2015-2016学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程第九课题组 基因治疗的发展现状与展望 上海交通大学医学院叶梓鹏，毛思薇，戈伊芹：化学化工学院白士浩，常国庆 【摘要】目的在学习遗传学相关知识的前提下，进一步对基因治疗这一医学热点技术和问题加以深 入了解和探究。方法借助网络和图书馆数据库，查找相关介绍资料、发表文献，将了解到的信息和小 组成员的思考汇总并分成基因治疗的发展史、现状与难题、展望三部分进行汇报展示。简介和发展史 基因治疗是从DNA层面，借助基因工程技术，替换不好的基因或掩蔽其表达，从而治疗疾病的一种新方 法，提出至今不过几十年。现状与难题技术层面上的困难体现在载体选择和导入基因的表达调控等 方面，导入和治疗效率较低：伦理层面上的挑战是基因治疗在切断遗传病的同时改变了人类的遗传物质， 破坏了传统的遗传理念。展望基因治疗的未来将是结合精准医疗，先对每个个体基因组测序，然后利 用各类药物靶向性治疗，提高效率和精准度，从而造福人类。 【关键词】 基因治疗：精准医疗：DNA:发展：难题：展望 The Development and Prospective of Gene Therapy YE Zi-peng,MAO Si-wei GE Yi-qin,BAI Shi-hao,CHANG Guo-ging(Shanghai Jiao Tong University) [Abstract]Objective After a systematic learning of genetics,we aim at having a further study and research on gene therapy,which is a medical hotspot in recent years.Method Through the Internet and the e-library of SJTU,we have found many introductions and relevant theses.With a heated discussion held,we refine them down to three sections(development,challenges and prospective)and have a presentation.Introduction Gene therapy is a new method which aims at replacing the pathogenic genes or concealing their expression through gene engineering techniques in order to cure the diseases in the aspect of DNA and has been put forward for only a few decades. Challenge The technical difficulties lie in selecting the carriers,expressing the transferred genes,etc.The efficiency of transferring and treating is low.On the other side,the ethical challenges lie in changing humans'DNA and destroying the traditional inherited concepts.Prospective Gene therapy will certainly be linked to precision medicine,which is planned to sequence the genome of the individual and use medicines for targeted therapy so that the efficiency and accuracy can be improved to benefit the humans. [Key Words]Gene Therapy:Precision Medicine:DNA:Development:Challenge:Prospective 1研究背景 并被认为将是21世纪医学革命的动力。 20世纪，生命医学领域取得重大突破和进展， 癌症多发的当下，若是能通过基因治疗彻底根 从孟德尔遗传定律被重新发现，到DNA是决定生 治，无疑将是患者的福音。必须指出的是，未来的 物体遗传的因子的确定，到以基因决定形状为核心 医学研究，若想取得成效，必须与基因挂钩，即从 的中心法则的确立，再到基因工程技术的应用和人 DNA层面入手。恰逢2015年，美国和中国的国家 类基因组计划，分子生物学、细胞生物学、遗传学 元首先后提出在本国大力推进精准医疗，通过对个 等围绕基因和性状研究的关键学科飞速发展。 人基因组测序，找到致病基因，并进行靶向治疗， 如果这项技术能够研发成功并应用，将大大提高基 有了以上基础学科的突破，从生物体的基因这 因治疗的效率和个性化。 一表达的本源出发治疗由于基因错误或表达错误 而产生的疾病的思想应运而生。基因治疗的提出， 针对以上热点问题，课题组成员在学习了相关 更是医学发展的重要里程碑，科研价值被广泛看好， 知识后，想进一步了解基因治疗的发展现状、面临
