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基因療法:你從哪裡來,要到哪裡去?藥明康德全球論壇倒計時

▎藥明康德/報導 基因療法是一個聽起來充滿未來感的詞彙。但可能很少有人意識到,距離首位人類患者接受基因療法的治療,竟已是30年前的事了。在這30年里,基因療法領域曾一飛沖天,也曾一落千丈。直到最近的幾年裡,它才逐漸褪去光環與污名,成為人類對抗疾病的重要武器。

2020-01-06 11:51 / 3人閱讀過此篇文章  

▎藥明康德/報導

基因療法是一個聽起來充滿未來感的詞彙。但可能很少有人意識到,距離首位人類患者接受基因療法的治療,竟已是30年前的事了。在這30年里,基因療法領域曾一飛沖天,也曾一落千丈。直到最近的幾年裡,它才逐漸褪去光環與污名,成為人類對抗疾病的重要武器。在今天的這篇文章里,藥明康德內容團隊將與各位讀者朋友們一起回顧基因療法的發展歷程,展望它未來的發展方向。


圖片來源:Pixabay


夏威夷的晚餐


1972年11月,在夏威夷舉辦的一場科學會議上,50歲的斯坦利·科恩(Stanley Cohen)第一次遇上了36歲的赫伯特·博耶(Herbert Boyer)。當時,科恩是史丹福大學的一名教授,研究如何將環狀的質粒DNA送到細菌體內;而博耶則在加州大學舊金山分校工作,專長是限制性內切酶——這種酶可以在特定的位置切開DNA,讓科學家們對DNA進行修修補補。


在夏威夷的夜風下,兩位科學家很快意識到,他們所做的工作能形成完美的互補:利用限制性內切酶,博耶能把特定的基因給添加到質粒DNA上,而科恩能把這些添加了新基因的質粒送到細菌身體里,讓它們發揮作用。



▲兩名科學家的工作聯合起來,讓新基因的插入成為可能(圖片來源:Michael Jeltsch [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)])


我們知道,基因是生命的藍圖。我們每個人的體內,都有將近3萬條不同的基因。它們告訴我們的細胞應該製造什麼樣的蛋白質,而蛋白質就像是細胞內的小機器人,會參與到各種各樣的生理活動中。對於細菌而言,基因也有著同樣的作用。


而科恩與博耶的突破在於,他們首次在一種生物的體內,讓來自另外一種生物的基因得到了表達——這些DNA的修補匠成功把來自葡萄球菌的基因送到了大腸桿菌的身體里,並讓它們順利工作。再後來,他們陸陸續續把非洲爪蟾,乃至哺乳動物的基因送到了大腸桿菌體內。


回顧這段歷史時,人們都把它叫做「基因工程的大爆炸」。一個屬於生物技術的時代悄然到來。


基因療法能治療人類嗎?


有意思的是,同樣是在1972年,在科恩與博耶會面的半年多前,《科學》雜誌上刊登了一篇名為Gene Therapy for Human Genetic Disease?的論文。論文里指出,當時人類已經知道了1500多種不同的遺傳疾病,且這一數字每年還在不斷上升。而隨著DNA分離與合成技術的逐漸成熟,在這些患者體內「利用『好的』DNA來替代『有缺陷的』DNA」,也應當被提上議程。


圖片來源:參考資料[5]


但這篇論文里,作者們也謹慎地指出,對於基因調控的知識,我們還懂得太少;對於遺傳疾病背後的機理,也依舊有著太多需要我們去回答的問題。只有在確認對人類有益的情況下,我們才能考慮使用基因療法對人類患者進行治療。相反,任何不成熟的錯誤使用,都應當避免。


而在生物技術的紀元里,在科恩與博耶突破性工作的基礎之上,成百上千位科學家踏入了這片全新的天地,把各種基因插入到了動物和植物的細胞中。在高等生物里,基因工程的做法要更為複雜——科學家們需要利用特定的「載體」,把基因送到細胞內,而病毒是他們的首選。畢竟在自然環境下,病毒就有入侵細胞,釋放出基因的能力了。


為了減少「病毒」的毒性,科學家們也想出了一種簡單的方法——在這些病毒體內,負責病毒複製的基因被拿走了。也就是說,這些病毒能夠把新的基因帶進細胞里,但不會無限制地複製,帶來意想不到的副作用。在當時的人們看來,這個方法讓我們摸到了基因療法治療人類的門檻。


弗倫奇·安德森(French Anderson)是基因療法的諸多信徒之一。1980年代末,這名美國國立衛生研究院的遺傳學家正在申請臨床試驗的許可。他想啟動歷史上首個治療人類患者的基因療法臨床試驗,「利用『好的』DNA來替代『有缺陷的』DNA」。


