奇迹是怎样发生的？

1990年9月14日在美国马里兰州的Bethesda一家医院里，美国国立卫生研究院的布利兹（Blease）和卡尔弗（Culver）教授等人正在为一位4岁的遗传病患者进行人类历史上的第一次基因治疗，接受治疗的小女孩因为先天性体内缺乏一种称为腺昔脱氨酶（ADA）的物质而患有严重免疫功能缺乏症，体内淋巴细胞不能够杀死入侵的病菌和病毒，哪怕是很普通的感冒也可能威胁生命，她只能生活在无菌的隔离房间里。科学家们从这个女孩身上取出淋巴细胞，将正常的ADA基因转移进去，然后在体外扩增这种能够正常表达ADA的转基因淋巴细胞，再通过静脉输回到女孩体内。接受基因治疗后，这位小女孩的抵抗力大大增强，已经能够由隔离房间走向正常生活，第一次呼吸到了新鲜空气，像其他小朋友们一样唱歌、跳舞、做游戏，而这在基因治疗前是无法想象的。

自从世界首次ADA缺乏症患者的基因治疗临床试验并取得成功后，在全世界范围内掀起了基因治疗研究的热潮。基因治疗从20世纪80年代至今已经历了禁锢期、狂热期和目前的理性期三个阶段，人们已经基本认识了基因治疗在临床应用的范围及目前所面临的主要问题。基因治疗无论是在实验研究中，还是在临床尝试过程中，要取得突破性进展，必须解决三个关键问题，即基因导入系统、基因表达调控和研究更多的与疾病相关的治疗基因。

人体内的医药工厂

1982年，世界上第一个基因工程药物胰岛素问世了，该药是治疗糖尿病特效药。它与传统的提取药、化学合成药相比无疑有了长足的进步，但是基因工程药同传统药物一样属于外源性药物，有一定的毒副作用，对体内干扰大，半衰期短，在体内易降解，需要每天给药才有效；而基因治疗则完全不同，它是将人体的基因直接导入病人体内，在人体内表达出蛋白质，把具有治疗意义的基因“药厂直接建在人体内，不需要进行蛋白质的分离纯化。基因在体内可以受到病情的调控，在需要的时候就产生治疗的药物，这样可以把毒副作用降低，使药效持续时间长达几个月甚至几年。比如胰岛素基因植入人体后，在体内血糖升高时候可以表达出分泌物，降低血糖；当人体恢复正常后，即可减少和停止胰岛素的表达，使肌体血糖处于正常水平。

基因治疗的高招和策略

随着基因治疗的发展，基因治疗的概念内涵在不断地扩展，不再局限在最初人们设想的将正常基因导入到人体内，可以不理会原来的缺陷基因的状态，将正常基因添加到人体细胞内。这好比一条通往目的地的路坏了，就重新修一条类似的公路替代；可以将正常基因与体内的缺陷基因进行置换或将缺陷基因原位修补为正常基因，这好比针对出现故障的路面进行原位定点修复，恢复通畅的交通；也可以导入体内原本不存在的基因，发挥抵抗疾病的功能，如将一种来自于单纯疱疹病毒的胸苷激酶基因导入到肿瘤细胞中，可以特异地诱导肿瘤自杀，这好比在通往目的地的过程中开通了一条新的航线；还可以对体内的基因表达进行正负调节让原来关闭的基因重新开放，开放的基因关闭，这如同高速公路的管理处对来往车辆进行流量控制，并选择性开放备用道路。

基因治疗一般通过基因表达的蛋白产物起作用，导入的可以是完整的基因，通过表达蛋白质起作用，也可以直接以基因为靶子，导入基因的反义片段，产生RNA专门封闭原来基因的表达；也可以是一段短的反义DNA片段（又称反义寡核苷酸），直接作用于基因，抑制其转录和表达；也可以是一段特定的人造基因，专门生产RNA核酶，降解目的基因的转录产物。

基因治疗的研究对象也已由原来的遗传病扩展到肿瘤、传染病和心血管等疾病，而且研究的重点已转移到肿瘤基因治疗方面，其研究的势头越来越热。在这些方面的研究已不仅是补充正常有功能的基因，而且将自然条件下人类没有、不表达或表达很少的基因转移到患者体内，赋予肌体新的抗病治病的能力。

“医药工厂”选择何处？

如果说基因治疗是在人体内开设医药工厂，人体的每一个细胞不需要也不可能全部成为医药工厂，那么，基因治疗的工厂究竟在人体内如何选址才能发挥最大的效益，避免对身体的“环境污染”呢？这涉及到基因治疗的靶细胞基因转移治疗疾病的途径有两大类，一类称为活体直接转移（in vivo），将带有遗传物质的病毒、脂质体或裸露DNA直接注射到肌肉、血管内，或通过口服、喷雾以及皮下涂抹等方式将遗传物质吸收到试验个体内；另一类是ex vivo，称为在体转移，是将试验对象的细胞取出，体外培养导入基因而后将这些遗传修饰的细胞重新输回试验体内ex vivo的方法安全而且效果较易控制，但是步骤多，技术复杂；in vivo方法操作筒便，容易推广，但存在疗效短，免疫排斥及安全性等问题，它是基因治疗研究的发展方向，只有in vivo基因转移方法成熟了，基因治疗才能真正走向临床。

