基因治疗的含义_特点及影响

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1、基因治疗的含义、 特点及影响3张新庆 (中国协和医科大学生命伦理学研究中心)3 北京市科委重大软课题:“生物技术与应用中的伦理、 法律法规和政策研究” 的一部分(项目号:H010210320119)关键词 基因治疗 特点 影响本文简要梳理了 “基因治疗” 的概念史,在分析了美国联邦食品与药品管理局给出的定义后,作者认为广义的 “基因治疗” 的实质是一种以 “预防” 和 “治疗” 为目的的人类基因转移技术.笔者认为目前的基因治疗处于从导入期向成长期转换时期.技术的生命周期决定了它目前所能展现的特点和医学的和伦理的影响.1989年,美国的联邦食品与药品管理局(FDA)首次同意了将载体导入作为基因标

2、志的人类基因治疗(genetherapy)临床试验. 1990年初,分子遗传学家M.Blaese和W. F. Anderson提出一个治疗严重联合免疫缺陷症的体细胞基因治疗方案.在随后的4月到8月间,国立卫生研究院(NIH)的重组DNA咨询委员会(RAC)审查了该方案.最终,NIH和FDA于当年9月份正式批准该方案进入临床试验.这也是人类首例以干预人体体细胞的遗传物质而达到治疗目的的临床治疗方案.正因为这一历史事件,1990年也被赋予了特殊的含义 “基因治疗” 时代的开端.一、辨析FDA的 “基因治疗” 含义20世纪70年代,基因操作及DNA重组技术的成熟,诞生了基因工程(genetic en

3、gineering) .“基因工程” 是将基因装配到特定的载体中,在体外扩增并表达其蛋白质产物的一项高技术.基因工程在微生物、 动植物领域已广为应用.因此,从原理上说,基因工程蕴涵了干预人类基因的可能.到20世纪80年代,有关 “基因治疗” 的概念框架就处于酝酿之中了. Walters根据干预对象的不同将人类基因干预(genetic intervention)分为体细胞基因干预和生殖细胞基因干预;根据目的的不同,它又可以分为起治疗或预防疾病为目的的基因治疗和以增强人的性状和能力为目的的基因增强(gene enhancement) .由此可见,人类基因干预有4种方式:体细胞基因治疗、 生殖细胞基

4、因治疗、 体细胞基因增强和生殖细胞基因增强.1这种划分基本反映了人类基因干预的性质,是一种非常有用的分析工具.在此,Walters所说的 “基因干预” 是同 “基因转移” 、“基因修饰” 和 “基因操纵” 近似使用的术语,它是伴随着基因工程的开展而提出的.作为基因工程的延伸和高级阶段,基因治疗也是将 “目的基因”(治疗基因)在载体的帮助下,导入到靶细胞,并表达蛋白质.不同的是,基因工程的操作全部在体外完成,而基因治疗则必须将基因直接导入人体细胞.这样一来,虽说风险更高、难度更大,但基因表达的蛋白产物(包括非分泌性蛋白)无须分离纯化就可进入人体细胞.那么,什么是 “基因治疗” 呢? 1993年F

5、DA给出的定义是:“基于修饰活细胞遗传物质而进行的医学干预.细胞可以体外修饰,随后再注入患者体内;或将基因治疗产品直接注入患者体内,使细胞内发生遗传学改变.这种遗传学操纵的目的可能会起预防、 治疗、 治愈、 诊断或缓解人类疾病”2.显然,FDA的定义涵盖了Walters所指的医学目的的基因治疗:体细胞基因治疗和生殖细胞基因治疗.在FDA界定的基础上,体细胞基因治疗(somaticgene therapy)可以被理解为一种将治疗基因转移到体细胞内使之表达基因产物,以达到治目的的新型临床疗法;而生殖细胞基因治疗(germ2line gene therapy)则是将治疗基因转移到患者的生殖细胞或早期

6、胚胎内的一种基因疗法.前者只影响受试者本人,而与后代无关;而后者将永久地改变后代的遗传组成,其目的是要预防后代患 特定的遗传疾病.以亨廷顿舞蹈症为例,它是由碱基CAG重复序列的拷贝数的异常(40以上)而引起的一种显性遗传病.理想的措施是将外源正常基因导入患者靶细胞的特定基因,用正常的基因替换异常的DNA序列,使其发挥治疗作用.若纠正体细胞内CAG重复序列异常就是体细胞基因治疗,而干预的对象是生殖细胞则是生殖细胞基因治疗.另一个有待探讨的问题是,FDA的定义中是否排除了Walters所指的基因增强呢?一般说来,“基因增强” 是指采用类似于基因治疗的技术原理来改变非病理性的人类性状或能力的一种方法