奇蹟的開端


安德森很快就找到了第一名患者。這是一位叫做阿珊蒂·德席爾瓦(Ashanti DeSilva)的4歲小女孩。在她的體內,有兩條ADA基因,一條來自母親,一條來自父親。不幸的是,父母遺傳給她的,恰好都是有缺陷的ADA基因。因此她的父母雖然看起來一切正常,她的體內,卻無法產生足夠的ADA蛋白質。


在我們的免疫系統里,ADA蛋白質扮演了極為重要的角色。如果沒有ADA,人體內的免疫T細胞就會很快死去。而倘若沒有T細胞,我們就無法抵抗外界的病毒或細菌感染。對這些患者來說,周圍的世界無處不存在著危險。哪怕和普通人共飲一杯水,甚至是在同一間房間裡呼吸,都可能會帶來致命的後果。


▲這種罕見的疾病也被叫做「氣泡男孩病」。為了避免接觸致命的病原,患者只能生活在無菌的「氣泡」中(圖片來源:Niño burbuja [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)])


安德森找到了阿珊蒂的父母,詢問他們是否願意讓自己的女兒接受基因療法的臨床試驗。這聽起來並不是什麼安全的方法,但她的父母別無選擇。


1990年,安德森的臨床試驗申請得到了批准。當年春天,他聯繫了阿珊蒂一家。不久後,這名小女孩與她的父母飛到了馬里蘭州的臨床試驗中心。在那裡,科學家們小心翼翼地從她的身體里分離出了造血細胞,在體外進行了基因編輯。在科學家們的妙手之下,這些細胞里出現了健康的ADA基因。9月14號下午,科學家們把這些經過編輯的細胞,注射回了阿珊蒂的身體里。


從原理上看,這和「骨髓移植」如出一轍。不同的是,這些細胞都來自患者自身,因此沒有排斥的風險。


基因療法的效果堪稱神奇。在治療的半年內,阿珊蒂體內的免疫T細胞水平就恢復了正常。在接下來的2年里,她的健康狀況不斷得到改善,過上了和同齡人幾乎沒有差異的童年。保險起見,她仍然會定期注射人工的ADA蛋白,但注射的蛋白含量非常低,只停留在4歲的水平。這正是她接受基因療法的年齡。


就這樣,基因療法的首個人類臨床試驗,就迎來了開門紅。安德森也因此被許多人稱為基因療法之父。


領域的隕落


在阿珊蒂的成功治療故事下,基因療法領域得到了蓬勃的發展。據估計,在接下來的幾年裡,數百個實驗室參與到了基因療法的研發之中,開啟的臨床試驗超過500項,涉及的患者超過了4000人。


沒有人想到,基因療法的這一熱潮,只維持了9年。


1999年,賓夕法尼亞大學的遺傳學教授詹姆斯·威爾森(James Wilson)教授開啟了一項臨床試驗,以求用基因療法治療「OTC蛋白缺乏症」。與ADA一樣,OTC也是人體里一種基因的名字,所產生的蛋白質會降解體內代謝產生的氨,避免毒素在身體里積累。


▲詹姆斯·威爾森教授(圖片來源:賓夕法尼亞大學官方網站)


一名叫做傑西·基辛格(Jesse Gelsinger)的18歲少年是這項臨床試驗招募的患者之一。他的病情並不算太嚴重,通過控制飲食和按時服藥,就能過上相對正常的生活。當年的9月13日,他接受了一種病毒的注射,而這種病毒的體內帶有正常的OTC基因。按設想,這種病毒會把OTC基因帶到他的身體里,帶來持久的療效。


令研究人員們沒有預料到的是,傑西等來的並非疾病的痊癒,而是猛烈的免疫反應。在嚴重的免疫反應下,傑西出現了多重器官衰竭,並在4天後宣告不治。


傑西是第一位死於基因療法臨床試驗的患者,他的死亡震動了整個領域。美國FDA在調查後,指出該臨床試驗設計上的種種問題,並終止了賓夕法尼亞大學的所有基因療法項目。要知道,這是世界上最大的基因療法研究中心之一。此外,在美國進行的69項其他基因療法試驗,也被迫接受進一步的調查。威爾森被研究所解職,禁止參與人體試驗5年,僅保留教職頭銜。


從1990年9月14日到1999年9月13日,仿佛是歷史的玩笑一般,基因療法領域一夜之間陷入了停滯。


浴火重生


在慘痛的教訓下,基因療法領域裡的每一位科學家開始反思自己究竟做錯了什麼,而很多證據都指向了運送基因的病毒載體——腺病毒(adenovirus)。這是一種有著極強免疫原性的病毒。換句話說,它很容易在人體內引起免疫反應。傑西所注射的,正是這種病毒載體。


痛定思痛,在接下來的幾年裡,無數科學家們將精力投入到了尋找更為安全的基因載體上,而腺相關病毒(AAV)是他們給出的答案。這是一種在上世紀60年代中期,在製備腺病毒的過程中,意外得到的病毒,「腺相關病毒」也因此得名。