2015-2016 学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程 第九课题组 1 基因治疗的发展现状与展望 上海交通大学 医学院 叶梓鹏，毛思薇，戈伊芹；化学化工学院 白士浩，常国庆 【摘要】 目的 在学习遗传学相关知识的前提下，进一步对基因治疗这一医学热点技术和问题加以深 入了解和探究。 方法 借助网络和图书馆数据库，查找相关介绍资料、发表文献，将了解到的信息和小 组成员的思考汇总并分成基因治疗的发展史、现状与难题、展望三部分进行汇报展示。 简介和发展史 基因治疗是从 DNA 层面，借助基因工程技术，替换不好的基因或掩蔽其表达，从而治疗疾病的一种新方 法，提出至今不过几十年。 现状与难题 技术层面上的困难体现在载体选择和导入基因的表达调控等 方面，导入和治疗效率较低；伦理层面上的挑战是基因治疗在切断遗传病的同时改变了人类的遗传物质， 破坏了传统的遗传理念。 展望 基因治疗的未来将是结合精准医疗，先对每个个体基因组测序，然后利 用各类药物靶向性治疗，提高效率和精准度，从而造福人类。 【关键词】 基因治疗；精准医疗；DNA；发展；难题；展望 The Development and Prospective of Gene Therapy YE Zi-peng, MAO Si-wei, GE Yi-qin, BAI Shi-hao, CHANG Guo-qing (Shanghai Jiao Tong University) 【Abstract】 Objective After a systematic learning of genetics, we aim at having a further study and research on gene therapy, which is a medical hotspot in recent years. Method Through the Internet and the e-library of SJTU, we have found many introductions and relevant theses. With a heated discussion held, we refine them down to three sections (development, challenges and prospective) and have a presentation. Introduction Gene therapy is a new method which aims at replacing the pathogenic genes or concealing their expression through gene engineering techniques in order to cure the diseases in the aspect of DNA and has been put forward for only a few decades. Challenge The technical difficulties lie in selecting the carriers, expressing the transferred genes, etc. The efficiency of transferring and treating is low. On the other side, the ethical challenges lie in changing humans’DNA and destroying the traditional inherited concepts. Prospective Gene therapy will certainly be linked to precision medicine, which is planned to sequence the genome of the individual and use medicines for targeted therapy so that the efficiency and accuracy can be improved to benefit the humans. 【Key Words】 Gene Therapy；Precision Medicine；DNA；Development；Challenge；Prospective 1 研究背景 20 世纪，生命医学领域取得重大突破和进展， 从孟德尔遗传定律被重新发现，到 DNA 是决定生 物体遗传的因子的确定，到以基因决定形状为核心 的中心法则的确立，再到基因工程技术的应用和人 类基因组计划，分子生物学、细胞生物学、遗传学 等围绕基因和性状研究的关键学科飞速发展。 有了以上基础学科的突破，从生物体的基因这 一表达的本源出发治疗由于基因错误或表达错误 而产生的疾病的思想应运而生。基因治疗的提出， 更是医学发展的重要里程碑，科研价值被广泛看好， 并被认为将是 21 世纪医学革命的动力。 癌症多发的当下，若是能通过基因治疗彻底根 治，无疑将是患者的福音。必须指出的是，未来的 医学研究，若想取得成效，必须与基因挂钩，即从 DNA 层面入手。恰逢 2015 年，美国和中国的国家 元首先后提出在本国大力推进精准医疗，通过对个 人基因组测序，找到致病基因，并进行靶向治疗， 如果这项技术能够研发成功并应用，将大大提高基 因治疗的效率和个性化。 针对以上热点问题，课题组成员在学习了相关 知识后，想进一步了解基因治疗的发展现状、面临
