基因治疗是将外源基因通过一些高新技术,靶向导入细胞,从而纠正和补偿有缺陷基因导致的疾病的一种生物医学技术。
基因治疗按操作可以分为基因矫正、基因置换、基因增补或者基因失活,通俗地说,要么矫正坏的基因,要么换掉一个,或放进去一个新东西来补偿它失去的作用,或把这个坏的基因沉默掉。
从上世纪60年代,就开始有一些比较有远见的科学家提出了基因治疗的相关概念。1990年,被誉为基因治疗之父的威廉弗伦奇安德森完成了首例成功的基因治疗人体实验,激发国外大量医疗机构和医药公司涌入基因治疗这个领域。
但没几年基因治疗就发生了陷入低谷的事件,18岁的男孩杰西格尔辛格,在参加宾州大学I期临床实验的时候,发生了由于病毒载体引发的强烈的免疫排斥,导致全身器官衰竭而死亡。
从2004年发展至今,大家又回归了理性,将研究重点回归于技术开发本身,而不是急于在技术不成熟的时候开展临床试验。通过这一阶段研究,相继发展出了三个革命性的技术。
第一个技术是腺相关病毒AAV,是目前基因治疗最为常用的病毒载体,是迄今发展出的最好载体,它非常的稳定,不会嵌入基因组进行复制。AAV病毒载体发明了以后,欧洲和美国监管部门对基因疗法的态度有所转换,安全性的提高使得很多基因治疗药物获批上市。但由于研发成本太贵,或者由于治疗的往往是罕见病从而受众太小,没有在社会上引起广泛的影响。
第二个技术是CAR-T,靶向肿瘤细胞表面抗原的免疫治疗。2012年,一个得了白血病的女孩艾米莉怀特海德,成为全世界第一个接受CAR-T治疗的患者,她的健康情况至今都很好。这个案例震惊了全世界,目前已有数百名患者接受了CAR-T治疗,首个CAR-T细胞产品Kymriah在2017年获得FDA批准上市。该技术的原理简单来说,就是采集患者的血液,将其中的T细胞体外分离出来,并在体外对T细胞进行改造,将嵌合抗原受体(CAR)像身份证一样装在T细胞表面,T细胞有了这个识别癌细胞的工具,就会攻击并杀死肿瘤细胞,我们再将改装后的CAR-T细胞进行扩增,回输到患者体内发挥抗癌作用,患者就能治愈了。
第三个技术就是非常有名的基因编辑技术。CRISPR-Cas9是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术,是目前基因编辑领域最前沿的方法,被誉为基因魔剪。它的原理非常复杂,简化来说主要是包括Cas9蛋白和sgRNA两个元件,后者是将Cas9蛋白引导到我们要进行基因修饰的靶位点,Cas9蛋白负责切割DNA。经过切割的DNA通过某种机制被细胞修复,修复完成后就实现了基因敲除、基因敲入、基因替换或点突变等等。
基因编辑的继续发展面临极大的伦理争端。我们如果对生殖细胞进行治疗,稍微过线一点,可能将修饰基因传给后代从而扩散到人群中,也可能定点改变人的正常特性。
南京大学在基因治疗方面一直开展前沿研究。比如模式动物研究所黄行许在Cell发表论文,首次报道运用CRISPR/Cas9技术创造定向突变的基因工程猴。我们课题组在RNA沉默方面也有所建树。1998年Mello和Fire等发现了siRNA介导的基因沉默现象,2006年因此获得诺贝尔奖。siRNA技术非常好,为什么不能成药?是因为没有载体。现在大家基本上在用的载体只有AAV。我们课题组在这方面有原始创新,发现了血液里有一种通过外泌体介导miRNA循环的机制,可以在细胞间进行穿梭,调控别的细胞里面基因的表达。课题组通过外泌体在体内传输siRNA,用于小鼠的肿瘤、结肠炎、肥胖和神经退行性疾病的治疗,效果十分显著。未来这个技术或许能提供一种全新的疾病基因治疗方式。
(本报记者杨频萍根据陈熹在华智论坛上的发言整理,经本人审阅)