随着分子医学的成功和最近公布的关于人体基因转移的工作的资料,医务界现在关心的是基因治疗专家们是否能提供有关的商品呢?
虽然一种对科学家来说是很有用的专业治疗方法,可能对有关的病人却没有什么实用价值,可是最近分子医学的成功至少以某种方法使那些对这一领域颇为相信的人们平静下来了。在人体基因染色体失缺的分子杂交方法首次出现的一年内,已多次被用来鉴别胎儿的遗传疾病了。自那以来许多单基因疾病的分子病理学的特征已经被弄清楚了,而遗传学能鉴别诸如肌肉营养障碍,胆囊纤维化等疾病中的基因产物,某些似乎是普通的癌症病因的多种变异亦被确认,重组RNA的技术已经产生了好几种被证明有临床价值或有潜在价值的药物。
至今,有许多事件是直接与通过“基因治疗”来纠正基因疾病有关系的。一份完全与这一主题有关的杂志Human Gene Therapy也已经出版发行了,这一领域的进展不仅仅引起了新闻媒介的注意,而且吸引了其他许多人,因此对于医务界开始估计基因治疗专家何时能向人们提供治疗用的商品是不必奇怪的。最近一项由国立健康研究院(NIH)领导的一个人体基因治疗小组承担的人体基因转移试验的记录资料的公布,以及关于这项试验通过验收的新闻发布表明这项技术至少已经获得了实质性的进展。
为什么用这种方法来治疗基因疾病需要这样长的时间呢?这一技术尚未获得长足的进步,还有临床医师迟迟未就这个新的领域对病人的潜在影响发表评价,其原因是简单的吗?
伦理观
基因治疗主要有两种方法。其一是可以把基因置于任何体细胞内,这是与植入一个细菌的细胞不同的,这并不会引起很大的伦理道德问题,因为这和器官移植具有同样的本质。基因类型的变化是被限制在接受者特殊的细胞群里的。第二种方法是对于细菌的治疗,包括把基因植入受精卵中。在这种情况下,基因将同时分布在体细胞和细菌细胞中,并被传递且进一步繁殖,结果使我们面临一个全新的伦理范畴。
病人接受基因治疗之前,必须把适当的基因加以分离,并规定这些基因的区域。然后有必要区别和收集适当的靶细胞,研制出安全有效的传病媒介,借助于这一媒介可以引进外来基因。当然,作为赋予适当的基因功能的接受体细胞群具有合理的很长的平均寿命,且外来基因不会产生有害作用的动物实验必须有明白无误的证据。
体基因治疗必须遵循以下两条路线。第一种叫做替换治疗法。这是用于治疗由于一种酶或其他蛋白质的缺陷性产物而引起的隐匿性疾病。用这一方法,一个或更多个正常基因的复制可以被置于一个细胞中以产生足量的失缺基因产物而治疗疾病,或者至少可以将它们转变成一个杂合的表现型。另一种很有吸引力的办法叫做矫正治疗法,这一方法适用于与非正常蛋白质的产生有关的显性疾病的治疗的。它运用基因交换的方法使一个正常的基因与有缺陷的基因发生联系,从而引起两个基因之间的重组以达到纠正不良基因的目的。虽然这个方法的定位重组的研究已经取得相当大的进步,但终因效率太低而距临床运用还有很大一段距离。近来运用物理方法直接引入基因的试验亦已经在进行,但效果仍不理想9最有希望的是采用逆转录病毒(Htroviral)传病媒介的办法。
