基因治療簡史：從失敗走向失敗，現在有希望嗎？

導語：

2月14日，美國科學院公布一份報告：Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance，表露出對生殖細胞基因編輯的支持（僅限於嚴重的遺傳疾病，並進行嚴密的監管），這也預示著基因治療市場未來潛力無限。經歷幾十年的積累，十幾年的沉寂與沉澱，從「山重水複疑無路」到「柳暗花明又一村」，基因治療在21世紀的第二個10年，以更穩健的面貌重新走上歷史舞台：基因治療研發和臨床項目如雨後春筍般湧現，多項基因治療項目相繼在歐美獲得批准上市，基因治療技術改造的細胞免疫（CAR-T）療法在血液腫瘤及個別實體瘤的治療中展現了卓爾不群的潛力，在世界範圍內引起了研發與投資風暴。毫無疑義，基因治療是這個時代最耀眼的明星之一，會在未來5～10年厚積薄發，走入尋常醫療機構，惠及大眾。

然而，我們生活在一個信息爆炸和泥沙俱下的時代，又恰逢基因治療的歷史性轉折點，如何更好地教育大眾、合理引導國家相關政策法規、打通投融資及產業化渠道，成為基因治療未來發展的三個重要的非科學技術因素，不僅關係著基因治療產業的興衰榮辱，更關係著成千上萬家庭的安康幸福。

我們希望通過回顧基因治療歷史沿革中的主要事件來探討如何開展基因治療，基因治療的適應證、局限性和潛在危險，以及基因治療的現狀與未來，希望能夠給研發人員、大眾、管理決策者和投融資界一個以史為鑒的視角。

基因編輯越來越精準，圖片來自 MIT News

撰文 | 高正良（同濟大學轉化醫學高等研究院、醫學院和同濟大學附屬第十人民醫院特聘教授）

20年，「彈指間，灰飛煙滅」

基因治療概念的形成有著非常悠久的歷史，最早可以追溯到1963年，剛好是DNA雙螺旋結構發表10年，獲諾貝爾生理學或醫學獎1年之後，美國分子生物學家、諾貝爾生理學或醫學獎獲得者喬舒亞·萊德伯格（Joshua Lederberg）提出了基因交換和基因優化的理念。

但是，基因治療的真正起始和嘗試還需要耐心等待：1970年，美國醫生斯坦菲爾德·羅傑斯（Stanfield Rogers）試圖通過注射含有精氨酸酶的乳頭瘤病毒來治療一對姐妹的精氨酸血症，試驗失敗了。儘管這次失敗的嘗試並未對患者造成傷害，但是在一個對基因、基因工程、病毒載體和疾病都了解不多，對其中某些環節一無所知的「前基因治療時代」，甚至可以說是前現代生物學和醫學時代，在監管完全缺失的情況下，這次實驗顯然是非常大膽的，某種程度上可以說是魯莽草率，操之過急。不過，這也從側面反映了相關疾病的兇險和患者在絕望時治療需求的迫切。

Friedmann當年發表的論文，圖片截止sciencemag

進入20世紀七八十年代，限制性內切酶、DNA連接酶和逆轉錄酶等相繼被發現，基因重組工程技術得到發展，病毒載體出現，基因治療的技術體系初步具備。1972年，美國著名生物學家西奧多·弗里德曼（Theodore Friedmann）等人在《科學》（Science）雜誌上發表了一篇被廣泛認為具有劃時代意義的前瞻性評論《基因治療能否用於人類遺傳病？》，提出了基因治療是否可以用於人類疾病治療的設問。到了1977年，科學家已經可以成功地利用病毒載體在哺乳動物細胞中表達基因。1979年，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的馬丁·克萊因（Martin Cline）領導的研究組基於鈣轉的方式，成功把人免疫球蛋白基因導入小鼠的骨髓細胞，用於缺陷小鼠的治療。至此，人類的基因治療似乎萬事俱備，只欠東風了。於是，1980年，克萊因在沒有獲得任何機構批准的狀況下對兩名危重患者實施了類似小鼠實驗的基因治療，但這次嘗試未能獲得成功。克萊因失敗的嘗試受到了廣泛而嚴厲的指責和懲罰，他也因此失去了系主任的職務和NIH（美國國家衛生研究院）的基金。

