基因治疗常识

基因治疗（一）

　　基因治疗指把遗传的基本单位基因用于治疗人体中的失调和疾病如癌症。所有能改变基因结构或功能的治疗方法都属于基因治疗。由于癌症是具有遗传基础的疾病，因此基因治疗在癌症的诊断和治疗上有着巨大潜力。

　　目前有两种基因疗法：体细胞(somatic cell）基因治疗和种系(germ line) 基因治疗。在体细胞基因治疗中，健康基因被植入有特殊缺损基因的人体中，目的是修复缺损和提高生活质量；在种系基因治疗中，基因被引入能传递遗传特征给后代的特殊细胞中。种系基因治疗引起了关于会操纵未来人种特征的伦理问题。

　　一种可能就是用正常基因替代缺损基因，从而反转癌细胞的扩散，恢复正常细胞功能。另外，某些癌症是由于缺少某种基因而引起的，补给这种基因就可以治愈。当研究人员确定更多的引起各种癌症的基因突变后，就可以设计富有成效的治疗方案。研究人员还可以通过基因测试反映出病人的基因情况，从而采取措施减小病情恶化可能或甚至预防疾病发生。基因测试可以更早地诊断出癌症，因而能更好的治疗癌症。

　　1991年，医生第一次把基因治疗用于治疗癌症。目前为止，基因治疗在临床上还应用很少，尚需进一步完善。

　　基本概念

　　（1）基因

　　基因是生物的遗传单位。它们决定显性特征，例如头发和眼睛的颜色，以及更精巧的特性，例如血液输送氧的能力。综合特质，例如智商和体力，是由大量不同的基因和环境影响所共同决定。

　　据估计，人体有10万个基因。其中任何一个有缺陷，就可能导致生病。每个基因制造一种酶或蛋白质。然而，细胞中只有某些基因在特定的时候会起作用，随着细胞的成熟，它们大都不会起作用了。正是由细胞中起作用和不起作用的基因以及它们生成的蛋白质，决定了细胞的类别和功能。

　　（2）基因与DNA的关系

　　从化学术语上讲，基因是脱氧核糖核酸（DNA）的一段。DNA是一个很长的分子，由叫做核苷的单体组成。每个核苷包括磷酸盐、脱氧核糖和一种核酸基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶四种中的一种），而正是这些核酸基携带DNA分子的信息或“密码”。

　　通常，一个人体细胞的DNA中有30亿对核苷。虽然每个人的大部分基因组（整套基因）与其他人的相同，但是每个人的遗传物质有不同的核苷序列（除了同卵双胞胎）。

　　DNA由两条螺旋形链组成。一条链上的腺嘌呤总是与另一条链上的腺嘌呤相匹配并连在一起；同样地，鸟嘌呤与胞嘧啶也匹配在一起。这种一致的配对使DNA在细胞分裂时，能精确地自我复制。

　　（3）RNA

　　核糖核酸（RNA）是化学结构上类似DNA的大分子，它用不同的核酸基携带相同的密码。DNA在生物化学概念上进行读取或转录，转录的产品就是RNA。RNA又被读取，转成相应的蛋白质。在某些病毒中，作为遗传物质的是RNA，而不是DNA。

　　（4）基因与染色体和细胞的关系

　　基因是在染色体上，而染色体呈棒状，由DNA和蛋白质组成。人体的每个细胞含有46个（23对）染色体，这些染色体位于细胞中心棗细胞核中。

基因治疗（二）

　　基因疗法

　　（1）定义与由来

　　科学家最近在研究基因上的进展，已能够通过改变病人的遗传物质来抵抗或预防疾病。基因治疗的一个目的就是给带有缺损基因的细胞提供健康基因。利用这一革命性的方法，医生不必用药物来治疗或控制基因紊乱导致的疾病，而是通过改变病人某些细胞的基因结构来解决根本问题。