不同类型的疾病基因治疗对靶细胞的要求也不相同。有一类疾病的基因治疗对靶细胞的要求较高，要求纠正功能缺陷的特定细胞，称为原位纠正。例如囊性纤维化涉及到呼吸道的病理改变，因此，必须以肺部的细胞为靶细胞，纠正基因缺陷才能治疗疾病；又如，家族性高胆固醇血症属于低密度脂蛋白受体缺陷，基因治疗就必须把人体的医药工厂选址在表达该种受体，发挥清除人体内低密度脂蛋白作用的肝脏这类疾病主要涉及到细胞受体、细胞膜蛋白、膜内和核内蛋白、转录因子等基因缺陷的疾病。当然，靶细胞的选择要求也不尽相同，不少疾病对靶细胞的依赖性不强，医药工厂的选择对于这种疾病没有影响，只要求基因转移到细胞中，能够产生外源蛋白，通过血液循环到达全身即可。例如，血友病虽然是由于肝脏不能分泌凝血因子而导致出血不止，但是，只要全身的任意细胞能够产生了所缺少的凝血因子，均可以在血液中发挥凝血功能。

基因治疗的“枪炮”

基因转移是基因治疗的关键和基础，可比作战使用的“枪炮”。基因转移方法分为物理、化学和生物三大类，物理化学方法基因转移的原理是通过各种物理（如电刺激）、化学（如磷酸钙）手段改变细胞膜膜孔的大小，将基因导入到细胞内。物理化学方法的优点是不存在病毒污染，也不会诱导免疫反应，更为安全，但基因转移的效率较低，基因表达的时间较短；生物方法主要指病毒介导的基因转移，即通过基因工程改造病毒，能够携带外源基因。并伴随病毒感染细胞的过程将外源的基因转移到细胞内，病毒介导的方法基因转移效率较高，但是有可能会引起野生型病毒的产生，长期安全性问题仍需注意。

过去，人们对待病毒总是谈虎色变，最好离得越远越好，采用各种办法预防病毒的侵入，病毒扮演的总是传播疾病的角色，难道病毒只能是危害人类健康的大敌；我们能不能利用病毒为人类服务呢？病毒能否成为幸运的使者？病毒的超强感染能力引起了生物学家的注意，生物学家将病毒的基因置换成将正常有功能的人体基因并利用病毒将这改造过的基因转移到人体内。小小的病毒导致了人类医学上的一场医学革命——基因治疗。

基因治疗的“弹药”

疾病治疗所采用的基因是基因治疗的“弹药”，人类基因治疗的基础是对疾病分子病理机制的揭示和疾病相关基因的克隆，只有充分认识基因功能的前提，才能有效地开展基因治疗人类基因组计划研究（HGP）将揭示所有人类疾病相关基因功能，基因治疗是HGP研究的直接受益者。目前适合进行基因治疗的病种十分有限，很多病种目前还没有发现致病基因，基因治疗病种的扩大取决于新基因的发现和基因功能的阐述，只有不断发现新的致病基因，才可能进行基因治疗研究。例如，囊性纤维化是白人中一种常见的遗传病，会引起肺部纤维化，1989年人们发现这种疾病是由一种称为CFTR的基因缺陷所致，这个基因被发现不久，就被迅速运用到基因治疗研究中，目前已经取得临床试验的进展。

基因治疗的现状

目前基因治疗临床试验方案超过400个，美国占绝大多数，其次为欧洲，基因治疗临床试验从欧、美等发达地区辐射到亚洲、大洋洲甚至包括较落后的非洲国家在内的20多个国家和地区；所治疗疾病中，肿瘤占有279项，艾滋病等传染病为33项，各种单基因遗传病为55项，此外，还涉及到其他多种获得性疾病，如风湿性关节炎、周围血管病，乃至冠脉疾病等。所应用之基因多种多样。多达10余个不同类别97种基因。基因转移的载体仍以逆转录病毒载体的应用为最普遍，其次为腺病毒载体，脂质体介导的基因转移方案位第三。

我国是最早进行基因治疗临床试验的亚洲国家，也是仅次于美国较早开展基因治疗基础研究的少数国家之一。多年来在国家863计划的资助下，我国在遗传病、肿瘤、心血管、神经系统疾病基因治疗等多方面做了大量的工作，并取得了一定的成绩。1991年我国率先进行了世界首次血友病B基因治疗临床试验，2003年，我国又在世界上首次批准抗肿瘤基因治疗药物的生产。但是，在基因治疗基础研究方面，我国投入有限，大多重复国外的同类实验，自己的特色与创新性不足。

21世纪基因治疗将走向人类生活，当人们发现了某种疾病后，可以在发病前就可以采用基因治疗设法预防它的发作，也可以在疾病发生后设法修饰或改变这个基因的表达，比如遗传病、癌症、糖尿病、哮喘、高血压、冠心病等现代医学无法根治的病，将来都可能采用基因治疗，甚至于减肥、歇顶、长寿、美容和抗衰老等也可以通过基因治疗手段实现。基因治疗研究的突破将使人类生活和医学发生根本性的革命。

[此文选自年内将出版的由上海市科技启明星联谊会、上海市对外文化交流协会组织编写的《科学的魅力》一书，作者为复旦大学生命科学学院教授、博士生导师。]