談?wù)劵蛑委煹闹卮髿v史事件

談?wù)劵蛑委煹闹卮髿v史事件圖注：圖注：來自MITNews1970年，基因治療的概念初次問世，即替換和修復(fù)單個的致病基因。在此基礎(chǔ)上，科學家開發(fā)出了不同的方法糾正或影響基因功能，并且將這些技術(shù)運用到血液病，退行性眼病和肌肉疾病的治療中。隨著技術(shù)進步，科學界逐步拓展了基因治療的初始定義，即在原有概念的基礎(chǔ)上增加利用前沿工具修復(fù)基因錯誤。截至目前，全球共有45款基因治療藥物獲批上市。在過去的2022年也有9種基因治療藥物獲批上市。適應(yīng)癥遍及遺傳性自體免疫病，血液病，神經(jīng)性疾病以及實體和非實體腫瘤。技術(shù)路線也包含了CAR-T，重組病毒，以及RNAi。圖注：2022年上市9款基因治療藥物01基因治療概述基因治療的兩種基本途徑1)抽出病人血液，并在實驗室內(nèi)重編程特定細胞，最后重新輸注至病人體內(nèi)；療途徑2)直接將基因治療材料傳送回病人體內(nèi)(往往是眼睛，但隨著技術(shù)進步，傳送目的地從眼睛拓展到肝臟和心臟)。療途徑基因治療的三大技術(shù)原理1)將健康基因直接導(dǎo)入細胞，彌補某些疾病中基因的缺失和故障?；蛑委煹倪f送載體2)調(diào)節(jié)現(xiàn)存的基因活力。即利用短序列核苷酸和寡核苷酸去影響細胞內(nèi)基因表達為蛋白質(zhì)的過程。3)基因編輯。利用CRISPR-Cas9等技術(shù)精確剪切哺乳動物基因組，修正疾病受累細胞中特定基因的錯誤。為了克服基因治療的相關(guān)副反應(yīng)，靶向特異性組織并且不引起免疫應(yīng)答，提高遞送效率，減少治療成本，科學家在遞送系統(tǒng)的研究和選擇上做出了很多嘗試。其中腺相關(guān)病毒(AVV)和逆轉(zhuǎn)錄病毒載體在基因治療中的應(yīng)用極為廣泛。AAV優(yōu)勢在于以下幾點：1)遞送的基因貨物都是以分散或者游離的狀態(tài)存在的，而不是穩(wěn)定整合至基因組此而來，致癌可能性變小。2)體積小則可以影響多種細胞并且在組織中有效擴散。其缺點在于：1)缺乏持久性。因其持久性取決于治療性基因在宿主細胞內(nèi)存在的時間。而慢病毒則可攜帶更大更復(fù)雜的基因，并且傾向于將基因整合進入編碼區(qū)域，可在最小化患癌風險的同時延長病人獲益時間。：AAV介導(dǎo)的基因治療02基因治療發(fā)展的重大歷史事件基因治療的初次嘗試1990年，兩個嚴重免疫缺陷的女孩迎來了他們生命中的曙光，她們均患有先天性腺苷脫氨酶缺乏癥，嚴重的免疫缺陷使他們的生命受到了威脅。而經(jīng)過基因治療技術(shù)導(dǎo)入正常的腺苷脫氨酶基因后，患兒的免疫能力得以提高。在治療期的18-24個月的時間內(nèi)，每個孩子都接受了超過12劑的藥物治療，并且癥狀得到了緩解，這表明該研究獲得了明顯并且積極的效果。該項目由美國國立衛(wèi)生院主導(dǎo)并且也是世界上人體基因治療的首次臨床試驗，該臨床試驗為生物醫(yī)學的發(fā)展開啟了重要篇章。自此，全球范圍內(nèi)都掀起了基因治療研究的熱潮。圖注：基因治療先天性免疫缺陷基因治療在曲折中前進在基因治療如火如荼展開的同時，研究者們在其中發(fā)現(xiàn)了一些嚴重甚至致命的副作用。這些副作用不但引起了科學界廣泛的反思，有的也阻止了研究者前進的腳步。