到了1983年的冷泉港會議，是否應該發展人類基因治療已經不再是討論的問題，取而代之的是應該如何發展和監管基因治療的研發，什麼時候有可能獲得初步的成功。

歷史總是頗具戲劇性，沒有人預見到正是克萊因這個失敗的嘗試戲劇性地加速了基因治療的進展，這也是基因治療為醫療群體甚至是普通民眾所知的開始。這個事件後不久，NIH DNA重組技術指導委員會組建了基因治療分委員會。這標誌著美國開始從政府和管理層面關注基因治療，從此基因治療從缺乏統籌調控的自發性的「游擊隊」研究，開始有可能走向正規與系統。同時，可以用來參照的基本行業規則與條例也開始醞釀。到了1983年的冷泉港會議，是否應該發展人類基因治療已經不再是討論的問題，取而代之的是應該如何發展和監管基因治療的研發，什麼時候有可能獲得初步的成功。

螺旋式前進的基因治療

隨著基因體外擴增，尤其是PCR（聚合酶鏈式反應）技術的出現和完善，基因克隆技術日臻成熟，DNA重組技術和病毒載體也得到進一步發展，分子生物學和細胞生物學開始進入黃金時期。截至1990年，來自多個研究組的一系列工作令人信服地驗證了病毒介導的基因糾正和替代的可行性與有效性。對於樂觀的研究者而言，基因治療似乎真的近在咫尺、觸手可及了。

同年，基因治療史上最早被正式批准的兩項人體試驗在美國開始了。其中一項就是廣為流傳的，被認定為歷史上首例基因療法的臨床試驗，由NIH的威廉·弗倫奇·安德森（William French Anderson）醫生領銜的針對重症聯合免疫缺陷病（SCID）的基因治療。安德森和合作者們首先從4歲女孩阿莎提·德席爾瓦（Ashanti DeSilva）體內抽取白細胞，然後在體外利用逆轉錄病毒載體將能夠正確編碼腺苷脫氨酶的ada基因插入到德席爾瓦的白細胞基因組中，最後將這些基因工程改造後的白細胞重新輸回德席爾瓦體內。之後的檢測證明，德席爾瓦體內的白細胞確實可以正確地合成腺苷脫氨酶。不過，德席爾瓦至今仍需要經常性地接受類似的手術，以確保基因療法的持續性，而且還必須定期注射長效腺苷脫氨酶蛋白。因此，這一基因治療案例在學界仍然備受爭議，德席爾瓦的康復是否代表著基因療法的成功還難以界定。儘管如此，這一案例在基因治療發展史上無疑是一個極其重要的里程碑。

另一項試驗同樣選擇了逆轉錄病毒作為載體，由安德森同史蒂文·羅森堡（Steven Rosenberg）博士合作進行，利用腫瘤壞死因子（TNF）基因修飾的腫瘤侵入性淋巴細胞（TIL）對黑色素瘤進行的免疫治療。

90年代中後期，伴隨著人類基1995年到67例，而1999年更是激增到116例。截至2000年，全世界大約有4000名患者參與了500多個基因治療的臨床試驗項目，其中77%來自美國，69%是針對癌症治療。

部分研究者在學術或者產業利益影響下的盲目樂觀和激進可能在某種意義上阻礙了基因治療領域和產業的發展。

Jesse Gelsinger照片，圖片來自jesse-gelsinger.com

但是，「希望肥皂泡」隨著1999年初秋的到來而破滅了：1999年9月13日，18歲的美國男孩傑西·格爾辛格（Jesse Gelsinger）參與了美國賓夕法尼亞大學基因治療項目並接受腺病毒載體注射，4天後，格爾辛格因多器官衰竭死亡。依據後來的調查，格爾辛格很可能死於免疫系統對腺病毒載體的過度反應。儘管格爾辛格一家人表現出了令人敬重的寬容和對科學的奉獻精神，但格爾辛格的死亡無疑代表著基因治療進入最黑暗和最艱難的一段時期。

客觀地、回顧性地來審視格爾辛格的死亡，至少有一點值得我們思考與借鑒：儘管有了80年代的教訓與規則，這個全新的、高度複雜、個體化和涉及患者生命健康的技術領域，對於諸多關鍵問題缺乏深入、系統的探索與足夠的認識。在這種情況下，部分研究者在學術或者產業利益影響下的盲目樂觀和激進可能在某種意義上阻礙了基因治療領域和產業的發展。

