù)正常。一年之后，德西瓦終于開始了與正常女孩一樣的新生活，她甚至還能滑冰、游泳和跳舞。1995年，安德森在給《科學(xué)美國人》雜志編輯部的信中寫道：德西瓦已經(jīng)變成了“什么事情都想干的9歲小孩”。

1991年1月，安德森團(tuán)隊(duì)對第2例ADA缺乏癥患者卡召爾的治療，同樣獲得了成功。于是，人們高度評(píng)價(jià)安德森團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)的基因治療，稱其是人類醫(yī)學(xué)史上一次劃時(shí)代的革命。那么，這項(xiàng)研究的發(fā)展是否一帆風(fēng)順呢？

兄弟倆千里求醫(yī) 坎坷路前景壯麗

研究表明，人體存在一類單基因遺傳病。父母雙方如果都帶有一個(gè)某種隱性病態(tài)基因，本人并不會(huì)患病，但他們生下的孩子，這種隱性基因就會(huì)表現(xiàn)為顯性基因而導(dǎo)致孩子患病。除了鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥、重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）外，血友病也屬于這類遺傳病。這些遺傳病的區(qū)別在于血友病是“伴性遺傳”，一般只遺傳給男性。顯然，這種先天性疾病，藥物或手術(shù)都是無法根治的。

1991年4月底，上海長海醫(yī)院與復(fù)旦大學(xué)遺傳研究所緊密合作，對從北方千里迢迢趕來的劉氏兄弟這兩位血友病B患者，進(jìn)行了基因治療。血友病B是由于患者的F9基因突變，而使凝血因子IX遠(yuǎn)低于正常水平所致。患者即便是受到輕微的外傷也會(huì)出血不止。傳統(tǒng)的療法只能通過頻繁輸血或輸入血制品中的凝血因子，來維持患者的生命，這種方法不僅療效短、費(fèi)用高，而且患者極易受到感染。我國科學(xué)家創(chuàng)新的方法是將正常人的凝血因子IX的基因以逆轉(zhuǎn)錄病毒為載體，導(dǎo)入患者離體培養(yǎng)的皮膚成纖維細(xì)胞中，再以這些大量繁殖的細(xì)胞膠原懸液，通過皮下注射回植到體內(nèi)。劉氏兄弟經(jīng)過6年治療后，凝血功能明顯好轉(zhuǎn)。

此外，基因治療對治療半乳糖血癥、肺部囊性纖維化、利伯先天性黑朦（失明）等“不治之癥”，也都有了突破性的進(jìn)展。

目前，科學(xué)家們還在探索基因治療攻克癌癥的方法。例如利用逆轉(zhuǎn)錄病毒，將一種HSV-TK基因?qū)腚x體培養(yǎng)的惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的細(xì)胞中，然后回輸給患者，再用無毒性的環(huán)氧丙苷治療。這種藥物在HSV-TK基因產(chǎn)生的酶的作用下，會(huì)轉(zhuǎn)化為有毒物質(zhì)，使癌細(xì)胞“自殺”。而周圍的正常細(xì)胞則不受影響。

事物總是一分為二的。理想的基因治療應(yīng)該是“基因置換”，即將正常基因定點(diǎn)導(dǎo)入靶細(xì)胞的缺陷部位，原位替換異常基因，使致病基因永久地更正；抑或是“基因矯正”，即在原位糾正缺陷基因的突變堿基，而不必替換整個(gè)基因。前者適用于ADA缺乏癥；而后者則適用于鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥。但是實(shí)際上，這兩種基因治療由于技術(shù)難度很大，迄今無法實(shí)施。目前臨床上應(yīng)用的是“基因增補(bǔ)”，也稱為“基因添加”或“基因修飾”。就是將外源性正常基因?qū)氚屑?xì)胞并隨機(jī)整合于基因組中，彌補(bǔ)病態(tài)基因的缺陷，并不去除原有的病態(tài)基因。

但正是這種由病毒運(yùn)載基因的“隨機(jī)性”，產(chǎn)生了一系列的問題：一些病人的免疫系統(tǒng)消滅了病毒，而這些基因“運(yùn)輸卡車”尚未完成任務(wù)；另一些患者則對病毒過敏。特別嚴(yán)重的是兩次災(zāi)難性事件，一次發(fā)生在1999年9月17日，一名叫耶西·蓋辛格的美國青年，接受了遺傳性肝病基因治療后死亡；另一次發(fā)生在2002年，法國兩名兒童身患類似德西瓦的免疫系統(tǒng)疾病，經(jīng)基因治療后患上了白血病。經(jīng)研究分析后發(fā)現(xiàn)，患者原先的病是治好了，但有的病毒將基因“隨機(jī)”插入錯(cuò)誤位置，激發(fā)了一個(gè)致癌基因，從而引發(fā)了癌癥。

由此可見，目前科學(xué)家對基因治療尚有許多未被認(rèn)識(shí)的領(lǐng)域。但是，運(yùn)用這種新技術(shù)攻克一系列傳統(tǒng)意義上的“不治之癥”的思路，卻已被實(shí)踐證明是正確的，其前景更是光明的！被尊稱為“基因療法之父”的安德森，在晚年入選故鄉(xiāng)美國俄克拉何馬州名人堂時(shí)說道：“這是我的使命！我不會(huì)放棄的！”