2015-2016学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程第九课题组 难题，并展望这项关键技术的未来应用。 隆、PC℉聚合酶链式反应等方法，第二步是外源基 因的转移，包括电穿孔法、直接显微注射法、化学 2研究方法 法等，而我们最常见、最熟悉的就是PC℉技术和显 微注射法。第⑥步，回输体内，是基因治疗中的决 2.1资料文献查找 定性技术，医生可以选择体内或者体外治疗，前者 课题组通过中国知网、万方数据、PubMed等 是直接将携带基因的载体注射到受损细胞所在区 中西文学术数据库，首先找到了与我们的研究课题 域，后者则是抽取病人的血液或者骨髓，分离出未 相近的2005年四川大学华西医院的论文山和1995 成熟的细胞，接着将基因送入这些细胞，再重新注 年中国协和医科大学的论文)，这两篇文献的作者 射到病人的血液中。这些细胞会移动到骨髓，在那 从专业角度，结合病理学和众多临床试验对存在的 边成熟并大量增殖，最终替换掉那些受损的细胞。 问题进行分析。在阅读他们的文章后，我们确定课 两者各有优劣，后者是对全身性表现症状的治疗更 题定位，降低专业性，提高科普性和时代性，站在 彻底，而前者对局部表现基因缺陷或表达错误的疾 2015年的新时期回顾过去，展望未来。 病治疗更有针对性，例如肿瘤。 我们查找的文献资料包括基因治疗的概念和 基因治疗可以按基因操作分类，一类是基因修 技术普及类，临床试验类，具体疾病治疗效果类，正和基因置换，即将缺陷基因的异常序列进行矫正， 不良反应和副作用类，发展前景和设想类，多类型 对缺陷基因精确地原位特异性修复，不涉及基因组 的文献资料，只为追求全面客观深刻的认识。 的其他任何改变。另一类是基因增强和基因失活， 即不去除异常基因，而通过导入外源基因使其表达 2.2小组成员讨论 正常产物，从而补偿缺陷基因等的功能：或特异封 闭某些基因的翻译或转录，以达到抑制某些异常基 我们认识到，尽管基因治疗己经提出并实验多 因表达。 年，但真正走上临床应用的产品却屈指可数。学者 对基因治疗的态度经历了“乐观热情-失望怀疑理 还可以按靶细胞分为生殖细胞治疗和体细胞 性挑战”的过程。基因治疗的难题多样，这与任何 治疗。广义的生殖细胞基因治疗以精子，卵子和早 一项技术初期发展缓慢是一致的，瓶颈期的突破需 期胚胎细胞作为治疗对象。由于当前基因治疗技术 要花费巨大的时间和精力：与此同时，精准医疗的 还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，对于人类 提出是可能帮助走出困境的一条通道，因此应当予的基因治疗目前仅限于体细胞阿。 以重视并保持乐观与积极的态度，不轻言放弃。 4 基因治疗的发展史 3 基因治疗的简介 人类疾病分内源性因素和外源性因素，当内源 所谓基因治疗，就是把一个具有治疗作用的基 基因突变找不到合适的方法时，科学家们提出了基 因放到病人的细胞中，借此替换缺失和功能异常的 因治疗的理论。恰逢基因工程技术通过获取基因并 基因，或者借此过度表达好的基因，把坏的基因遮 转移以得到好的表达这一新思路在动植物身上的 蔽住，最终达到治疗某种疾病的方法。广义上讲是 试验获得成功，人们就想能不能也运用到人身上为 从DNA层面治疗由于基因缺陷而引发的疾病)。 人类造福，自此，基因治疗步入了人们的视线。 基因治疗一直以来是一个复杂的工程，通常有 从国际范围看，基因治疗的发展划分如下三个 以下几个步骤：转移、表达、安全措施。主要的程 历史阶段，而我国由于起步稍晚分界较不明显。 序有：①获得治疗性基因：②选择基因载体的： ③选择靶细胞：④选择基因转移方法：⑤选择鉴 ①准备期间(1980-1989年)。这是基因治疗的 定转导细胞：⑥回输体内4。 “禁锢时代”，从学术界到宗教、伦理、法界，对 基因治疗能否进入临床争议很大。直到20世纪80 上述过程中的第④步，基因转移，作为其中一 年代末，美国FDA才同意先将载体导入作为“基因 项关键技术，包括很多种技术方法，分为两步，第 标记”的临床试验，随后正式批准治疗性临床试验。 一步是特异正常基因的合成，包括目标基因分离克 在这个阶段中，科学家们进行了大量的研究工作， 2
2015-2016 学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程 第九课题组 2 难题，并展望这项关键技术的未来应用。 2 研究方法 2.1 资料文献查找 课题组通过中国知网、万方数据、PubMed 等 中西文学术数据库，首先找到了与我们的研究课题 相近的 2005 年四川大学华西医院的论文[1]和 1995 年中国协和医科大学的论文[2]，这两篇文献的作者 从专业角度，结合病理学和众多临床试验对存在的 问题进行分析。在阅读他们的文章后，我们确定课 题定位，降低专业性，提高科普性和时代性，站在 2015 年的新时期回顾过去，展望未来。 我们查找的文献资料包括基因治疗的概念和 技术普及类，临床试验类，具体疾病治疗效果类， 不良反应和副作用类，发展前景和设想类，多类型 的文献资料，只为追求全面客观深刻的认识。 2.2 小组成员讨论 我们认识到，尽管基因治疗已经提出并实验多 年，但真正走上临床应用的产品却屈指可数。学者 对基因治疗的态度经历了“乐观热情-失望怀疑-理 性挑战”的过程。基因治疗的难题多样，这与任何 一项技术初期发展缓慢是一致的，瓶颈期的突破需 要花费巨大的时间和精力；与此同时，精准医疗的 提出是可能帮助走出困境的一条通道，因此应当予 以重视并保持乐观与积极的态度，不轻言放弃。 3 基因治疗的简介 所谓基因治疗，就是把一个具有治疗作用的基 因放到病人的细胞中，借此替换缺失和功能异常的 基因，或者借此过度表达好的基因，把坏的基因遮 蔽住，最终达到治疗某种疾病的方法。广义上讲是 从 DNA 层面治疗由于基因缺陷而引发的疾病[3]。 基因治疗一直以来是一个复杂的工程，通常有 以下几个步骤：转移、表达、安全措施 。主要的程 序有：① 获得治疗性基因；② 选择基因载体的； ③ 选择靶细胞；④ 选择基因转移方法；⑤ 选择鉴 定转导细胞；⑥ 回输体内[4]。 