1999年，18歲的Gelsinger在接受基因療法治療代謝性肝臟疾病的過程中因免疫系統(tǒng)的過度活躍而死亡。2003年研究者報道了相關(guān)研究，即某些接受基因治療的先天性免疫缺陷病人最終發(fā)展出了白血病，這是因為某些載體病毒會將基因材料整合至基因組的促癌區(qū)域。在這以后的很長一段時間內(nèi)，基因治療的研究基金枯竭，臨床試驗也因此停滯，很多研究者將目光轉(zhuǎn)向改良病毒載體和清除額外基因以及輔助化合物治療使基因治療更安全，更有效率，更易到達靶細胞。基因治療挽救遺傳性視網(wǎng)膜疾病萊泊爾先天性黑蒙病(LCA)是人類的一種遺傳性眼病，這種眼病會使視網(wǎng)膜無法感光以及向大腦傳遞信息。患者往往表現(xiàn)為不受控制的眼球顫動，并最終在40歲之前完全失明。Bennett和Magurie兩夫妻便以RPE65基因為研究對象，嘗試開發(fā)出治療LCA的基因療法。他們利用無毒的腺病毒相關(guān)載體(AAV)將正常RPE65基因注射進入視網(wǎng)膜底部以控制疾病的進展。圖注：突變型RPE65基因遺傳圖譜在經(jīng)過一系列的臨床試驗之后，F(xiàn)DA最終于2017年批準了Luxturna治療由RPE65FDA獲批的首批體內(nèi)基因治療藥物。Luxturna的試驗結(jié)果是喜人的，那些已經(jīng)失明的患者在接受藥物注射之后通常會迅速恢復(fù)視力，盡管還并未明確藥物發(fā)揮效應(yīng)的持續(xù)時間，但是一項2019年公布的追蹤數(shù)據(jù)表明，20位接受治療的患者在三年后依舊沒有喪失視力，甚至在五年后的追蹤隨訪中也得到了相似的結(jié)果。Luxturna的獲批無疑為遺傳性眼病的患者帶來福音。過繼細胞療法打擊癌癥2010年，賓夕法尼亞大學和馬里蘭大學的研究人員報道了利用基因療法治療白血病和淋巴瘤的正面結(jié)果。該研究的原理是訓(xùn)練和增強患者的免疫系統(tǒng)以監(jiān)測和摧毀癌癥細胞，因此研究人員需要在免疫細胞上設(shè)計和裝配一些基因去識別和殺死腫瘤。其中研究最為深入的CAR-T(嵌合抗原受體T細胞免疫療法)。流程如下：研究人員將目標基因通過逆轉(zhuǎn)錄病毒輸送至T細胞內(nèi)，再將改裝后的T細胞回輸至病人體內(nèi)，殺滅癌細胞。賓夕法尼亞大學的這項臨床研究結(jié)果如下：52位接受CAR-T療法tisagenlecleucel的急性淋巴細胞白血病(ALL)的患者中有29位患者得到了疾病的緩解?；诖隧椦芯?，F(xiàn)DA于同年批準了這項CAR-T療法用于治療ALL，并于次年批準可用于治療彌漫性大B細胞淋巴瘤。彼時一次治療的花費高達475000美元，有“天價治療”之稱。2020年一整年，Kymriah(tisagenlecleucel的商品名)治療ALL的緩解率大約為85%，超過一半的患者一年之后仍沒有復(fù)發(fā)。諾華公司表示他們計劃對患者展開15年的回訪以明確Kymriah持續(xù)效用時長。自此后多項CAR-T療法通過FDA審批用于治療淋巴瘤，白血病和多發(fā)性骨髓瘤等血液腫瘤。圖11CAR-T療法的成功，引起了學界對基因療法本質(zhì)的思考。究其根本，CAR-T療法并沒有解決基因功能紊亂的問題，而是賦予T細胞腫瘤殺手的屬性。結(jié)合基因治療的初始定義，很多人對這種療法是否為基因治療展開了討論。如何定義基因治療也成為一個灰色領(lǐng)域。