　　人类许多主要的健康问题都受基因功能的影响。将来，基因疗法可以用来治疗这些疾病。从理论上讲，基因治疗可以改变生殖细胞（精子或卵子），从而防止基因缺陷传给后代。但是目前，种系(germ-line)基因治疗不仅受到伦理问题和社会问题的困扰，而且技术上也存在问题。

　　为了达到基因治疗的目的，需要把产生有用物质的基因导入病人细胞的DNA中。例如在血管手术时，把产生抗凝结作用的基因插入血管内层细胞的DNA中，用来防止具有危险性的血块形成。

　　随着分子生物学的发展，使用基因转移的方法，可以节省许多人力和物力。它可以简化收集大量基因蛋白质产品、提纯产品、制成成品及应用的过程。然而，基因治疗目前尚处于试验阶段。得到认可的试验还很少，而且试验时间也不长。

　　基因治疗发展史上的关键一步是James Watson和Francis Crick在20世纪50年代发现了DNA的结构。其它重大进展包括60年代破译了基因密码和70年代发现了限制酶，这些发现使得研究人员可以把某种基因从DNA上分离出来以及发展DNA重组技术。80年代，首先发展了使用逆转录酶病毒和淋巴细胞的基因转移系统。目前，基因传递系统已成形，而且前途无量。

　　（2）实验基本步骤

　　当前的某些试验是从病人血液或骨髓中取出细胞，放在实验室合适条件下培养，以利于它们的繁殖。然后把所需的基因借助于功能已丧失的病毒导入细胞，选出改良成功的细胞，促进它们的繁殖，再把它们放回病人的身体；另外一些情况是直接用脂质体（脂肪微粒）或功能丧失的病毒，把基因导入病人身体的细胞中。

　　（3）治疗的疾病

　　目前在美国及其它国家，大量的临床试验正批准用来检验基因治疗。研究人员试验用基因疗法来治疗基因紊乱，如腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症、膀胱纤维症和家族性血胆脂醇过多症（血清胆固醇高）；血友病等遗传病；恶性黑素瘤、神经细胞瘤、白血病、肾癌、卵巢癌和脑癌等癌症；以及肝功能衰竭和艾滋病等。

　　1、腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症：

　　腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症是一种很少见的基因疾病。正常的腺苷脱氨酶（ADA）基因可以产生一种叫做腺苷脱氨酶的酶，而这种酶是人体免疫系统有效运行的基础。患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症的病人没有这种基因完整无缺的复制品，而他们有缺陷的复制品不能产生有效的腺苷脱氨酶（ADA）。

　　腺苷脱氨酶（ADA）缺乏的孩子一生下来，就患有严重的免疫缺陷，很容易被严重感染。即使是最轻微的病菌性疾病，也会引起可怕的后果。如果不及时治疗，这种疾病会导致小生命夭折。虽然可以替换腺苷脱氨酶（ADA），但效果很有限。

　　腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症被选为人类第一个批准的基因治疗试验有几个原因。首先，这种疾病是由单个基因的缺陷所引起，因此增加了基因治疗成功的可能性。其次，这种基因控制很简单（千篇一律），不象其它许多基因那样控制复杂。最后一点是，虽然正常基因产生的少量酶在临床上就有作用，但是量大也没有什么害处。因此，腺苷脱氨酶（ADA）产生的量并不需要精确控制。

　　腺苷脱氨酶（ADA）基因治疗试验开始于1990年9月，两个小孩接受了治疗，取得了令人满意的效果。

　　最初用来治疗患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症的病人的基因疗法是定期给病人输入自体经过改良的T型淋巴细胞。

　　这些白细胞被放在实验室里，用白细胞间介素-2（T型淋巴细胞制成的生长素）和单克隆抗体（在实验室制成的有特定目的的）作营养剂进行组织培养。人体正常的腺苷脱氨酶（ADA）基因借助于载体（一种遗传工程上用的功能已丧失的老鼠逆转录酶病毒）被导入T型淋巴细胞。

