合成的DNA与RNA的短嵌合分子能诱使细胞改变其基因组里的单个碱基，为基因疗法开辟一条潜 在的新途径——
在计算机上订正错误拼法，只需快速键击一两下。现在，研究人员正试图利用细胞自身的拼法核对程序一它的DNA修复机制来处理远为困难的问题：订正导致诸如镰状细胞贫血及囊性纤维变性等遗传疾病的缺陷基因上的错误。
1999年6月在华盛顿举行的美国基因疗法学会的年会上，研究人员已经证实，他们培养的细胞在实验动物身，上，能矫正DNA单个错误拼法导致的缺陷。该技术已被戏称为嵌合分子矫形术( Chimeraplasty)，因为它依赖于叫作嵌合分子的DNA与RNA的杂交分子。在这些分子中，DNA含有目标基因节段中错拼碱基之订正，与其杂交的RNA则与目标基因节段上其余部分完全互补配对。嵌合分子与缺陷基因配对接合，能诱发细胞的DNA修复机制，使基因中错误的核苷酸分子被正确的核苷酸分子所替代。
如果嵌合分子矫形术对病人确有效果(为证实这点尚有许多工作要做)，它对当前基因疗法的策略，将能提供一些重大改进。缺陷基因原位不动，却给细胞增添了一枚全新的正常基因复本。
形成明显对比，嵌合分子矫形术能使用非病毒的载体，诸如叫作脂质体的微膜囊，使嵌合分子滑进细胞。该分子以内生基因为靶的，“它的全部作为，就是订正基因上的错误拼法，”宾夕法尼亚Kimeragen 生物技术公司制药部首席科学家迈克尔 · 布莱斯(Michael Blaese)说，它在48小时内降解完，“基因的左邻右舍、调控区域在染色体上的位点，全都保持绝对正常。
即使结果证明，嵌合分子矫形术的临床效果像传统基因疗法那样难于确定，该技术在遗传学研究上仍很有用。对DNA/RNA杂交分子中的DNA序列作适当变化，该技术不仅能用来矫正特定的突变，并能导致特定的突变。它可能帮助开发人类疾病的动物模型；产生“敲去”某种基因的小鼠，帮助研究人员探明新发现基因的正常功能。该技术还能应用于植物，研究人员已开始将它应用于农作物的开发。
该技术系费城托马斯 · 杰文逊大学分子生物学家艾里克-克米克(Eric Kmiec) 6年前所创建。克米克研究同源重组(序列互补的DNA双股螺旋体配对后，配对节段间互换的自然过程)。在哺乳动物细胞，除生殖细胞进行减数分裂时外，其重组率是很低的。但是在进行常规检验中，克米克发现基因转录编码蛋白质的mRNA时，其重组率提高了。克米克的脑海里闪过一个念头：合成的RNA分子有可能被用来订正基因上的错误拼法。将它们注入基因有缺陷的生物体，有可能诱使细胞将DNA上的突变点发生重组而恢复正常。
嵌合分子的功能
以后的结果证明，嵌合分子的功效并不完全如克米克所想。但是，起初的试验却证明其有效。克米克选择一个叫做ras的基因为其第一个靶的，将该基因上一个特定的胸腺嘧啶碱基换成一个鸟嘌呤碱基，便能使该基因转变成致癌基因。为此，克米克设计的杂交分子包括一条5个碱基的DNA节段与二条10个碱基的RNA节段，以提高该分子的稳定性。除要将胸腺嘧啶换成鸟嘌呤的位点外，该DNA/RNA杂交分子的序列与要突变的ras基因节段者互补配对。
于是，克米克将这些嵌合分子导入培养的正常细胞。接着他发现，有些细胞开始呈现癌变的特征——显然由于嵌合分子已与细胞里正常ras 基因配对结合，引起致癌的突变。
不久后，克米克实验室的化学家兼分子生物学家孔健 · 杨( Kyonggeum Yoon)证实，DNARNA嵌合分子不仅能导致突变，还能矫正突变。她曾矫正了已经导入腮鼠(hamster)的人体肝内碱性磷酸酶基因上的单个碱基突变。其结果表明，30%的细胞中的突变得到矫正。形成明显对比，传统基因疗法只在不到2%的培养细胞中奏效。“要不是我亲自试验，我不会相信，”她花了几个月的时间核对证实了其结果。
腮鼠细胞试验后不到一年，杨以及克米克实验室其他成员都证实，他们能矫正一个众所周知的致病突变，即导致镰状细胞贫血的乙种球蛋白基因上的单个碱基突变。研究人员估计，被治细胞的突变基因中，最终有5~11%恢复正常。
