“裁剪”基因的科学

张田勘

对人体异常致病的基因进行“剪切”，再用正常的基因进行“修补”，以达到治愈疾病的目的，这个听起来就像“裁缝”一样的基因治疗过程，目前在世界上许多实验室里进入了试验阶段。

在现有的基因疗法中，第一代技术利用无害的病毒作为载体，把正常基因运载到异常基因部位，去取代或纠正异常基因；而第二代技术则以特定的酶作为“基因剪刀”来直接剪掉异常基因。

第一代基因疗法：安全问题的阴影

第一代基因疗法利用对人体无毒无害的病毒作为载体，携带基因到基因缺失或异常的部位，以修复基因。但是，这种方法是随机的，定向不明确，因此具有不可预测性，很可能导致一些意想不到的副作用——病人在治疗疾病的同时，由于基因导入的位置不正确，会患上另一种疾病。

1990年9月，美国的弗伦奇·安德森医疗小组对一名患“重症联合免疫缺陷综合征”的4岁女孩进行基因注射疗法，并取得成功，因而安德森被誉为“基因疗法之父”。安德森所使用的方法就是用腺相关病毒（AAV）来运载正常基因，以替换小女孩的异常基因。

但是，这种疗法存在着严重的缺点。主要表现在，病毒携带的治病基因有时不能到达病人体内的目标，而跑到其他正常基因的部位，产生基因调控或复制作用，从而导致新的疾病。

2002年8月，法国一个医疗小组对一名同样患有重症联合免疫缺陷综合征的男孩进行试验性基因治疗。这名男孩从出生起体内就缺乏抗感染所必需的白细胞，患儿两个月时，法国医生对他进行基因治疗。研究人员使用经过基因修饰的病毒，将患儿所缺乏的基因导入其体内，但不幸的是，后来患儿却患上了白血病。

对这个医疗事故进行调查发现，男孩患上白血病的原因是基因导入错误。携带治疗性基因的病毒在一个不适当的位点导入，新导入的基因破坏了细胞内原有的调控基因，使细胞开始不受控制地分裂，从而使患儿得了白血病。

2007年7月2日，美国伊利诺伊州36岁的乔妮·莫尔因患风湿性关节炎而接受基因治疗，所使用的药物是西雅图的目标遗传公司（TGC）研发的tgAAC94。这种基因药物实际上就是用遗传工程改造的腺相关病毒（AAV）作为载体，携带一种额外基因。把它注射进关节后，源源不断地产生一种能阻止关节炎性分子的蛋白质，来治疗关节炎。然而，使用tgAAC94后乔妮因全身广泛性出血和肝脏衰竭而死亡。

事故发生后，美国食品与药物管理局（FDA）下令暂停这类治疗风湿性关节炎的基因疗法，并调查其他28项使用腺相关病毒（AAV）的基因疗法试验。然而，美国国立卫生研究院（NIH）和FDA任命的一个独立的调查委员会得出结论，莫尔之死不是因为基因疗法，而是因为在其全身迅速蔓延的真菌感染，而这种感染是由莫尔服用免疫抑制药物所引起的。

但是，也有专业人员怀疑，这次事故究竟是基因疗法，还是免疫抑制剂引起的，还需要进一步调查。直到今天，莫尔的死因也并不明确，这也为用基因疗法治疗关节炎蒙上一层厚厚的阴影。

由于传统基因疗法的安全性得不到保证，因而迄今也未能作为常规疗法进入临床。

第二代基因疗法：待验证的“基因剪刀”

既然用病毒携带基因不保险，那么，为何不设计一种“基因剪刀”把异常基因剪除，而代之以正常基因呢？

科学家的确发明出了能剪接基因的剪刀，当然，这种剪刀并非像生活中真正的剪刀，而是一种酶分子，其名称叫做“重组锌指蛋白核酸酶”。这种酶可识别特定的基因位点，当两个识别位点相距恰当的距离时（6～8个碱基对），两个单体基因剪刀相互作用产生“酶切功能”，就能定点剪切DNA特定片段，这就是第二代基因疗法的原理。