7、,它和 “基因治疗” 划界一般351自 然 杂 志 25卷3期科技进展的标准是基于 “医学目的” 还是 “非医学目的”. FDA的定义似乎排除了基因增强,因为 “这种遗传学操纵的目的可能会起预防、 治疗、 治愈、 诊断或缓解人类疾病的作用”.这里忽视了一种情况.以艾滋病为例,在临床上增强一个正常人的免疫能力(而不是纠正缺陷的免疫能力)是非病理性的,但增强人体的免疫功能来抵御艾滋病病毒的侵袭却是出于医学上的考虑.因此这种增强是医学目的也是为多数伦理学家所接受的.因此,不可把一切基因增强排除在临床治疗的大门之外.根据目的的不同,我们有必要把它分为 “医学目的基因增强” 和 “非医学目的基因增强”

8、两种3.要区分两种不同含义的基因增强概念.在原则上不应排斥前者,而后者存在严重的伦理问题.而事实上FDA的本意也是要在概念上排除非医学目的的基因增强.由此看来,FDA的定义有含糊之处 它把医学目的的基因增强也排除在医学和伦理可接受的大门之外.这一点在理论上是值得商榷的.在管理上是有一定风险的,因为它可能为立法机构所误用(如增加不必要的限制) .我们认为,Walters所说的基因干预实质上是人类基因转移技术.人类基因转移的对象可以是体细胞或生殖细胞,其目的可以是医学的或非医学的.医学目的的人类基因转移就是指FDA所称的 “预防、 治疗、 治愈、 诊断或缓解人类疾病” 再加上临床研究.按此理解,“

9、基因治疗” 只不过是一种以治疗为目的的人类基因转移技术,而严格讲以预防为目的的人类基因转移方法并不能包括在 “基因治疗” 的定义之中.二、当前基因治疗所处的发展期技术的生命周期依次可以分为导入期、 成长期、 成熟期和停滞期等四个阶段.那么,当前的基因治疗(主要指体细胞基因治疗)处于什么时期呢?首先,我们可以毫不怀疑地排除后两种可能:其一,基因治疗还没有发展到成熟应用的地步;其二,一项被寄予厚望的高技术更不可能在初现端倪时就停滞下来.按理,目前的基因治疗技术可能处于导入期也可能处于成长期.导入期是指基因治疗方案被引入临床后在小范围内进行试验的时期.成长期是指当基因治疗得到受试者和社会各界的普遍认

10、同,并有更多具备条件的临床机构大规模开展临床试验的时期.那么,如何较准确地判断当前基因治疗处于何种发展阶段呢?一个明显的判断是,基因治疗已经进入了导入期.在10年内,基因治疗的领域被大大地拓宽,治疗对象也从罕见的单基因遗传病扩大到常见的多基因遗传病和艾滋病.到1999年9月1日,全球已有387个基因治疗或标记方案进入临床试验,病例数为3 278个4.更重要的是,基因治疗研究的体制化正逐步形成.它具体表现在:一个专门致力于基因治疗研究的科学家群体日益壮大;人类基因治疗(1990年)、基因治疗(1994年)和癌症基因治疗(1994年)等学术刊物的创刊;美国、 欧盟和日本基因治疗学会的成立; UNE

11、SCO的生命伦理委员会、 美国NIH的重组DNA咨询委员会等法规或伦理审查机构的设置;一系列全球性的专题讨论会的定期召开.由此事实能否推导出基因治疗已经历了导入期而到了快速成长期了呢?尽管从1999年到现在有更多的方案进入临床试验,但笔者认为目前基因治疗仍处于由导入期向成长期转化的关节点.以下两个事实可以佐证:其一,科学家于19801989年间技术储备,在20世纪90年代初几乎倾囊而出,其中为数不少的不成熟或没有任何临床疗效的方案也过早地进入了临床试验.在此背景下,1995年NIH开始对处于狂热期(19901994年)的基因治疗临床试验进行了评估,其结果令人震惊,在所有经审批的方案中确证有疗效

