受诺奖启发的新基因疗法进入临床，将给患者带来什么？|基因编辑_新浪财经

转自：北京日报客户端

北京日报客户端 | 记者汪丹

去年11月，英国药品与保健品管理局（MHRA）官网宣布，批准美国药企福泰制药（Vertex Pharmaceuticals）与瑞士基因编辑公司（CRISPR Therapeutics）合作研发的CRISPR基因编辑治疗药物Casgevy进入临床。英国也因此成为世界上首个批准并监管CRISPR基因疗法的国家。随后，美国食品药品监督管理局（FDA）于12月也批准了这一疗法。

备受瞩目的CRISPR基因编辑技术进入临床应用，将为人类攻克疾病带来什么？今天我们请知名科普作者张田勘来介绍一下这种受诺贝尔化学奖启发的基因编辑疗法。

（1）新基因疗法受诺贝尔化学奖启发

在自然界中，某些细菌在遭到病毒入侵后，能够把病毒基因的一小段存储到自身DNA里一个名为CRISPR的存储空间，当再次遭遇病毒入侵时，细菌便能够根据存写的片段识别病毒，将病毒的DNA切断而使之失效。因此，利用CRISPR开展的基因编辑技术，被比作“基因剪刀”。

此次，英美两国先后批准基于CRISPR基因剪刀的基因编辑疗法Casgevy，被认为是基因疗法领域一个具有里程碑意义的突破。

Casgevy的成功研发是基于诺贝尔化学奖得主的发现。2020年，法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国女科学家珍妮弗·道德纳由于发现了基因技术中最犀利的工具之一CRISPR/Cas9基因编辑技术，获得了诺贝尔化学奖。CRISPR的全名是“成簇规律间隔短回文重复序列”，Cas9是一种酶，两者可组合为一种新的基因剪刀。利用这项技术，研究人员能高精度改变动物、植物和微生物的DNA（基因），并有望更改某些生物的生命周期。因此，这种技术若应用于医学将有助于研发治疗癌症、罕见病和遗传性疾病的药物或技术。

按照英美两国批准的适用范围，Casgevy可治疗12岁及以上患者的镰状细胞病和输血依赖性β地中海贫血。这两种疾病都是遗传性疾病，均与血红蛋白基因缺陷有关。

成人血红蛋白含有4个蛋白质亚基，两个β-珠蛋白和两个α-珠蛋白，其中β-珠蛋白基因突变会直接导致镰状细胞病和β地中海贫血。人体内还有一种γ-珠蛋白，它与α-珠蛋白结合可形成胎儿血红蛋白，人在出生前后，γ-珠蛋白的表达会被关闭，而β-珠蛋白会被打开，于是使得胎儿血红蛋白能够切换到成人血红蛋白。

在γ-珠蛋白的表达关闭和β-珠蛋白的表达开启过程中，有一种转录子BCL11A至关重要，它可以调控γ-珠蛋白和胎儿血红蛋白表达。也就是说，如果靶向抑制BCL11A，就可以重新激活γ-珠蛋白表达，从而增加胎儿血红蛋白的产生，有效替代有缺陷的成人血红蛋白产生，治疗镰状细胞病和β地中海贫血。

胎儿血红蛋白是胎儿在子宫内制造的一种血红蛋白，但儿童和成人不会制造。目前尚不清楚为什么人出生后体内的血红蛋白会从一种形式转换到另一种形式，但胎儿血红蛋白的确可以替代红细胞中有缺陷的成人血红蛋白。英美批准的基因编辑技术就是通过重启γ-珠蛋白，来增加胎儿血红蛋白的产生，根据病情需要替代有缺陷的成人血红蛋白。