上述过程中的第④步，基因转移，作为其中一 项关键技术，包括很多种技术方法，分为两步，第 一步是特异正常基因的合成，包括目标基因分离克 隆、PCR 聚合酶链式反应等方法，第二步是外源基 因的转移，包括电穿孔法、直接显微注射法、化学 法等，而我们最常见、最熟悉的就是 PCR 技术和显 微注射法。第⑥步，回输体内，是基因治疗中的决 定性技术，医生可以选择体内或者体外治疗，前者 是直接将携带基因的载体注射到受损细胞所在区 域，后者则是抽取病人的血液或者骨髓，分离出未 成熟的细胞，接着将基因送入这些细胞，再重新注 射到病人的血液中。这些细胞会移动到骨髓，在那 边成熟并大量增殖，最终替换掉那些受损的细胞。 两者各有优劣，后者是对全身性表现症状的治疗更 彻底，而前者对局部表现基因缺陷或表达错误的疾 病治疗更有针对性，例如肿瘤[5]。 基因治疗可以按基因操作分类，一类是基因修 正和基因置换，即将缺陷基因的异常序列进行矫正， 对缺陷基因精确地原位特异性修复，不涉及基因组 的其他任何改变。另一类是基因增强和基因失活， 即不去除异常基因，而通过导入外源基因使其表达 正常产物，从而补偿缺陷基因等的功能；或特异封 闭某些基因的翻译或转录，以达到抑制某些异常基 因表达。 还可以按靶细胞分为生殖细胞治疗和体细胞 治疗。广义的生殖细胞基因治疗以精子，卵子和早 期胚胎细胞作为治疗对象。由于当前基因治疗技术 还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，对于人类 的基因治疗目前仅限于体细胞[6]。 4 基因治疗的发展史 人类疾病分内源性因素和外源性因素，当内源 基因突变找不到合适的方法时，科学家们提出了基 因治疗的理论。恰逢基因工程技术通过获取基因并 转移以得到好的表达这一新思路在动植物身上的 试验获得成功，人们就想能不能也运用到人身上为 人类造福，自此，基因治疗步入了人们的视线。 从国际范围看，基因治疗的发展划分如下三个 历史阶段，而我国由于起步稍晚分界较不明显。 ① 准备期间（1980-1989 年）。这是基因治疗的 “禁锢时代”，从学术界到宗教、 伦理、法界，对 基因治疗能否进入临床争议很大。直到 20 世纪 80 年代末，美国 FDA 才同意先将载体导入作为“基因 标记”的临床试验，随后正式批准治疗性临床试验。 在这个阶段中，科学家们进行了大量的研究工作
2015-2016学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程第九课题组 同时也在舆论上做了很多准备工作。 (今又生)，针对人类P53抑癌基因发生突变不能 发挥作用（肝癌的一大重要致病机理），在临床试验 ②狂热期(1990-1995年)。1990年9月，美 中取得一定成效，经过皮肝动脉注射后，将病毒与 国国立卫生研究院的Anderson和Base将腺苷酸脱 P53正常基因的重组DNA导入肝细胞，抑癌基因 氨酶(ADA)基因用反转录病毒导入人自身T淋巴 有效表达，启动肿瘤细胞调亡的信号通路，通过免 细胞，经扩增后输回患者体内，成功治愈一位由于 疫系统特异性杀死之，经过试验，患者血清P53蛋 ADA基因缺陷导致严重免疫异常的4岁女孩。这 白浓度明显增高，五年生存率较传统方法大为提高。 也是世界上第一例基因治疗成功的病例。自此，全 那么，为什么这种方法现今仍然没有大面积推广到 世界掀起了基因治疗研究的热潮。这种狂热也从国 临床上治疗所有类型的癌症呢？原因是基因治疗 外传至国内。 仍面临很多技术难题和伦理争议⑧。 ③理性期(1996年至今)。1999年随着一位 5.2技术层面难题 18岁的美国青年在美国宾夕法尼亚大学人类基因 治疗中心接受治疗时不幸死亡，成为被报道的首例 分析P53基因治疗的方法，可以发现它的局部 死于基因治疗的患者。更进一步的是，2003年，一 成功是十分幸运的，例如腺病毒可以在特定条件下 份来自伦敦和巴黎的报告声称，有5名接受基因治完成靶向进入肝癌细胞完成P53基因的表达任务： 疗的儿童被发现患上了白血病。这让人们对基因治 腺病毒的基因没有与肝细胞中的基因发生相互反 疗的态度从狂热转入理性化的思索，人们开始对基 应，例如调控其某些基因的表达（至少目前没有发 因治疗的技术和伦理发展以及其前景进行冷静的 现其潜在相互反应的危害)。但这种药物导入效率 思考与反思，基因治疗遇到了前所未有的压力和挑 仍然不高（与无法赶上癌细胞生长速度），更需要多 战7。 次、反复治疗，而且不能针对其他致癌的因素引发 的肿瘤。所以目前的研究尚且浅显，难题众多。 一直到现在，基因治疗在各国一直不断的发展 和改进，中国的基因治疗技术也在不断的突破， 5.2.1 载体选择和导入基因表达调控 2014年2月10日在线发表的《细胞》杂志上，中 国学者发布靶向基因编辑里程碑成果。来自南京医 基因本身是无法自己进入到细胞体内的，必须 科大学和中国科学院昆明动物所的研究人员利用 依靠一定的载体才行，而病毒就是最好的选择，因 靶向基因编辑技术产生的编辑猴在中国出生，灵长 为病毒可以侵入人体。我们知道，在人类基因中只 类动物为人类的研究提供了极大的便利。 有5%的基因得到了表达，另外95%的基因在正常 情况下处于未激活状态或起修饰和调控作用，而这 5 基因治疗的现状 些巨量的基因却又不为我们所认识。理想的基因治 疗应该能根据病变的性质和严重程度的不同，调控 5.1临床试验和应用 治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或 方式表达。可是，目前科学家不具备这样的掌控力， 作为人类生命的第一大杀手，癌症，也就是恶 不论是从缺陷基因的补充还是其表达上。 性肿瘤，是目前基因治疗的主要研究对象。