· 基因与疾病 ·

　　创造与落差

　　当初是先有了RNA，后来才出现DNA以及导致癌症之类疾病的瑕疵……不过如今又有了基因疗法的希望。

　　无知便是福

　　一种搜索致病基因的新方法使研究人员抓住了肿瘤转移（有可能致命的肿瘤细胞在体内扩散）的遗传把柄。麻省理工学院的埃里克 · 兰德（Eric Lander）在此次研讨会上说，他们小组的研究人员已发现一种似乎会使黑素瘤（皮肤癌）侵袭其他组织的基因。

　　兰德将其首创方法称为“无前提”基因搜索，因为事先并不需要知道基因对该病变起何作用。其实，研究人员可以利用强有力的分子生物学工具来查认此病患者与那些无此病变的人（甚至单个细胞）之间的差异。“我只是这类`傻瓜'技术的狂热爱好者，”兰德说，“人都有许多方面的无知，但都希望能发挥自己的特长。”

　　为了找到与肿瘤转移有关的基因，兰德和他在麻省理工学院的同事埃德温 · 克拉克（Edwin Clark）对两类培养细胞中的基因转录产物进行了比较，其中有一份是小鼠的黑素瘤细胞，有三份是从黑素瘤中不同程度地转移出来的细胞。重新注回小鼠体内的黑素瘤细胞只具有微弱的转移性，但是已经转移出来的细胞则能迅速引发遍及小鼠全身的肿瘤。

　　克拉克发现，有3种基因的转录产物水平在转移细胞中比在早期癌细胞中要高得多，表明这些基因转录产物在癌扩散时被激活了。兰德说，这同时说明，其相应基因在人体癌转移中也被激活了。

　　为了确定这些有活性的基因是否能引起肿瘤转移，克拉克设计了能表示每个活性基因作用的微弱转移性小鼠细胞活动路线，然后将这些细胞重新注入小鼠体内。结果发现，一种叫做rhoC的基因能独自使这些细胞都发生侵袭性转移。

　　rhoC蛋白质已经被牵连于癌细胞中，因为它帮助传送另一种叫做Ras的癌细胞蛋白的信号，这种蛋白位于细胞膜上。其他研究人员已发现，更富侵略性的癌细胞通常含有较高水平的rhoC。但是兰德的实验首次证实，rhoC能单独激发癌细胞转移，这种情况提示，它可能成为药物的潜在目标。他确信这种“无前提”方法也将揭露出许许多多涉及到其他疾病的基因。

　　——Jonathan Knight

　　派基因上场

　　1999年，有一位名叫耶西 · 吉尔辛格的肝病患者在施行基因疗法时死亡。随后，又在基因治疗过程的临床跟踪中暴露了数百种以前未见报道过的并发症。基因疗法似乎注定行不通。

　　但是，这种挫折只是暂时的，加州拉乔拉市索尔克生物科学研究所的英德 · 维玛（Inder Verma）说，问题并不是源于该技术本身有什么重要缺陷，而在于运用它的方式。他说，“在基础科学方面，我们已经是做得够好的了。”维玛认为，基因疗法最终可以用来治疗包括癌症、血友病和糖尿病在内的各种疾病。但该疗法成功的关键，是要找到一种能把基因送入患者体内的安全而又可靠的方法，用科学行话来说，就是要有一种好的运载工具。

　　对运载工具来说，最大的障碍之一是人体免疫系统。当维玛小组设计出一种冷敏病毒用来递送一种负责编码因子IX（一种血友病患者所缺乏的蛋白质）的基因时，他们试验的鼠和犬的免疫细胞对该病毒和外来蛋白质都会进行攻击。吉尔辛格的死看来还与一种严重的免疫反应有关。维玛说：“我认为，我们面临的最大问题是要明白，`免疫学的挑战是什么？'”理想的基因疗法运载工具必须符合三个条件：一是必须很少甚至不会激起免疫反应；二是对分裂细胞和非分裂细胞都能感染；三是要容易在实验室里大量生产。维玛在1996年首次提出的一种可能性答案震惊了他的许多同事。他提出，有一种经过修改的弱化式艾滋病病毒（HIV）能完全符合这3个标准。他回忆说：“当时大家都感到吃惊，`噢，我的上帝，艾滋病病毒，你是不是在胡说？'”