其实，早在2019年7月，美国药企福泰制药与瑞士基因编辑公司就与美国田纳西州纳什维尔医疗中心合作，试验用CRISPR基因剪刀（Casgevy）治疗镰状细胞病和β地中海贫血。研究团队对一名镰状细胞病和一名β地中海贫血患者开展治疗，从他们体内提取数量达数十亿之多的造血干细胞和祖细胞，并用CRISPR基因剪刀对这些细胞进行编辑，然后回输到患者体内。检测结果显示，患者拥有了接近正常的血红蛋白水平，其中，镰状细胞病患者至少有30%的血红蛋白是胎儿血红蛋白，β地中海贫血患者至少有40%的血红蛋白是胎儿血红蛋白，这表明编辑后的细胞已成功在患者的骨髓中定居。这一研究成果发表于2021年1月21日的《新英格兰医学杂志》，维多利亚·格雷也因此成为了世界上第一位接受CRISPR基因剪刀治疗的镰状细胞病患者。至今，她仍然保持着健康的身体状态，疼痛不再发作，也不再需要输血和住院。

不过，真正让英国药品与保健品管理局批准Casgevy进入临床治疗的是两项有患者参与的试验性治疗。第一项是45名镰状细胞病患者接受Casgevy治疗后，有28人在至少一年内缓解了疼痛发作；第二项是54名患严重地中海贫血的患者接受Casgevy治疗后，有39人在至少一年内不再需要输血，还有3人对输血的需求减少了70%以上。

（2）“脱靶效应”决定了新技术是否安全

从试验性治疗结果来看，Casgevy显示出了不错的初步疗效，但是，这种新基因疗法安全吗？显而易见，当前无论是制药公司还是临床医生都无法明确回答这个问题。为保险起见，生产Casgevy的美国药企福泰制药和瑞士基因编辑公司提出，在治疗后应对患者进行15年的随访，以评估这一疗法的长期结果和影响。

目前，这一疗法只是发现伴有恶心、疲劳、发烧和感染风险增加等副作用，没有发现明显的安全问题。英美两国的监管部门和制药公司也在密切监测该技术的安全性，并将适时发布进一步的监测结果。

其实，人们最应该担心的是，这种新基因疗法是否会脱靶？“脱靶效应”是对基因编辑工具最大风险的称谓，因为基因疗法可能会偏离“航道”，进行意想不到的基因修饰，并产生未知的副作用，所以监管部门尤其关注脱靶导致的后果。

美国食品药品监督管理局曾指出，美国药企福泰制药和瑞士基因编辑公司提供的Casgevy疗法的脱靶风险评估令人担心。在一项测试中，研究人员搜索了一个基因组数据库以便发现与CRISPR/Cas9目标位点相似并因此可能被Cas9酶误切的区域，他们评估了在这些基因位点发生变化的风险。但镰状细胞病的主要发病者是非洲人，审查员担心这些人群中的遗传（基因）多样性没有被完全监测到，这意味着可能存在被Cas9靶向的“无辜”基因序列。

另一方面，尽管Casgevy对一些患者进行了试验性治疗，但对于一种药物或疫苗来说，参与试验的人群样本还不够。因为任何获批上市的新药或疫苗都会经过数千人以上的临床1-3期试验，在较少人身上进行的Casgevy试验性治疗是无法有效评估脱靶风险的。

基因疗法一旦脱靶，不仅会造成疗效差或没有疗效，还可能诱发癌症和死亡，这是极为严重的后果。以往有研究表明，患有镰状细胞病的人更容易患上恶性血液癌症，采用Casgevy基因疗法或其他基因疗法，务必更要注意这一主要的长期难题。曾有一家美国生物公司针对镰状细胞病进行过另一种基因疗法（慢病毒基因疗法）的临床试验，有两名参与者后来患上了血癌。虽然经过深入调查表明，两名患者的血癌并非由病毒引起，但这种意外还是引发了人们对于基因疗法脱靶风险的担心。