癌细胞 是由于细胞生长和分裂失控，导致高度分化的细胞 病毒插入染色体后的位置是随机的，谁也无法 脱分化并肆意分裂生长，发生癌变的细胞摄取过多 保证它不会突然触碰到某些癌基因，治病不成，反 营养物质，其所在器官剧烈膨胀挤压其他器官或组 把它们给激活了，因为癌基因被激活的原理之一就 织，使身体综合机能受到严重破坏而致死，由于控 是外源DNA插入过程中破坏了其本身的结构。例 制细胞分裂的是基因，因此相较于传统的手术、放 如，2002年法国的Fischer教授对患有严重联合免 疗、化疗这些不具备靶向性的手段，从基因层面着 疫缺陷病的儿童实施基因疗法，当时疗效很显著， 手治疗理论上讲是最有效和可行的。 但随后其中5名患者出现了类似白血病症状，后有 一名患病儿童死亡，这在当时引起广泛争议9。 对于三大癌症中肝癌的治疗，由于其易复发和 转移，传统手段对于提高生存率收效甚微，基因治 非病毒载体最初在基因治疗临床试验中的使 疗是目前来看唯一可能奏效的方法。例如，我国研 用率很低，但它的生物安全性显然要高于病毒载体。 发并上市的肿瘤基因治疗药物P53腺病毒注射液
2015-2016 学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程 第九课题组 3 同时也在舆论上做了很多准备工作。 ② 狂热期（1990-1995 年）。1990 年 9 月，美 国国立卫生研究院的 Anderson 和 Base 将腺苷酸脱 氨酶（ADA）基因用反转录病毒导入人自身 T 淋巴 细胞，经扩增后输回患者体内，成功治愈一位由于 ADA 基因缺陷导致严重免疫异常的 4 岁女孩。这 也是世界上第一例基因治疗成功的病例。自此，全 世界掀起了基因治疗研究的热潮。这种狂热也从国 外传至国内。 ③ 理性期（1996 年至今）。1999 年随着一位 18 岁的美国青年在美国宾夕法尼亚大学人类基因 治疗中心接受治疗时不幸死亡，成为被报道的首例 死于基因治疗的患者。更进一步的是，2003 年，一 份来自伦敦和巴黎的报告声称，有 5 名接受基因治 疗的儿童被发现患上了白血病。这让人们对基因治 疗的态度从狂热转入理性化的思索，人们开始对基 因治疗的技术和伦理发展以及其前景进行冷静的 思考与反思，基因治疗遇到了前所未有的压力和挑 战[7]。 一直到现在，基因治疗在各国一直不断的发展 和改进，中国的基因治疗技术也在不断的突破， 2014 年 2 月 10 日在线发表的《细胞》杂志上，中 国学者发布靶向基因编辑里程碑成果。来自南京医 科大学和中国科学院昆明动物所的研究人员利用 靶向基因编辑技术产生的编辑猴在中国出生，灵长 类动物为人类的研究提供了极大的便利。 5 基因治疗的现状 5.1 临床试验和应用 作为人类生命的第一大杀手，癌症，也就是恶 性肿瘤，是目前基因治疗的主要研究对象。癌细胞 是由于细胞生长和分裂失控，导致高度分化的细胞 脱分化并肆意分裂生长，发生癌变的细胞摄取过多 营养物质，其所在器官剧烈膨胀挤压其他器官或组 织，使身体综合机能受到严重破坏而致死，由于控 制细胞分裂的是基因，因此相较于传统的手术、放 疗、化疗这些不具备靶向性的手段，从基因层面着 手治疗理论上讲是最有效和可行的。 对于三大癌症中肝癌的治疗，由于其易复发和 转移，传统手段对于提高生存率收效甚微，基因治 疗是目前来看唯一可能奏效的方法。例如，我国研 发并上市的肿瘤基因治疗药物 P53 腺病毒注射液 （今又生），针对人类 P53 抑癌基因发生突变不能 发挥作用（肝癌的一大重要致病机理），在临床试验 中取得一定成效，经过皮肝动脉注射后，将病毒与 P53 正常基因的重组 DNA 导入肝细胞，抑癌基因 有效表达，启动肿瘤细胞凋亡的信号通路，通过免 疫系统特异性杀死之，经过试验，患者血清 P53 蛋 白浓度明显增高，五年生存率较传统方法大为提高。 那么，为什么这种方法现今仍然没有大面积推广到 临床上治疗所有类型的癌症呢？原因是基因治疗 仍面临很多技术难题和伦理争议[8]。 5.2 技术层面难题 分析 P53 基因治疗的方法，可以发现它的局部 成功是十分幸运的，例如腺病毒可以在特定条件下 完成靶向进入肝癌细胞完成 P53 基因的表达任务； 腺病毒的基因没有与肝细胞中的基因发生相互反 应，例如调控其某些基因的表达（至少目前没有发 现其潜在相互反应的危害）。但这种药物导入效率 仍然不高（与无法赶上癌细胞生长速度），更需要多 次、反复治疗，而且不能针对其他致癌的因素引发 的肿瘤。所以目前的研究尚且浅显，难题众多。 5.2.1 载体选择和导入基因表达调控 基因本身是无法自己进入到细胞体内的，必须 依靠一定的载体才行，而病毒就是最好的选择，因 为病毒可以侵入人体。我们知道，在人类基因中只 有 5%的基因得到了表达，另外 95%的基因在正常 情况下处于未激活状态或起修饰和调控作用，而这 些巨量的基因却又不为我们所认识。理想的基因治 疗应该能根据病变的性质和严重程度的不同，调控 治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或 方式表达。可是，目前科学家不具备这样的掌控力， 不论是从缺陷基因的补充还是其表达上。 病毒插入染色体后的位置是随机的，谁也无法 保证它不会突然触碰到某些癌基因，治病不成，反 把它们给激活了，因为癌基因被激活的原理之一就 是外源 DNA 插入过程中破坏了其本身的结构。例 如，2002 年法国的 Fischer 教授对患有严重联合免 疫缺陷病的儿童实施基因疗法，当时疗效很显著， 但随后其中 5 名患者出现了类似白血病症状，后有 一名患病儿童死亡，这在当时引起广泛争议[9]。 非病毒载体最初在基因治疗临床试验中的使 用率很低，但它的生物安全性显然要高于病毒载体