寡核苷酸治療解救致命性基因疾病同上文所述的過繼細胞療法相同，RNAi和反義核苷酸藥物也陷入了同樣的境地。因其原理并不是糾正現(xiàn)有基因，而是利用短序列核苷酸和寡核苷酸去影響細胞內(nèi)基因表達為蛋白質(zhì)的過程。首先我們來了解RNAi介導(dǎo)基因沉默的過程：圖注：RNAi介導(dǎo)基因沉默的機理圖中左半邊揭示的是小干擾RNA(siRNA)沉默基因的途徑，當將其應(yīng)用于基因治療時，就是將合成的siRNA轉(zhuǎn)染進入細胞或器官內(nèi)部使其與RISC-AGO2組裝并進一步活化，最終導(dǎo)致靶標mRNA的有效降解和抑制。而圖中右半邊則闡述的是miRNA沉默基因的途徑，它也可以以與siRNA相似的方式阻止靶標mRNA的翻譯。關(guān)于寡核苷酸調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)表達有這樣一個經(jīng)典的成功案例：脊髓性肌肉萎縮癥(SMA)是一種由運動神經(jīng)存活蛋白(SMN)低水平表達導(dǎo)致的神經(jīng)性疾病。這種疾病一般在嬰幼兒時期就會得到診斷，其中的四種分型是依據(jù)疾病的嚴重程度和細胞產(chǎn)生SMN的能力而劃分的。在最嚴重的Ⅰ型SMA病例中，維持基本功能如呼吸，端坐或者吞咽對病人來說都是巨大的挑戰(zhàn)。診斷為Ⅰ型SMA的嬰兒在一年內(nèi)有90%的概率死亡，可以稱得上人類生命和健康的一大殺手。在人體中可以表達SMN蛋白的同源基因有兩種：一種是SMN1(超過90%包含外顯子7)；另一種是SMN2(大約10%包含外顯子7)。這導(dǎo)致SMN1主要合成功能性的SMN蛋白，而SM2主要合成截斷的非功能性的SMN蛋白(SMNΔ7)。而在SMN2基因只能少量表達功能性SMN蛋白而不足以彌補SMN1丟失所造成的影響。圖注：兩種SMN基因的轉(zhuǎn)錄Nusinersen就是一種誘導(dǎo)功能性SMN蛋白表達的反義寡核苷酸藥物(ASO)，該藥物由Biogen和伊奧尼斯制藥(Ionis)聯(lián)合開發(fā)，并于2016年被FDA批準用于治療兒童和成年SMA患者。該藥物的基本原理是其可以與SMN2前體mRNA外顯子7的下游內(nèi)含子相結(jié)合，從而誘導(dǎo)成熟mRNA包含外顯子7(避免切除)，并以此增加功能性SMN蛋白的產(chǎn)量。在一項旨在研究Nusinersen對初生發(fā)病SMA治療效果和安全性的隨機、雙盲、假對照試驗中，研究人員在間歇分析中發(fā)現(xiàn)相對于空白對照組，給藥組患者的運動里程碑應(yīng)答率顯著提高[21/51(41%)vs.0/27(0%)]，并且在終期分析中研究人員也得到了相似的結(jié)果。該結(jié)果也發(fā)表在新英格蘭醫(yī)學雜志上。圖注：NCT02193074臨床試驗結(jié)果自該藥品上市以來，全球范圍內(nèi)已有超過10000人獲益。盡管該治療不能完全使患者的運動功能恢復(fù)至正常，但它卻幫助患病人群延長了生命并且獲得了更有質(zhì)量的生活。其中最令人矚目的是，對于一些早在出生前就通過基因診斷確定患病的新生兒來說，出生后立馬給藥或許會阻止疾病的發(fā)生。