　　维玛已经证实，修改过的HIV能将一种治疗基因递送给造血干细胞，这种干细胞能产生血细胞和免疫细胞。有些运载工具只能将基因递送给分裂细胞，所以这些干细胞因其极少有分裂活动而难以感染。但是维玛的HIV运载工具毫无困难地将绿色荧光蛋白基因传递给了所培养的人体造血干细胞。整整24周，每分钟都有5～15个造血干细胞在不停地生产这种外来蛋白。

　　另一种有希望将基因送入细胞的新工具是腺相关病毒（AAV）。目前没人知道该病毒会引起什么样的人体疾病，但通过它传送到培养细胞中的基因可长期得到表达。研究人员用一种运输因子IX基因的AAV为3名患B型血友病的志愿者做了试验，迄今为止，尚未有人出现不良后果，相反，有两人还因此而减少了因子IX的注射。AAV显现的唯一缺点是难于大量生产。

　　如果科学家们不能使大家对基因治疗技术恢复信心，谈这种缺点就毫无意义。据维玛看来，问题在于动物研究的成功已完全被人体试验的失败所笼罩。他说：“我们过快地进入了临床试验，其实这项令人兴奋的研究尚未得到证实。”不过他认为，如果有更为谨慎的方式，基因疗法会证明是绝对必要的。

　　——Nell Boyce

　　生命起源工程

　　当生命从“原始汤”中浮现出来时，它是什么样的呢？一种查明办法就是设法在实验室中重现“生命起源”，这就是哈佛大学遗传学家杰克 · 索斯达克（Jack Szostak）及其同事目前想做的事。

　　他们正在尝试生产有希望成为地球上最早一批自复制分子的候选者，并最终希望重现第一批细胞。如今细胞分裂的方式太复杂了，以致不能直接从早期地球的化学“杂烩”中形成。在这种方式下，DNA保存着遗传蓝图，RNA把这种信息带到蛋白质制造厂，这些蛋白质便成了细胞广为应用的设备。

　　这些分子之一的RNA目前所能做的工作总共只有3项，但有些科学家猜想它也许是生命演化的关键。RNA能存储遗传信息并被复制生成新的RNA。

　　还有，被称之为“核糖酶”的、能中断各种化学键并催化反应的特殊RNA在近10年来陆续被发现，表明RNA曾经一直是能够自我复制的。看来，RNA也能从事DNA和蛋白质所承担的工作。

　　但是RNA能够履行简单细胞生活所需的所有反应吗？与蛋白质相比，RNA作为一种催化分子，具有很大的局限性。再说，RNA的组成材料只有4种，不像蛋白质有20种，因此，任何特定长度的、由不同数目材料组成的RNA分子都比蛋白质小得多。还有，RNA组成材料本身也比那些蛋白质组成材料少有变化。索斯达克说：“要真正了解RNA能做什么的唯一办法就是亲自去制造那些分子。”

　　所以，索斯达克小组综合出巨大的随机RNA序列库（约有1015个不同的化合物），并在做特殊工作方面吸取那些佼佼者。他们使这些化合物发生轻微的变异，并再次对其进行了甄别。利用这种达尔文式选择，他们使各种能结合于特定目标并催化不同反应的RNA得以进化。这些反应中，有些包括了构建蛋白质和复制RNA所需要的化学类型。

　　在进化过程的某一时刻，蛋白质参与了进来。索斯达克已开始在试管中进行蛋白质进化的试验。这包括让任意汇合的数千种RNA翻译蛋白质，然后从该混合物中挑选出“最好的”蛋白质，比方说，能驱使化学反应最快完成的蛋白质。由于蛋白质不能保存产生它们的遗传信息，索斯达克和他的同事理查德 · 罗伯茨（Richard Roberts）设计出在翻译后能在它们所编码的蛋白质上做标记的RNA分子。那样，在选出最有效的蛋白质之后，其遗传密码可从其RNA标记中直接读取，那么，下一轮突变和选择又可以开始了。

　　索斯达克小组和其他研究人员目前正在考虑下一步在实验室模拟原始生命：人造细胞。尽管这些工作还要数年才能完成，但索斯达克说，模拟试验的基本成份将包括一个RNA基因组以及能够制造组成细胞膜材料和能够生产组成RNA的核糖核酸碱基的核糖酶。“它们虽不能确切地告诉我们实际上发生了什么，但至少能告诉我们可能会发生什么。”

　　——Matt Walker

　　（续完）

　　[New Scientist Conference Report，2000年4月15日]