2015-2016学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程第九课题组 随着脂质体、多聚物，以及它们的复合物等载体的 质粒在动植物内的表达率并不高，但尚且能够通过 出现，结合电脉冲、超声等技术，一定程度上可以 筛选培养达到目的，然而当这项技术应用到疾病治 提高导入效率和靶向性。 疗时就没那么容易了，毕竞癌细胞不像动植物产品， 可以让我们筛选培养，这关系到每个个体的生命， 国外还存在一种新的思路，那就是通过移植基 因此外源基因要想长期在癌症患者体内存活，还需 因来改良造血干细胞，使宿主产生新的免疫系统， 探索更高效的方法。 从而让肿瘤消失，这与直接移植造血干细胞的效果 相似。 5.2.3实验模型选用和临床试验开展 当然，正如最早提出的病毒载体现在四处碰壁， 目前进行的动物实验主要是针对小鼠癌症进 谁也不能保证这两种新的思路能够一帆风顺，我们 行的，通过逆转录病毒在小鼠癌细胞内的表达取得 在选择合适的载体，做到对人体安全、高效导入和 一定的成效，积累了一些经验。然而由于小鼠与人 自我复制：调控基因表达，不改变目标基因外的其 体器官结构和生理差异较大，且实验所用为移植性 他基因等方面还有很长的路要走。 癌症，与人类的原发性癌症从病原和病理上也有所 差异，因而临床试验推进速度较慢。 5.2.2外源基因的长期有放性 另外一大原因是，人们对于基因工程本就持有 由于外源基因的载体多是可进行逆转录的病 一种审慎的态度。我们不得不承认我们只了解到基 毒，病毒在人体中能够自我复制的时效是有限的， 因的冰山一角，毕竞基因是一切生命最本原的核心， 人体的免疫系统无法识别癌细胞这一“异己”，却能 构成了当今复杂神秘而奇幻无比的生物世界，即便 高效识别病毒，由于用于治疗的病毒不能给人体造 能够测出TCGA,即便解开了遗传密码子，生物体 成附加伤害，一般是低毒性的，很容易被免疫系统 更复杂的机制还等待我们进一步探索，比如致癌基 杀死，这样其所携带的外源基因就无法继续在细胞 因与抑癌基因的拮抗，基因对于性状表现调控的更 内复制并通过病毒侵入其他癌细胞使之得以表达。 深层次的机制，神经系统对于肿瘤生长的影响，免 疫系统识别癌细胞以及系统激活等影响癌症的因 即使重复注射来提高病毒浓度和侵入癌细胞 素是如何运作的。因而，对于有潜在风险，而且风 数量，又不得不考虑到人体免疫系统的特异性免疫 险急不可控的技术，不论是患者、医生还是官方都 在初次免疫后具有记忆功能，当同样的含有病毒 不敢贸然尝试。 DNA的药物再次侵入人体后，淋巴细胞将比之前更 为高效地杀死病毒，形成一种特殊的“耐药性”。例 但不得不指出的是，冒险和保守的权衡还应具 如，从1988年美国批准第一项对恶性肿瘤进行基 体对象具体分析，例如对于癌症中晚期来讲，由于 因治疗的临床试验开始，仍没有一例患者体内的外 没有成熟的显著提高生存率的方法，在“保守必死， 源基因浓度检测结果能保持平稳状态而不随注射 冒险仍有一线生机”的情况下，倒是可以鼓励患者 基因药物时间推移而下降，这一结果令当时对基因 积极参与临床试验和相关治疗，一方面可以提高自 治疗持狂热态度的科学家大失所望。 己存活的年限，另一方面通过试验样本容量的扩大 使技术更完美，让更成熟的治疗方案应用于后人身 除了受到免疫系统的排异作用，外源基因还受 上，为医学做出自己的贡献。这个问题的考量还需 到癌基因的同化作用。人体器官或组织中的细胞数 具体根据患者的实际病情和意愿进行山。 量庞大，病毒能够侵入的癌细胞是有限的，几个“好 细胞”的作用无法与众多“坏细胞”抗衡，特别是 5.3 伦理层面难题 癌症中晚期患者，癌细胞不论是数量还是增值速度， 都远超载体病毒侵入细胞数和外源基因调控表达 基因治疗作为新时代治疗疾病的一种方法其 的速度。不仅如此，由于“好细胞”增殖速度慢， 可能显著效果得到医学界的高度青睐，给患者带去 而“坏细胞”疯狂增殖，可想而知癌细胞的比例仍 了希望，但是伴随着全新生物学方法的是相应的伦 在上升，正常细胞将被癌细胞挤压难以存活，最终 理学问题，基因治疗受到了一些生命伦理学家根据 被“同化”，结果就是外源基因丧失其表达0。 基本伦理原则（有利原则、尊重自主原则、不伤害 原则、公正原则)而提出的质疑和批评。 基因工程的早期产品通过携带目标基因重组 4
2015-2016 学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程 第九课题组 4 随着脂质体、多聚物，以及它们的复合物等载体的 出现，结合电脉冲、超声等技术，一定程度上可以 提高导入效率和靶向性。 国外还存在一种新的思路，那就是通过移植基 因来改良造血干细胞，使宿主产生新的免疫系统， 从而让肿瘤消失，这与直接移植造血干细胞的效果 相似。 当然，正如最早提出的病毒载体现在四处碰壁， 谁也不能保证这两种新的思路能够一帆风顺，我们 在选择合适的载体，做到对人体安全、高效导入和 自我复制；调控基因表达，不改变目标基因外的其 他基因等方面还有很长的路要走。 5.2.2 外源基因的长期有效性 由于外源基因的载体多是可进行逆转录的病 毒，病毒在人体中能够自我复制的时效是有限的， 人体的免疫系统无法识别癌细胞这一“异己”，却能 高效识别病毒，由于用于治疗的病毒不能给人体造 成附加伤害，一般是低毒性的，很容易被免疫系统 杀死，这样其所携带的外源基因就无法继续在细胞 内复制并通过病毒侵入其他癌细胞使之得以表达。 即使重复注射来提高病毒浓度和侵入癌细胞 数量，又不得不考虑到人体免疫系统的特异性免疫 在初次免疫后具有记忆功能，当同样的含有病毒 DNA 的药物再次侵入人体后，淋巴细胞将比之前更 为高效地杀死病毒，形成一种特殊的“耐药性”。例 如，从 1988 年美国批准第一项对恶性肿瘤进行基 因治疗的临床试验开始，仍没有一例患者体内的外 源基因浓度检测结果能保持平稳状态而不随注射 基因药物时间推移而下降，这一结果令当时对基因 治疗持狂热态度的科学家大失所望。 