12、的仅有几例5.不少批评家甚至尖锐地指责说,体细胞基因治疗的临床疗效还没有在任何方案中得到真正的确认,是 “部分科学家急功近利的心态” 、“公众过高的企盼” 以及 “媒体炒作”才使得基因治疗显得 “格外引人注目”.的确,在医学界和公众对体细胞基因治疗尚未真正认可之前,大规模的临床实践还有待时日.其二,1999年的Gelsinger事件和2002年9月法国一名接受基因治疗的幼儿出现了白血病的细胞改变的消息揭示了不良反应和不良事件的屡屡发生.在巨大的社会压力面前,美国、 法国等国的政府不得不出于安全方面的顾虑而不时地做出暂停基因治疗的决定.鉴于此,我们还不能自信地说,基因治疗已进入快速成长时期.“慢

13、功出细活”.基因治疗要想演化到快速成长期或成熟期,有关基因导入系统、 基因表达的可控性及发现和筛选更多更好的治疗基因等技术瓶颈必须逐步突破.三、导入期和成长期的技术特点在导入期和成长期,基因治疗又有何特点呢?归纳一下有以下四个特点:(1)高度的靶向性.基因治疗的技术路线是要将治疗基因(如:细胞因子、 抗原、 自杀基因、 标记基因和肿瘤抑制物等)在载体系统的帮助下定向地导入到靶细胞(如:骨髓细胞、 血细胞、 中枢神经细胞等) .因此,治疗只需集中到靶细胞上,而不需全部有关体细胞都充分表451Ziran Zazhi Vol.25 No.3科技进展达.而实现基因治疗靶向性的技术要求是很高的,理想的治

14、疗基因必须能有效地进入靶细胞且排除它在周围的正常细胞表达的可能隐患.这同时也就需要有能打破屏障的载体系统:病毒型(如反转录病毒、 脂质体、 腺病毒等)或非病毒型.(2)技术路线的多样性.目前基因治疗有两种基本的策略:体外法和体内法.体外法( ex vivo法)是从受试者的病变部位取出细胞,在体外接受导入的外源基因,经体外细胞扩增,再输回人体内的病变器官或组织,使之表达需要的蛋白质的一种疗法.此难度小,易于操作,目前针对恶性肿瘤的基因治疗多数是按体外法操作.体内法( in vivo法)将所需治疗基因靠载体直接导入到受试者的体内,在原位用正常基因来纠正突变基因,以修复缺陷基因的一种直接疗法.这种方

15、法是理想的基因治疗策略,又有利于大规模的工业化生产,但前提是外源基因能在体内准确发现需治疗的靶细胞,并安全有效地表达.这在技术上要比体外法要求高,目前尚未实现.以上两种技术途径各有优缺点,一切要以疾病和外源基因的特点而定.(3)学科的交叉性.基因治疗是一项复杂的系统工程.目的基因的选择和分离、 克隆和表达的效率和稳定性,毒性反应和免疫排斥的强弱、 致瘤性的概率大小等等一系列问题的研究要以分子遗传学、 病毒学、 免疫学、细胞生物学、 临床医学和胚胎干细胞研究为理论基础;同时,它又离不开无菌实验、 过敏实验、 基因活性实验、致瘤性实验和细胞种类均一性实验所提供的科学事实.(4)高风险性.基因治疗的

16、复杂性大大超过了人们的最初设想,人类对转基因的机制、 病毒载体的表达、 毒性和免疫性尚不太了解,多数基因治疗试验采用了 “试错法”,这是导致受试者严重不良反应甚至死亡的技术诱因.技术难题有四类:目前的基因导入系统尚不成熟,存在结构不稳定,影响基因组的功能以及治疗基因难以到达靶细胞等隐患.这需要构建更有效的病毒载体. 临床有用的治疗基因只有10多种.对大部分的多基因遗传病(如恶性肿瘤)的致病基因的互作机制还有待阐明,即使找到相关的基因,如果对整个基因网络进行干预,未知的因素还是太多.治疗基因达到靶细胞的盲目性大、 表达的可控性差,有激活致癌基因产生野生型病毒的潜在危害. 无法保障干预生殖细胞基因而不对后代产生医源性的伤害.正如单克隆抗体、 器官移植,任何一项重大的生物医学成就都不可能一蹴而就,多年的挫折和失败是难以避免的,科学史的经验警示着我们,针对导入期和成长期的特征因势利导和不懈努力,人们早期对基因治疗所寄予的厚望才能得以逐步实现.四、医学的和伦理的影响基因治疗的技术特点在一定程度上决定了它的