基因治疗又一次的黄金时代



  2016年美国6岁小女孩 Eliza O‘Neill 开展了一项“神奇”的基因治疗。她患有一种叫做沙费利波综合征IIIA型(Sanfilippo syndrome III A)的罕见遗传病,引发体内寡聚糖的过度累积,逐步对机体造成损伤,阻碍智力发育,通常情况下,成年前会引起死亡。

  为了争取一线生机2016年5月10日,俄亥俄州哥伦布全国儿童医院的医生团队将一种称为AAV的无害病毒注入Eliza血液中。目前为止,Eliza一直反应良好。妈妈Cara表示:“现在,她会用眼神跟我们交流,并试图开口说话。我们在她的眼睛里重新看到了光彩。

  ”基因治疗真的那么“神奇”吗?它是如何发展的,未来又将走向何方?

基因治疗又一次的黄金时代

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  基因治疗:半个世纪的浮沉

  1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋的结构模型,是分子生物学划时代意义的伟大事件,从此生命科学的研究进入到了分子水平。半个世纪以来,分子生物以空前的速度迅猛发展,极大的推动了基因工程技术和基因治疗的发展。不久之后,Nirenberg和Khoran等人相继破解了遗传密码,揭示了从DNA到蛋白质的阅读方式为三个碱基组成的三联体对应一种氨基酸,为我们打开了解人类基因奥秘的大门。

  1957年Crick提出了遗传信息传递的中心法则:DNA→RNA→蛋白质。1970年巴尔的摩(Baltimore)提出了RNA病毒在宿主细胞中的复制过程是先以病毒的RNA分子为模板合成一个DNA分子,再以DNA分子为模板合成新的病毒RNA,被称为逆转录,是中心法则的重要补充,为如何实现高效表达外源基因提供了理论支撑,从此基因治疗逐渐步入人们的视野。

  图1 基因治疗的发展历史

  图1 基因治疗的发展历史

  黑暗中的探索(1960s-1980s)

  1963年美国分子生物学家、诺贝尔生理学或医学奖获得者乔舒亚·莱德伯格(Joshua Lederberg)提出了基因交换和基因优化的理念。随着分子生物学技术的进一步发展,同源重组技术为代表的基因工程技术蓬勃发展,基因治疗具备了最基本的条件。

  在黑暗中摸索的人们开始了大胆的尝试:经过多年的研究,1968年Rogers和Pfuderer第一次在烟草花叶病毒中实验证实了病毒可以作为一种载体实现基因传递的作用。随后,他们在人体上第一次开展了基因治疗的尝试,运用野生型的肖普氏乳头状瘤病毒过表达精氨酸酶来治疗患精氨酸血症的一对姐妹。可惜的是,这次试验失败了,没有检测到精氨酸酶水平的升高,后来证实这种病毒体系无法表达精氨酸酶[1],幸运的这次试验没有对患者造成伤害,但是在那个无论对疾病还是基因递送和表达体系都不清楚的年代,这项试验显然是非常大胆的。

  1980年前后,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的马丁·克莱因(Martin Cline)在再一次对基因治疗发起了挑战,这次他们选择的是地中海贫血症。他们利用DNA重组技术将β-球蛋白导入患者的骨髓细胞中,然后回输到体内。本次尝试因为效率非常低下而再次失败了,同时本次实验也受到了更广泛的质疑。调查发现克莱因并没有获得UCLA伦理委员会的批准,而且前期的动物实验并没有效果就直接应用到人体中[2]。克莱因本人也因为违反美国联邦法规而受到了严厉的制裁,同时被剥夺了系主任的职务。

  这两起基因治疗的尝试,让人们意识到基因治疗不仅门槛很高而且面临着更为复杂的伦理问题,这样没有监管的盲目尝试是极其危险的。不久美国NIH DNA 重组委员会组建了基因治疗分委员会,经过讨论人们逐渐意识到摆在面前的几个障碍:首先是如何实现高效的DNA整合,如何准确的获得特定的功能基因;其次如何在靶细胞中高效的传递目的基因。在这些困难没有解决之前,基因治疗不可能成功。这标志着基因治疗已经开始逐渐走向正轨,逐渐开始规范化和系统化。

图2 基于同源重组和ES细胞系的基因打靶技术 (来自 https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2007/illpres/page_three.html)

图2 基于同源重组和ES细胞系的基因打靶技术 (来自 https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2007/illpres/page_three.html)

  冒进式的快速发展(1990-2003)




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