作为基因转换载体的逆转录病毒要求有一个重组的传染病毒源,这能够把结合后转移基因表达出来,现在已经证明几乎80%的由逆转录基因组成的病毒蛋白质都可以被抹去,或者被含有编了暗码的DNA系统所代替。除非结构性的病毒蛋白质是从别处补充来的,那么含有这样一个重组的逆转录病毒的细胞是不会产生传染性的微粒的。这个问题已经在着手解决了。首先重组的病毒和原始的逆转录病毒一同被引进细胞株中。这些细胞产生既有复制了缺陷又足够多的病毒,它们具有宿存的逆转录病毒血的潜在的缺点。其次,具有复制缺陷的病毒可以被引进一个细胞株,细胞已经含有一个缺乏封装系列的逆转录病毒基因组。当然这种重组的逆转录病毒可以用辅助病毒结构蛋白来加以封闭。
困难所在
起初,基因保护线的研制遇到困难是因为重组病毒和辅助病毒之间的重新组合。现在这些问题已经随着含有两个处于不同的删除区域的辅助病毒的研究而解决了。这样至少要求有两个重组事件的产生,从而获得活性强的辅助病毒污染物。用这种方法,标志基因就被转染成造血胚胎细胞,血液就是由这种细胞产生的。这一结果表明自我更新和潜能不定的胚胎细胞是会被感染的。
老鼠、灵长目动物和人的骨髓细胞是可以伴随着诸如次黄嘌呤磷酸糖基转移酶(HPRT)、嘌呤核苷磷酸解酶(PNP)、腺嘌呤核苷脱氨基酶(ADA)、β球蛋白以及好几种造血生长因子而被转染的。这类实验的结果是令人鼓舞的。但是,根据在NIH3T3小组所得到的鼠成纤维细胞线中表达出来的逆转录病毒产物克隆的选择性与在原始造血细胞中所产生的是没有关系的。在运用了包括SV40、胸腺嘧啶核苷激酶和麦硫因等的转染基因的促进剂之后,已经发现虽然在成纤维细胞或造血胚胎细胞线中可以获得极好的表达,但是在原始的鼠造血细胞中只有相当低水平的表现。
在寻找引人造血胚胎细胞的基因的长期的表达方式时遇到了许多问题。在少数细胞群中,表现通常是短暂的,低水平的。一种病态而又逐渐变化的现象被观察到这一事实表明只有少数的胚胎细胞被转染了。且至少在鼠身上,造血反映了不同的胚胎细胞克隆依次序的激活,只是不知这是否与人体胚胎细胞有关,潜能不定的胚胎细胞只是由很小一部分骨髓细胞构成的,而且要获得逆转录病毒转染的成功,这些细胞必须处于循环之中,好像大多数造血胚胎细胞在任何一特定时刻是和循环毫不相干的,这表明转染基因的短期表达只简单地反映出大部分被转染的细胞是较为成熟的,只有很有限的平均寿命,在传染期间,从诸如IL1、IL3和IL6等新增的造血生成基因中获得某些改进,许多选择转染细胞的方法业已被发现。但是,尽管这些进步,对于为什么有些转染胚胎细胞可以表达出“外来基因”,而其他的则不能的问题仍没有彻底搞清楚。
由于上述这些困难,基因治疗的初步尝试似乎都是局限在ADA之类的“看家的”基因,这类基因在大部分细胞中以很低的水平被表达出来,且不需要很紧凑的调整机制。不过近来对大多数作用于高水平的球蛋白基因的组织特异表达的细胞的发现,再次增加了医治地中海贫血的可能性。
这些进展和造血胚胎细胞的纯化以及造血生成基因的分离技术的最新进步表明许多问题可以在今后的几年内得到解决。另一项最新的成就就是逆转录病毒基因转换成诸如角化细胞、肝细胞、内皮细胞和成纤维细胞等其他类型的细胞,它们都是很有吸引力的,因为它们易于被使用于自体皮肤移植。
进 展