（3）基因剪刀可产生多种基因疗法

利用CRISPR/Cas9基因剪刀治疗疾病，只是基因疗法的一种。基因疗法起源于20世纪50年代，在今天可以简单分为第一代和第二代基因疗法。

第一代基因疗法是利用无害的病毒（一般是腺相关病毒）作为载体，把正常基因运载到异常基因部位，去取代或纠正异常基因。第二代基因疗法是以特定的基因剪刀来直接剪掉异常基因，代之以正常的基因，治疗疾病。无论是第一代还是第二代基因疗法，都有安全性的问题。采用第一代基因疗法时，被病毒携带的治病基因有时不能到达患者体内的目标基因，而是跑到其他正常基因的部位，并产生基因调控或复制作用，这样会导致新的疾病产生或导致患者死亡。第二代基因疗法采用基因剪刀治疗，特点是定位性较强，只能说相比第一代基因疗法较安全。

目前，基因剪刀主要有3种，锌指蛋白核酸酶（ZFN）、转录激活样效应因子核酸酶（TALEN）、成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）。酶的不同，使得基因剪刀的复杂程度和应用范围也不相同，CRISPR能与多种酶结合，如前文提到的CRISPR/Cas9，它能够完成RNA导向的DNA识别及编辑。与其他基因编辑工具相比，CRISPR技术更易于操作，具有更强的扩展性，而且，一次能够完成同时编辑多个基因的任务。因此，CRISPR是当前最受关注和采用最多的基因剪刀。

同样是由于酶的不同，目前有10多种不同的CRISPR基因剪刀，各自对应的作用靶点也不同，因此基因疗法有很多种。根据世界卫生组织人类基因组编辑（HGE）登记处的数据，现有至少100种以上利用基因剪刀治疗人类疾病的临床试验正在进行中。

概括来说，利用基因剪刀可以产生多种类型的基因疗法。比如，基因矫正，即纠正致病基因中的异常碱基，保留正常部分；基因置换，正常基因通过同源重组技术，原位替换致病基因，使细胞内的DNA恢复正常状态；基因增补，把正常基因导入体细胞，补偿缺陷基因的功能或使原有基因的功能得到增强；基因失活或抑制，将特定的反义核酸和核酸酶导入细胞，阻断某些基因的异常表达，实现治疗的目的（本文探讨的Casgevy基因疗法就是基因抑制）；免疫基因疗法，把产生抗病毒或肿瘤免疫力的对应基因和抗原决定簇基因导入机体细胞，以达到治疗目的。

（4）“优后”“伦理”是必须遵守的原则

综上所述，基因疗法的安全性仍需时间检验，因此目前对它的定位是一种试验性疗法。而且，基因疗法有一些原则，尤其是“优后”和“伦理”原则需要遵守。

基因疗法须严格区分对人类胚胎、生殖细胞的基因编辑与对成体细胞的基因编辑。前者的结果不仅会通过遗传传递给下一代，进入全人类的基因库，还会影响个体身上的全部细胞，这对单纯的疾病治疗而言没有必要，还会极大增加预期外不良基因变异的风险。因此，目前所有国家都禁止开展人类胚胎和生殖细胞的基因编辑研究和治疗，但可以尝试进行成体细胞的基因编辑研究和治疗。

严谨地说，目前所有基因编辑技术都不算成熟，且需要严格遵守伦理原则进行试验性应用，即便未来技术已经成熟，在使用时也要遵守人类社会的伦理原则。除此之外，医学界还达成了“优后原则”的共识，指对一种疾病（如罕见病和遗传病）在使用各种治疗方法都无效的情况下，才考虑采用基因疗法，这是临床上最后运用的一种治疗方法。

无论如何，基因疗法作为一种新的治疗疾病的方式，代表了科学技术的一种创新，值得为之继续探索。理论上，凡是在基因上可以找到病因的疾病，都能采用基因疗法进行研究。除了现在主要研究的遗传病、罕见病、癌症等，未来也有望扩展到常见病领域，如心血管病、艾滋病、帕金森病、糖尿病、阿尔茨海默病等。但最为核心也永远不能忘记的是，基因疗法必须在保证安全的情况下使用，在安全和疗效之间找到平衡，一直是科学家深耕基因疗法的目标。

（供图：视觉中国）