　　筛选出成功转变（遗传上已改变）的细胞并培养10天左右，以增加它们的数量。然后把这些细胞象输血一样通过静脉输入病人体内。

　　在研究的前10个月，整个过程（取出T细胞；在实验室进行修正；再输回病人体内）每隔6-8周重复一次。10个月过后，再继续每隔6-12个月进行细胞输入一次。试验结果显示，这两个小孩的免疫功能都有很大提高。

　　最近，研究人员对其中的一个小孩进行改变基因的骨髓干细胞治疗。干细胞是可以产生各种血细胞并具有自我更新能力的“母”细胞。改变了遗传物质的干细胞可以完全且永久纠正许多血液和免疫系统的紊乱，而改变了遗传物质的白细胞仅能部分纠正这些病症，并需重复治疗。

　　科学家还不清楚怎样把干细胞从骨髓中分离出来。但他们已开发出骨髓和外围循环血液营养丰富的方法，使这些重要细胞的浓度得到提高。

　　脐带血含有丰富的干细胞。目前，研究人员正在用取自脐带血液并已改变了基因的干细胞，对三个刚出生不久的患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症的婴儿进行治疗。

　　2、癌症：

　　科学家正在研究从基因的角度来改变抵抗癌症的免疫细胞。他们设想用抗癌基因“武装”这些细胞后再送回人体，以便能更有力地攻击癌瘤。按照这种思路进行的临床试验正用于治疗恶性黑素瘤。

　　从人体中取出癌细胞并进行基因改造，使它们免疫反应加强。然后再把它们输回人体作为癌症疫苗。使用这种方法的各种临床试验都正在进行。

　　我们可以给肿瘤注入一种能使肿瘤细胞易受到抗生素或其它药物攻击的基因，使得药物只杀死包含这种外来基因的细胞。由于不伤害其它细胞，因此治疗的副作用很小。研究人员正在运用这种方法做治疗脑瘤的试验。

　　3、爱滋病：

　　基因治疗可使免疫细胞对HIV（艾滋病病毒）产生抵抗作用，也能帮助病人提高免疫反应，从而破坏HIV以及受到HIV感染的细胞。

　　腺苷脱氨酶（ADA）试验结果表明：基因经改变后的淋巴细胞或干细胞对预防艾滋病患者免疫系统“失灵”有帮助。基因改变后的T型淋巴细胞可以阻止HIV扩散的试验将很快在人体上进行。

　　（4）种系基因治疗

　　体细胞是人体中不能生殖的细胞，例如皮肤和大脑的细胞。生殖细胞是人体中能够生殖的细胞---精子和卵子，它们可以把基因传给后代。虽然目前科学家还没有掌握在遗传物质上安全改变人体生殖细胞的技术，但是将来这种疗法在技术上是可行的。

　　对于遗传疾病，成功的种系基因治疗有可能用很简单的方法，就可以消除整个家族的基因缺陷，例如血友病。

基因治疗（三）

　　危险性与问题

　　（1）人体基因治疗试验的危险性

　　病毒感染的细胞，通常不只一种。这样，当病毒载体携带基因进入人体，它们改变的不仅是靶细胞。而且，当基因被加入DNA中时，也存在新基因加错地方的可能，因而导致癌症或其它损害的危险。

　　当DNA直接注入肿瘤，或使用脂质体传递系统时，也存在外来基因擅自进入生殖细胞（精子或卵子）而产生遗传变异的微小机会，虽然这种情况在动物试验时尚未发生过。

　　科学家还担心：转入的基因“过分表达”，合成过多原先没有的蛋白质产生危害的可能；转入的基因引起发炎或免疫反应的可能；特别是当试验重复时，病人的病毒会感染其他人或进入外界的可能。

　　因此，科学家用动物试验和其它预防措施来估计和避免这些危险。这些安全措施是成功的：至今为止，这些问题尚没有发生在一例人体基因治疗试验中。

　　（2）对药物的影响

　　在本世纪，基因疗法会重新界定药物使用。基因疗法肯定会成为一种有力的武器，用于治疗4千多种已知的基因紊乱症，以及心脏病、癌症、关节炎和其它疾病。

　　最初，即使是基因疗法的倡议者也认为基因疗法对于治疗遗传紊乱（例如膀胱纤维症或血友病）的作用很有限。但是现在，美国国家健康学会及其它地方的科学家不仅正在研究永久治愈某些明显基因疾病的可能性，而且也在研究治疗大量的其它疾病（例如心脏病、艾滋病和癌症）。