利用这一疗法，不仅可以治疗罕见的遗传病，而且可以治疗对人们危害最大的疾病，如癌症和艾滋病。

从表面上看，采用基因剪刀进行治疗，比传统的基因疗法更好，因为重组锌指蛋白核酸酶比第一代基因疗法有更大的特异性，即直接对准目标（靶）基因。但是，利用基因剪刀进行基因疗法的安全性同样令人担心，因为基因剪刀也有不确定性。

美国加利福尼亚大学分子生物学家戴维斯·西格尔认为，目前需要确定的是，基因剪刀是否准确地到达了人们所希望的治疗部位。基因剪刀既然有剪接和替换功能，因此没有人希望基因剪刀在人体的细胞中胡乱地剪接，从而导致其他病变，例如癌症和基因突变。

为了验证基因剪刀的准确性，德国癌症研究中心肿瘤医生克里斯托夫·卡勒对重组锌指蛋白核酸酶的治疗效果进行了试验。他们认为，这种基因剪刀的错误是很难发现的，因为在治疗中这种基因剪刀潜伏在与疾病密切相关的成千上万个细胞中，所以基因剪刀也可能对很多正常细胞进行基因剪切，这就可能造成隐患。

然而，用拉网式的方法查找所有细胞是否受到剪切是不太可能的。过去，研究人员要想检查基因剪刀是否有错误，就分析基因组中何处出现酶的粘贴（在粘贴处就有可能是基因剪刀在起作用）。卡勒和其同事则采取了不同的方法，把接受治疗的细胞暴露于一种病毒，后者能把它自己嵌合到宿主基因组的断裂处。然后，他们查找细胞中的病毒基因，以发现基因剪刀在何处产生剪切作用。在被检测的基因剪刀中，他们发现基因剪接有两种“脱靶效应”，也就是没有对异常的疾病基因进行剪切，反而剪切了正常基因。

美国犹他大学的生物化学家多娜·卡洛尔认为，这一发现具有重要意义。因为这表明细胞中DNA实际被剪接的位点出现了并非人们想要的结果。

美国哈佛大学生物化学家大卫·刘采用了另一种方法来检查基因疗法中非目标DNA是否被剪切。他的研究团队首先筛查病毒DNA库，以寻找那些可以被基因剪刀剪切的DNA片段。然后，他们在人类基因组中查找与病毒相似的DNA片段，再把人的细胞放到培养基中培养，以检测人的细胞中的这些DNA序列是否可以被基因剪刀剪切。

研究人员发现，基因剪刀的剪切范围比预期的更广泛。而且，研究人员测试的一种酶基因剪刀与HIV临床治疗试验中所使用的酶基因剪刀相似。这一偶然的发现，说明基因剪刀剪开了与癌症相关的一种基因旁边的DNA。这意味着基因剪刀可能诱发病人患癌。

而研制这种酶的桑加莫公司认为，他们的基因剪刀是有安全保障的。公司首席科学官菲利普·格雷戈里指出，自大卫·刘和克里斯托夫·卡勒使用基因剪刀并验证它们的效果以来，该公司已经进一步改进了他们的产品。在用于临床试验之前，桑加莫公司对这种基因剪刀进行了无数次的安全检测，包括把基因剪刀移植进150多种动物的10亿多个遗传改造的细胞中，以观察其是否有害或是否有副作用，结果并没有发现基因剪刀在滥杀无辜。

但是，格雷戈里也承认，目前，他们的基因剪刀还需要进行活体试验，因为FDA不可能放弃这种基因剪刀对于活体动物安全性试验的要求，所以能否广泛使用这种技术还有待更多的研究结果才能确认。如果进一步的研究能够解决安全性问题，第二代基因疗法就只针对特定的靶基因，而不破坏正常细胞的基因，这种疗法将成为未来理想的治疗手段。