接下來幾十年的時間裡,人們不斷優化AAV的設計,將它打造成了一款極富潛力的基因載體。2008年,基於AAV的基因療法,其療效在臨床上得到了驗證。2012年,歐盟委員會批准了UniQure公司的Glybera上市,治療一種罕見的脂蛋白脂酶缺乏症。由於缺乏這種酶,患者血液里的甘油三酯水平極高,甚至抽出來的血液都會呈現脂肪的乳白色!而通過在患者體內表達這種酶,Glybera可有效控制他們的症狀。這是人類歷史上第一款基於AAV的獲批基因療法。



2017年,美國FDA批准了其監管下的前三款基因療法,其中兩款是經過了基因改造的免疫T細胞,用於癌症的治療;另一款名為Luxturna的療法則是美國FDA批准的首款基於AAV的基因療法,治療因RPE65基因突變導致的視網膜營養不良。


我們有理由相信,這是基因療法領域浴火重生的開始。在歐洲,BioMarin已經遞交了首款血友病基因療法的上市申請,而GenSight的Lumevoq也得到了臨時批准,治療雷伯氏遺傳性視神經萎縮症(Leber Hereditary Optic Neuropathy)。在美國,FDA也在去年1月介紹了推動細胞和基因療法開發的新舉措,指出到2025年,FDA預計每年將會批准10-20個細胞和基因療法產品。


一個基因療法的時代,已經悄然到來。


未來的方向


如果說威爾森是一度讓基因療法領域陷入停滯的罪人,那麼在過去的幾十年里,他一直在尋求自我救贖。


「我幾乎每天都會想到傑西。一名年輕人失去了寶貴的生命,基因療法領域因此停滯了許多年。我們為這場悲劇付出了慘重的代價,這不是我想看到的。」威爾森在一項採訪中說道。


事實上,他在AAV載體的開發里,做了很多工作。在他的牽頭之下,這些病毒載體被送往了30多個國家的900多所科研機構,供數千名研究人員進行使用。2012年,利用他發現的一種叫做AAV8的病毒載體,一家醫院研發出了一種血友病基因療法,成功治好了一名患者。對於威爾森本人而言,這些進展讓他感到些許欣慰。


在最近一次與藥明康德內容團隊的對話中,威爾森談到了未來基因療法的發展方向。他指出,目前獲批的基因療法,或是在臨床後期的基因療法,大多是約8-10年前啟動的臨床試驗,然而當時的基因療法技術還未臻成熟。也就是說,目前的技術,有望讓基因療法展現出完全不同的面貌。這一切,將在未來逐漸成為現實。


而即便是當下的技術,也依舊有著改良的餘地。聊到所關心的話題,威爾森提到了在不同器官里的表達問題,基因表達的持續性問題,多次治療的問題,安全性的問題,以及生產製造的問題。儘管我們在基因療法的技術上取得了一系列突破性進展,這些問題依然是每個關心基因療法的人所必須面對的。解決這些問題,是為了打造一個更光明的未來。



當地時間1月14日下午1點,在JPM大會舉辦期間,藥明康德將在JPM的中心希爾頓酒店,帶來第八屆全球論壇。論壇上,威爾森與Frazier Healthcare Partners投資合伙人Tachi Yamada,以及Endpoints News創始人John Carroll將繼續關於基因療法的對話。


如往年一樣,2020年藥明康德全球論壇為「邀請註冊制」,不收取任何參會費用。我們堅信,唯有全球同仁攜手並進,才能鑄就生物醫藥行業的光明未來。此外,無論您能否親臨現場,均可以通過藥明康德內容團隊的會議報導,了解全球論壇的精華內容。


我們期待思維的交流能碰撞出火花,照亮行業前行的道路。我們也期待在一系列重磅突破之下,全球病患能早日用得上,也用得起更多好藥新藥。


讓我們一起預見下一個10年!


參考資料:

[1] The Return of Gene Therapy, Retrieved January 4, 2020, from https://www.labiotech.eu/features/gene-therapy-history/

[2] Dan Wang et al., (2019), Adeno-associated virus vector as a platform for gene therapy delivery, Nature Reviews Drug Discovery, DOI: https://doi.org/10.1038/s41573-019-0012-9

[3] Thomas Wirth et al., (2013), History of gene therapy, Genehttps://doi.org/10.1016/j.gene.2013.03.137

[4] 'More Than Human', Retrieved January 4, 2020, from https://www.nytimes.com/2005/07/03/books/chapters/more-than-human.html

[5] Theodore Friedmann and Richard Roblin, (1972), Gene Therapy for Human Genetic Disease?, Science, DOI: 10.1126/science.175.4025.949[6] Herbert W. Boyer and Stanley N. Cohen, Retrieved January 4, 2020, from https://www.sciencehistory.org/historical-profile/herbert-w-boyer-and-stanley-n-cohen


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