虽然至今为止,体细胞基因治疗仅限于那些由于造血胚胎细胞的子代中的基因功能不全而引起的疾病,然而在这方面的研究确是取得了实质性的进展。这类疾病中有许多已通过骨髓移植而得以矫正的事例表明这一方法是切实可行的,虽然接受移植的病人免疫机能会受到严重的抑制。对于受体事先没有暴露的转染基因产物是否会引起免疫反应几乎没有什么了解。从长期接受用凝血因子Ⅷ和Ⅸ进行替换治疗的血友病患者得到的数据证明效果是很好的。因而,外来基因接受者可能不得不接受延长的免疫抑制治疗。
如何为这一全新的治疗方法选择病人呢?对于任何新颖而可能有害的治疗形式,都得与其他可选择的医疗方法加以比较,对那些在造血胚胎细胞后代中表现出来的疾病,也还有一些其他治疗形式,但骨髓移植仍不失为治疗这种遗传性免疫缺乏疾病的极为成功的例子。虽然对于接受来自人类白细胞抗原不相匹配的同种骨髓移植的病人来说,仍会遗留一些严重的问题而需要很强的免疫抑制。也许这也就是NIH正在进行的基因移植实验,的主要争论之处。对于β地中海贫血可以运用血液替换的方法,辅之以谨慎使用排除铁的药剂进行治疗。只要有合适的供体,80%的骨髓移植可望获得良好效果。基因治疗谈不上是治疗遗传性疾病的方法的革命,其效果更取决于方法本身的效率、价值以及患者不舒适感的程度。骨髓移植的代价是昂贵的,其技术也是复杂的。
至今DNA重组技术在临床上的运用主要是对遗传病携带者的检查和遗传疾病的产前诊断。对于地中海贫血这类遗传性疾病,将适当的公共教育和治疗手段相互配合,患严重遗传疾病的纯合子体的出生率显著地降低了。同样的方法也被采用于其他严重的遗传性疾病的治疗。不过患有基因疾病的儿童仍然是会出生的,因而直接着眼于基因治疗技术的研究工作应继续开展下去。问题的重要性在于如何使这一领域处于重要的地位,因为随着产前诊断程序和伴随骨髓移植的支持性疗法的成功,用于治疗表现在造血胚胎细胞的后代中的遗传性疾病的体基因治疗方法的效果,可能变得十分微小了。当然对于这种疾病的治疗方法的可行性是几乎没什么怀疑的。目前,在尝试标志肿瘤浸润的淋巴细胞时已经在这样做了。
如果基因替换的早期试验是成功的,并对患者身心没什么害处的话,那么这一领域未来一段较长的时期内发展方向是什么呢?这一方法对于治疗使患者十分痛苦的多系统的单基因疾患时的作用机理还远没有搞清楚,在研究的最初阶段治疗很好地控制了遗传疾患。在用这一方法处理病人之前,我们无疑需要更多的有关这类疾病的病理生理学资料。正如最近有文章指出的那样,基因转移不仅可运用于单基因疾病的治疗,而且在人类其他疾病的治疗上具有广阔的前景。这包括将用于抗凝血剂的基因加进血管移植的内皮细胞;LDL受体基因植入肝细胞,以降低患高胆固醇血症的病人的血胆固醇水平;运用集中进入TIL细胞的基因抗癌胞质分裂,以及其他复杂的药物供应系统的研制,其他许多有独创性的思想和见解也不断地涌现发表,其中包括根据遗传工程制造的呼吸道病毒被用于治疗粘稠物阻塞症的喷雾剂。
虽然许多见解都是很有鼓动力的,它们推动了基因治疗这个复杂的领域。但我们首先要考虑的是能否很安全地治疗简单的单基因遗传性疾病。至今在动物研究上还没取得明确结论,鉴于此必须对在人体上直接进行基因转移试验予以关注。治疗由于造血胚胎细胞后代的反复基因作用而引起的许多这类疾病也可以有其他的治疗选择自由。对这一领域产生灾难性影响的是重要的而又未能预见到的复杂情况的出现。因此从事基因治疗研究的小组应集中力量对动物模型的试验的效果和安全可靠性提供确切的证据,这是十分重要的,也是很必要的。
[nature,1991年1月24日]