格爾辛格的死亡讓基因治療不論從社會輿論、國家政府資助、民間資本還是學術界角度都進入寒冬。然而，「塞翁失馬，焉知非福」——如同20年前克萊因臨床試驗的失敗，格爾辛格事件再次將基因治療從亢奮的懸崖拉回，摒棄商業誘惑、幻想與狂熱，重歸學術、希望與理性。之後幾年，零星的有成功可能的基因治療個案報道開始出現。這些令人振奮的案例無一例外得益於整個領域的快速進展：或者是採用了更優化的載體，或者是對於疾病的機理有了更深入系統的了解，從而能夠制定更好的基因治療策略和方法。這些初步的成功也反映了該領域的韌性、自身糾錯能力和逐步的成熟。2000年，法國巴黎內克爾醫院阿蘭·費希爾（Alain Fisher）領導的研究組報道了兩例針對重症聯合免疫缺陷症患者的基因治療初步成功。然而，3年之後，儘管在10例患者中8例有很好的治療效果，但是兩個最年輕的患者出現了類似血癌的癥狀。因此，2003年1月，FDA暫時中止了所有用逆轉錄病毒來基因改造血液幹細胞的臨床試驗。2003年4月，在基因治療方面經驗日豐的FDA經過嚴格的審核權衡後認為：儘管存在潛在的風險，但是對於罹患如此重症的患者而言，基因治療利遠大於弊，臨床試驗被允許繼續。

正是在這種螺旋式的前進、遇挫甚至是倒退和再前進的過程中，學術界、產業界、FDA和大眾對基因治療的了解越來越多，因而也能夠以更科學的態度，更嚴格和審慎地對待基因治療這一「洪水猛獸」，不驕不躁地擁抱成功，理性地直面和包容失敗。基因治療開始緩慢地走出困境，不斷有令人鼓舞的成功案例出現，2006年有了第一例成功的癌症基因治療，2007年開始眼病基因治療嘗試……

21世紀的第二個10年

基因治療的春天在21世紀的第二個10年到來。2012年，荷蘭UniQure公司的Glybera由歐盟審批通過，不同於逆轉錄病毒載體和格爾辛格試驗的腺病毒載體，這個項目採用腺相關病毒（AAV）作為載體，用以治療脂蛋白脂肪酶缺乏引起的嚴重肌肉疾病。Glybera的獲批上市開啟了基因治療的新時代。

2014年，FDA依據臨床I期的結果授予了美國聖地亞哥醫藥公司Celladon針對心衰的基因治療藥物MYDICAR「突破性療法」的地位，這也是FDA首次認定的基因療法。2015年和2016年，Spark Therapeutics、BluebirdBio、AVeXis公司在研產品SPK-RPE65、LentiGlobin和FDAAVXS-101又相繼獲得FDA授予的「突破性療法」資格。「突破性療法」旨在加速開發及審查治療嚴重的或威脅生命的疾病的新葯。2015年10月和12月，安進公司的溶瘤病毒藥物T-Vec分別在美國和歐洲獲得批准上市，這是基於單純皰疹病毒（HSV-1）載體的黑色素瘤的基因療法，成為第一個被批准的非單基因遺傳疾病的基因治療。

截至2016年2月，在NIH臨床註冊的基因治療達2300多項。由於潛在的巨大市場和商業利潤，接近70%（1517項）是癌症的基因治療，而針對相對更為簡單但是市場前景不明的單基因遺傳病，僅有235項。

2016年5月，全球製藥巨頭葛蘭素史克公司的基因療法Strimvelis被歐盟批准上市，成為世界上第一個被批准上市的針對兒童重症聯合免疫缺陷病進行基因修復的療法。該項治療是基因治療成功走向臨床市場的又一個里程碑。

經過二三十年的失敗、探索、再失敗、再探索的螺旋式進展，基因治療開始進入高速發展的階段，其安全性和有效性開始得到醫藥監管部門和醫藥巨頭的認可。世界範圍內，製藥巨頭葛蘭素史克、諾華、輝瑞、賽諾菲等紛紛通過收購或合作進入基因治療領域，投入基因治療藥物上市前最後階段的推動中。傳統製藥巨頭的參與極大地推動了基因治療臨床試驗的開展，基因治療公司開始成為納斯達克投資人的寵兒。