正如基因疗法的先驱、犹他大学的玛里奥 · 卡派切(Mario Capecchi)及其同事科克 · 托马斯(Kik Thomas)在给《Science》 编辑部的一封来信中指出，其基因订正率较之根据假设的同源重组机理所预料者高出3~6个数量级。欧洲与美国的一个协作研究组给《Science》编辑部的一封来信提出，被正常细胞所污染可能扭曲了结果，使“治愈率”显得高于实际结果。
嗣后，杨以一系列试验消除了这些疑点。她将一种DNARNA嵌合分子导入白化小鼠细胞。该种细胞由于黑色素基因上有单个碱基之突变而不能合成黑色素。由于这些细胞是无色的，基因缺陷被嵌合分子矫正了的细胞很容易被认出。
克米克实验室的霍华德 · 甘波( Howard Camper)现正进一步探究嵌合分子矫正基因缺陷的机理并得出结论：这毕竟不是同源重组。他和克米克提出，嵌合分子矫形术是通过订正配对错误机制而起作用。该纠错机制检出含有一个错配碱基从而不能与互补链确当配对的新合成的DNA链。矫正错配的酶剪下违规的碱基，补上遵规的碱基。甘波与克米克都坚信，嵌合分子矫形术藉故意制造错配，促使订正配对错误机制改变原DNA链上的一个碱基。支持这一假说，克米克研究组发现，在矫正错配的基因突变了的细胞实施嵌合分子矫形术，其效率不及正常细胞。
走向临床试验
研究人员发现该技术在实验动物有效。例如，1998年明尼苏达大学肝学专家克里福特 · 斯蒂尔(Clifford Steer)及其同事证实，他们能用包装于脂质体的嵌合分子引起动物正常凝血因子基因的突变，培育出类血友病的大鼠。该研究组还进行了初步的反向试验。他们曾用DNA/RNA嵌合分子治疗肝细胞凝血因子基因有突变的类血友病病犬。
在基因治疗会议上，亚利桑那大学遗传学家兼分子生物学家莉雯 · 赖(Li- Wen Lai)报道，她和她的丈夫、肾学专家已应用DNA/RNA嵌合分子治疗小鼠的一种代谢疾病。基因突变使一种叫作碳酸酐酶的肾酶失活，导致血液酸度严重升高。赖及其同事设计了矫正突变的DNA/RNA嵌合分子，包装于脂质体，注入病小鼠输尿管，使其1%-15%的肾细胞的突变基因恢复正常。赖说，她与她丈夫现正观察这些病小鼠的血液酸度是否下降，能否持久。
嵌合分子矫形术有效的证据虽已存在，但在不同细胞类型，甚至不同次试验，成功率有较大差异。例如，杨重复其黑色素细胞试验30次，发现每次试验的细胞转黑率可以0. 01%直至15%。这么大的差异，使卡派切相信，“轻言临床试验，为时尚早，”虽然他现时仍说，嵌合分子矫形术“当然有潜能！”
研究人员还为其安全性所困扰，虽然标准基因疗法也有安全性问题。嵌合分子可能“固定”到基因组里其它未违规的部分，导致癌性突变。
即使如此，嵌合分子矫形术的第一次临床试验已迫在眉睫。在美国基因治疗学会的年会上，斯蒂尔研究组报道了他们近期对一种大鼠(Gunn rat)研究的结果。该种大鼠肝细胞里胆红素解毒酶基因上有单个碱基的缺损，是一种叫做Grigler - Najjar 病的人类罕见遗传病的极好动物模型。该病患者的胆红素不能代谢，以致积聚到中毒水平。患者必须每天接受12 ~ 16小时的蓝光照射，以促进胆红素的分解。迄今肝移植是唯一的疗法。
斯蒂尔及其同事现已发现一种合适的嵌合分子，能使该种大鼠相当比例的肝细胞基因缺损恢复正常。斯蒂尔说，根据基因组DNA、mRNA、蛋白质序列的检测结果，肝细胞恢复正常者达40%。更令人鼓舞的是，治疗后的大鼠胆汁里含有表明正常酶活性的肝代谢产物。
斯蒂尔将该疗法的成就归功于他使嵌合分子进入大鼠肝细胞的系统。嵌合分子被包装于脂质体。该脂质体的表面覆盖着特异的以肝细胞上的受体为靶的的分子。“会议上已有人站起来表示不相信我的数据，”司蒂尔回忆道，“但是， 更多的实验室正走向成功，人们正开始接受我的结果。”
诚然，布莱斯正与斯蒂尔密切合作，以3例Grigler - Najjar综合症患者为对象，进行该技术的试验。两个研究组现正进行安全性试验，以争取美国食品与药品管理局批准该技术应用于人体。如果这些研究证实，嵌合分子不以其它DNA序列为靶的，对人体安全，那么，研究人员就能把目光转向肝脏上一长串的人类遗传疾病。“我就不须回到探寻药物的工作，”布莱斯说，“只要掌握人类基因组技术，解读基因，订正基因的错误拼法就行！”
[Science，1999年7月16日]