　　这些新的治疗方法会增加健康保健的费用。但另一方面，基因疗法有可能用于预防或治愈目前使数百万美国人死亡或致残的疾病。如果这样的话，基因疗法就可能对健康保健产生革命性的变革，它可以消除或减少用于改善症状但不能治愈疾病的药物和治疗的花费。

　　（3）社会和伦理问题

　　总的来说，基因疗法面临的问题与任何一个重大新技术发展时所面临的问题是一样的。这些技术能实现很多益处，但也会由于滥用而带来危害。

　　基因疗法目前着重于纠正基因缺陷和治疗危害生命的疾病，有规章制度用于管理这类研究。但未来的几十年，当基因治疗技术变得简单和容易实现时，社会将需要处理更加复杂的问题。

　　其中一个问题是基因治疗可能从遗传物质上改变人的精子或卵子，从而永远改变了人的遗传基因。另外一个可能是基因干涉会提高人的能力，例如提高记忆力和智力。

　　种系基因治疗会永远改变个体后代的基因品质，从而影响人的基因。虽然这些改变可能会朝向好的方面，但是技术或判断上的失误会导致严重的后果。

　　有人忧虑基因治疗仅会成为有权有势之人的奢侈品。也有人担心这项技术的广泛使用会重新定义“正常人”，例如把矮的、相貌平常的或仅是中等资质的人排除在外。而且，一些人不管“三七二十一”，总把所有的基因操作与以前的滥用“优生学”联系在一起。

　　（4）未来发展问题

　　科学家需要知道怎样分离基因并注入干（或源）血液细胞，从而治疗免疫和血液紊乱。

　　科学家还需要发现更容易和更好的办法来传递基因进入体内。为了有效治疗癌症、艾滋病及其它疾病，他们需要开发可以直接注入病人身体的载体。这些载体必须准确进入遍布全身的靶细胞（如癌细胞）中，并把所需基因嵌入细胞的DNA中。

　　新载体目前正在试验，新载体包括有腺病毒和脂质体。腺病毒与逆转录酶病毒不同，可以转移遗传物质到不分裂的细胞（在肺里发现的细胞）中；脂质体能粘附在某些细胞上（包括肿瘤细胞），并把基因注入这些细胞。

　　在两个方面还需要发展：把基因始终传递到病人遗传物质的准确位置的方法（消灭基因转移诱发癌症的危险），以及保证移植的基因正好受人体正常生理信号控制的能力。胰岛素就是一个例子：一种蛋白质只有在适当的时间，产生适当的量，才会对病人有利而不是有害。虽然科学家正努力解决这些问题，但何时能攻克这些障碍还无法预测。

　　审批程序

　　在美国，试验提案或草案必须由科学家协会至少两个评审部门通过并由协会批准。草案还必须由国家健康学会（NIH）的DNA重组顾问委员会（RAC）批准，并由学会会长签字认可。所有草案还必须经美国食品药品管理局批准。

　　任何在人体上进行的试验都必须十分谨慎。基因治疗在特殊情况下是一种很好的技术，但由于应用不久，经验还很少，因此科学家在应用基因疗法时，必须特别谨慎。

　　几年以前，美国国家健康学会（NIH）就制定了方针来管理基因治疗，以及成立DNA重组委员会（RAC）来评审基因治疗方案和监控正在进行的试验。NIH资助的试验必须得到RAC的批准。RAC会议对公众开放，电视和杂志也经常会报道。

　　所有在美国进行的基因治疗试验还必须得到美国食品药品管理局（FDA）的批准。此外，其它许多国家也制定了条例来管理基因治疗。所有这些措施都是为了最大限度减少基因治疗引起危害的可能性。