基因編輯技術(shù)引領(lǐng)基因治療新時代2012年，EmmanuelleCharpentier和JenniferDoudna發(fā)現(xiàn)了CRISPR-Cas9系統(tǒng)并且憑此共享了2020年的諾貝爾化學獎，該系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)可以說是基因治療發(fā)展的一大里程碑，它放棄了直接傳送健康基因轉(zhuǎn)而過渡到準確修復(fù)細胞內(nèi)基因。圖注：2020年諾貝爾化學獎獲獎?wù)逤RISPER-Cas9的原理如下：該系統(tǒng)是在細菌中發(fā)現(xiàn)的一種免疫防御機制，它可以監(jiān)測入侵病毒的特定DNA，并且指導(dǎo)酶剪切和破壞病毒基因組。根據(jù)這一原理，研究人員利用這套系統(tǒng)精確剪切哺乳動物基因組。在7年的時間內(nèi)該技術(shù)也從體外實驗拓展到人體試驗。圖注：CRISPER-Cas9應(yīng)用于基因敲除和基因替換全球范圍內(nèi)有數(shù)以萬計的人患有鐮刀細胞病。該病的主要表征是鐮刀狀紅細胞的大量產(chǎn)生，這些形狀異常的紅細胞比健康的紅細胞更加粘稠、堅硬，它們往往會導(dǎo)致血管堵塞，貧血甚至致命的結(jié)果。而β型地中海貧血也是由于單個突變導(dǎo)致的血紅蛋白產(chǎn)能減少的一種血液疾病。對于這兩種血液病，主要的治療方法是輸血以及對癥治療某些并發(fā)癥，只有一部分找到合適骨髓配型的患者才可以通過骨髓移植治愈疾病，并且該部分患者也面臨著相對較高的并發(fā)癥風險和較長時間低下的生活質(zhì)量。而基因編輯治療為這兩類遺傳疾病帶來了曙光。某些臨床試驗開始利用體外編輯方法治療鐮刀細胞病和β地中海貧血。2021年6月Vertex制藥聯(lián)合CRISPR醫(yī)療宣布了一項利用CTX001(一種CRISPR-Cas9療法)治療上述兩種疾病的研究結(jié)果：15例β地中海貧血患者在接受治療后三個月內(nèi)血紅蛋白水平迅速提高并且無需輸血，7例鐮刀細胞病的患者也擁有相似的獲益并且在三個月內(nèi)沒有經(jīng)歷嚴重的疼痛。CTX001是通過基因編輯患者的造血干細胞，降低BCL11A基因的表達，從而使患者體內(nèi)胎兒血紅蛋白(HbF)上升(HbF是一種攜帶氧氣的血紅蛋白，在出生時自然存在，然后轉(zhuǎn)換為成人形式的血紅蛋白),緩解兩種疾病的貧血癥狀。圖注：CTX001治療原理03展望在在該篇文章中，小編帶大家回顧了基因治療發(fā)展史中幾大重要事件，在科學快速進步的時代背景下，基因治療又是如何博采眾長在曲折中前進的。越來越多的證據(jù)證明越來越多的證據(jù)證明，基因治療是擁有極大潛力的治療策略?；蛑委熆梢钥朔S多傳統(tǒng)藥物不可及的缺陷，例如：化學藥物耐藥性以及無法修正基因缺陷等。然而，基因治療仍然面臨極大挑戰(zhàn)，如：研發(fā)安全高效的基因遞送載體；針對昂貴基因療法的公共醫(yī)療保險覆蓋；提高基因療法的可及性；消除大眾對基因療法的偏見(彌合治療現(xiàn)狀與大眾心中想象的落差)；完善基因療法試驗終點的設(shè)計等。1./articles/d41586-021-02734-w2./articles/d41586-021-02736-83./articles/d41586-021-02737-74.SayedN,AllawadhiP.Genetherapy:Comprehensiveoverviewandtherape