除了受到免疫系统的排异作用，外源基因还受 到癌基因的同化作用。人体器官或组织中的细胞数 量庞大，病毒能够侵入的癌细胞是有限的，几个“好 细胞”的作用无法与众多“坏细胞”抗衡，特别是 癌症中晚期患者，癌细胞不论是数量还是增值速度， 都远超载体病毒侵入细胞数和外源基因调控表达 的速度。不仅如此，由于“好细胞”增殖速度慢， 而“坏细胞”疯狂增殖，可想而知癌细胞的比例仍 在上升，正常细胞将被癌细胞挤压难以存活，最终 被“同化”，结果就是外源基因丧失其表达[10]。 基因工程的早期产品通过携带目标基因重组 质粒在动植物内的表达率并不高，但尚且能够通过 筛选培养达到目的，然而当这项技术应用到疾病治 疗时就没那么容易了，毕竟癌细胞不像动植物产品， 可以让我们筛选培养，这关系到每个个体的生命， 因此外源基因要想长期在癌症患者体内存活，还需 探索更高效的方法。 5.2.3 实验模型选用和临床试验开展 目前进行的动物实验主要是针对小鼠癌症进 行的，通过逆转录病毒在小鼠癌细胞内的表达取得 一定的成效，积累了一些经验。然而由于小鼠与人 体器官结构和生理差异较大，且实验所用为移植性 癌症，与人类的原发性癌症从病原和病理上也有所 差异，因而临床试验推进速度较慢。 另外一大原因是，人们对于基因工程本就持有 一种审慎的态度。我们不得不承认我们只了解到基 因的冰山一角，毕竟基因是一切生命最本原的核心， 构成了当今复杂神秘而奇幻无比的生物世界，即便 能够测出 TCGA，即便解开了遗传密码子，生物体 更复杂的机制还等待我们进一步探索，比如致癌基 因与抑癌基因的拮抗，基因对于性状表现调控的更 深层次的机制，神经系统对于肿瘤生长的影响，免 疫系统识别癌细胞以及系统激活等影响癌症的因 素是如何运作的。因而，对于有潜在风险，而且风 险急不可控的技术，不论是患者、医生还是官方都 不敢贸然尝试。 但不得不指出的是，冒险和保守的权衡还应具 体对象具体分析，例如对于癌症中晚期来讲，由于 没有成熟的显著提高生存率的方法，在“保守必死， 冒险仍有一线生机”的情况下，倒是可以鼓励患者 积极参与临床试验和相关治疗，一方面可以提高自 己存活的年限，另一方面通过试验样本容量的扩大 使技术更完美，让更成熟的治疗方案应用于后人身 上，为医学做出自己的贡献。这个问题的考量还需 具体根据患者的实际病情和意愿进行[11]。 5.3 伦理层面难题 基因治疗作为新时代治疗疾病的一种方法其 可能显著效果得到医学界的高度青睐，给患者带去 了希望，但是伴随着全新生物学方法的是相应的伦 理学问题，基因治疗受到了一些生命伦理学家根据 基本伦理原则（有利原则、尊重自主原则、不伤害 原则、公正原则）而提出的质疑和批评
2015-2016学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程第九课题组 5.3.1基因治疗的临床研究 越来越多的敏感信息的时候，数据资料保护也成了 一个最重要的伦理道德问。不过，这也不是绝对的， 引例：1999年，美国一位18岁的鸟氨酸转甲 当种族性、家庭性等严重致死性遗传病出现时根据 酰酶缺乏症患者死于基因治疗。这种鸟氨酸代谢失 “社会效益第一原则”与受试者协商后在尊重其自 调的疾病本可以通过营养和药物得以控制，但他却 主权的前提下可以向相关高危人群传递信息以便 接受了宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究所给予 提前采取措施和治疗)。 的基因治疗临床I期试验。这是第一例直接因体细 胞基因治疗而死亡的临床试验。在一次听证会上其 5.3.2从疾病治疗向基因美容演变 父亲说：“我儿子事先并没有被告知有什么严重的 危险，他被诱导并错误地相信这次人体实验有利于 改善、提高人类遗传特征的想法古已有之，当 他。”病患是受一个病人咨询网站吸引而去的，该事 前争论的焦点是：基因治疗的目的是为了治疗重大 件中的当事人威尔森拥有一个公司，这个公司对他 疾病还是为了改进人类的生物特征？同时这也涉 实验室中的发现拥有专利权。这就是说，他和他的 及到对医学的价值和终极目标的理解，即医学的目 同事在这项技术知识产权的诱惑下，违反科研伦理 的仅仅是对付疾病、缺陷，还是按照人们的理想制 进行了这次体细胞基因治疗试验。这个事件的发生 造“超人”？不论是体细胞治疗还是生殖细胞治疗， 使许多基因治疗项目推迟。 都面临着从遗传病治疗向基因美容演变的问题。基 因美容又称“遗传增强”，它不再是治疗遗传病，而 从这个案例我们可以看出这是由于患者并没 是在人的基因组中植入某种“强壮基因”或提高智 有被清楚地告知接受该治疗的后果，并且本来是有 力的“聪明基因”等等，以使人在某些方面具有更 更优的治疗方案的，这很明显是违背了无伤害原则一 优越的特点，或者是通过基因操纵使某些基因“失 和尊重自主原则。由此，对于基因治疗的临床研究 活”以消除某些“非期望”的性状。 应有如下几点要求： 在遗传病治疗和改善人的遗传素质之间作明 ①要明确基因治疗的研究目的，必须以治疗 确区别和限制实际上是十分困难的，一旦科学家可 严重疾病为目的。 以去纠正遗传缺陷，就很难再反对另外附加某些理 想的遗传性状。就假设人们能够通过基因干预把胎 ②要探索药物的最大耐受剂量以评估其安全 儿的智商从60提高到100，那么再把它提高20或 性。普通药物的临床试验主要是探索其最大耐受剂 30个百分点，很难说在道德上不允许这样做。虽然 量以评估安全性，但对于基因治疗研究，我们更关 人类基因组不存在“黄金标准”，但遗传增强必然涉 心其某剂量下的生物活性以及最佳有效剂量，因此 及对人类许多正常性状优劣的评价，而这又必然加 在早期临床试验中相应的测量指标应做出变动。 深建立在性状差异基础上的个人歧视和种族歧视。 ③全面选择研究受试者并保护和尊重他们。 例如，美国使用促生长素药物使身材较矮小的 认真评价潜在受试者的预期风险、负担和受益比后 人增高的成功，已使这种理论变成了现实。生产该 在受试者或监护人自愿的前提下，结合“风险利益 药的公司鼓吹需要用促生长素治疗以使正常身高 原则”，相对放宽基因治疗研究受试者的纳入标准， 的孩子超过同龄人，虽然这不是使用基因治疗的办 也纳入不同阶段受试者、弱势群体、健康人员进行 法，但把正常的身材矮小称为“疾病”状态，这符 治疗研究疗效的综合评价。 合伦理原则吗？然而，人们希望生育更好更完美的 孩子有错吗？一些生物学家把愈来愈多的社会现 ④知情同意原则：基因治疗的种种局限性以 象如暴力犯罪等与基因联系起来，这会对优生带来 及其发展治疗研究的国内外进展情况都应以书面、 影响吗？欲望一旦和物质利益相结合，将把优生学 视频、录音等形式告知受试者及其家属。在受试者 引向何方？会不会使人类基因的多样性消失？基 和家属充分理解其内容含义，自愿签署知情同意 因治疗这一技术革新带来的伦理问题值得深思4。 书后，才能开始进行基因治疗研究2。 5.3.3医学伦理委员会的建设 ⑤隐私权保护问题：基因治疗涉及包含个体 最根本“秘密”的基因，关系到人的细胞和组织控 我国医院伦理委员会的职能定位为“关于医学 制。每一个体的基因遗传都具唯一性，当可以获得
2015-2016 学年第一学期 上海交通大学《遗传学与社会》课程 第九课题组 5 5.3.1 基因治疗的临床研究 引例：1999 年，美国一位 18 岁的鸟氨酸转甲 酰酶缺乏症患者死于基因治疗。这种鸟氨酸代谢失 调的疾病本可以通过营养和药物得以控制，但他却 接受了宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究所给予 的基因治疗临床 I 期试验。这是第一例直接因体细 胞基因治疗而死亡的临床试验。在一次听证会上其 父亲说：“我儿子事先并没有被告知有什么严重的 危险，他被诱导并错误地相信这次人体实验有利于 他。”病患是受一个病人咨询网站吸引而去的，该事 件中的当事人威尔森拥有一个公司，这个公司对他 实验室中的发现拥有专利权。这就是说，他和他的 同事在这项技术知识产权的诱惑下，违反科研伦理 进行了这次体细胞基因治疗试验。这个事件的发生 使许多基因治疗项目推迟。 从这个案例我们可以看出这是由于患者并没 有被清楚地告知接受该治疗的后果，并且本来是有 更优的治疗方案的，这很明显是违背了无伤害原则 和尊重自主原则。由此，对于基因治疗的临床研究 应有如下几点要求： ① 要明确基因治疗的研究目的，必须以治疗 严重疾病为目的。 ② 要探索药物的最大耐受剂量以评估其安全 性。普通药物的临床试验主要是探索其最大耐受剂 量以评估安全性，但对于基因治疗研究，我们更关 心其某剂量下的生物活性以及最佳有效剂量，因此 在早期临床试验中相应的测量指标应做出变动。 ③ 全面选择研究受试者并保护和尊重他们。 认真评价潜在受试者的预期风险、负担和受益比后 在受试者或监护人自愿的前提下，结合“风险-利益 原则”，相对放宽基因治疗研究受试者的纳入标准， 也纳入不同阶段受试者、弱势群体、健康人员进行 治疗研究疗效的综合评价。 ④ 知情同意原则：基因治疗的种种局限性以 及其发展治疗研究的国内外进展情况都应以书面、 视频、录音等形式告知受试者及其家属。在受试者 和家属都充分理解其内容含义，自愿签署知情同意 书后，才能开始进行基因治疗研究[12]。 ⑤ 隐私权保护问题：基因治疗涉及包含个体 最根本“秘密”的基因，关系到人的细胞和组织控 制。每一个体的基因遗传都具唯一性，当可以获得 越来越多的敏感信息的时候，数据资料保护也成了 一个最重要的伦理道德问。不过，这也不是绝对的， 当种族性、家庭性等严重致死性遗传病出现时根据 “社会效益第一原则”与受试者协商后在尊重其自 主权的前提下可以向相关高危人群传递信息以便 提前采取措施和治疗[13]。 5.3.2 从疾病治疗向基因美容演变 改善、提高人类遗传特征的想法古已有之，当 前争论的焦点是：基因治疗的目的是为了治疗重大 疾病还是为了改进人类的生物特征？同时这也涉 及到对医学的价值和终极目标的理解，即医学的目 的仅仅是对付疾病、缺陷，还是按照人们的理想制 造“超人”？不论是体细胞治疗还是生殖细胞治疗， 都面临着从遗传病治疗向基因美容演变的问题。基 因美容又称“遗传增强”，它不再是治疗遗传病，而 是在人的基因组中植入某种“强壮基因”或提高智 力的“聪明基因”等等，以使人在某些方面具有更 优越的特点，或者是通过基因操纵使某些基因“失 活”以消除某些“非期望”的性状。 在遗传病治疗和改善人的遗传素质之间作明 确区别和限制实际上是十分困难的，一旦科学家可 以去纠正遗传缺陷，就很难再反对另外附加某些理 想的遗传性状。就假设人们能够通过基因干预把胎 儿的智商从 60 提高到 100，那么再把它提高 20 或 30 个百分点，很难说在道德上不允许这样做。虽然 人类基因组不存在“黄金标准”，但遗传增强必然涉 及对人类许多正常性状优劣的评价，而这又必然加 深建立在性状差异基础上的个人歧视和种族歧视。 例如，美国使用促生长素药物使身材较矮小的 人增高的成功，已使这种理论变成了现实。生产该 药的公司鼓吹需要用促生长素治疗以使正常身高 的孩子超过同龄人，虽然这不是使用基因治疗的办 法，但把正常的身材矮小称为“疾病”状态，这符 合伦理原则吗？然而，人们希望生育更好更完美的 孩子有错吗？一些生物学家把愈来愈多的社会现 象如暴力犯罪等与基因联系起来，这会对优生带来 影响吗？欲望一旦和物质利益相结合，将把优生学 引向何方？会不会使人类基因的多样性消失？基 因治疗这一技术革新带来的伦理问题值得深思[14]。 5.3.3 医学伦理委员会的建设 我国医院伦理委员会的职能定位为“关于医学