歷經50年，我們只走了一小步

相比國外的風起雲湧，國內的基因治療稍顯沉寂。中國曾經在2003年首次批准了基因治療藥物的上市：今又生，一個腺病毒介導的p53病毒載體，用於晚期鼻咽癌患者配合放療的聯合治療。基於p53的癌症基因治療在歐美是一個重點臨床試驗方向，但迄今為止沒有獲得臨床批准。這一領域的翹楚Introgen公司因為FDA未認可其III期臨床試驗結果，缺乏資金流維持而申請破產保護。當年支持今又生上市的臨床試驗數據也相當有限，因此它的批准上市一直存在爭議，上市後的也並沒有真正臨床推廣，2008年因生產流程問題，CFDA吊銷了該公司的GMP生產許可。2003年，CFDA還批准了rAAV2-hFIX治療血友病B的I期臨床試驗，可惜並未有後續結果......此後10多年，國內少有基因治療臨床獲批實施。直至2014年，基於基因改造的CAR-T療法在中國異軍突起，多家中國公司包括西比曼、斯丹賽、科濟生物等都獲得了較大規模的中外資本，並在臨床試驗項目上開始顯露實力，甚至能夠同國際明星企業相抗衡。但總體而言，儘管華人科學家在國際基因治療領域比較活躍，中國在相關領域的發展和布局還有待進一步提高和完善。

基因治療的商業化之路還沒有真正邁出第一步，新葯開發的費用不菲，但評估基因治療藥物的潛在價值比較困難，因此定價、支付是個難題。基因療法費用高昂，保險公司是否願意為患者買單，即使將來保險公司願意買單，將會採取何種支付模式，是否應該與治療的效果相關聯，諸如此類問題都還沒有解決方案。Glybera售價是100萬美元，被批准上市已3年多，至今未能真正商業化用於臨床。

除了價格昂貴與患者人數少之外，另一個原因在於新藥商業化有許多繁雜工作，而小生物製藥公司缺乏相關經驗與能力。葛蘭素史克公司的基因療法Strimvelis的上市標誌著大型葯企真正踏入基因治療商業化市場。

即便如此，Strimvelis的定價和費用的支付，也不是一件簡單的事情。很長一段時間內，該公司都未公布Strimvelis的售價。直到2016年8月，葛蘭素史克公司宣布Strimvelis的售價為59.4萬歐元，並保證無效退款，付費可以採取分期付款模式。顯然，就商業利潤而言，Strimvelis的上市對葛蘭素史克公司是微不足道的。歐洲平均每年僅有15個患者，收入800萬～900萬美元，相對於葛蘭素史克公司幾百億美元的年銷售額實在是微不足道。但是，Strimvelis研發、市場和商業化途徑可能對未來的基因治療商業化具有重大的影響。製藥巨頭看重的其實是如何借鑒罕見病的模式，更為精準地針對常見病開展基因治療，一旦進入基因治療領域黃金時間，自然就會盈利。因此，如同美國加利福尼亞大學伯克利分校基因治療專家戴維·謝弗（David Schaffer）指出的，從產業整體發展角度而言，基因治療藥物的研發者需要聚焦於眾所周知的疾病靶標，創造「醫學成功良機，且不論能否獲得商業上的成功」。只有先獲得醫學上的成功才有可能為其他基因治療藥物奠定基礎，才有基礎來談回報的可能。在基因治療藥物的萬里長征路上，「我們的決定必須面向未來，從投資回報的角度來看，我們不奢求從Strimvelis獲得回報，因為針對罕見病的藥物研發為我們提供了一個全新的平台，使我們能在未來獲得更大的商機。」葛蘭素史克公司的菲奧娜·麥克米倫（Fiona McMillan）博士說。

基因治療未來之路

基因治療的潛在障礙是什麼？未來之路又將如何呢？載體的局限性：目前應用的各種載體，儘管經過優化改造，仍然存在各種各樣問題，比如免疫原性、整合致突變能力、基因容量、靶向性等，遠遠無法滿足基因治療對於不同特性載體的需求。未來很長一段時期，對已有載體的生物學研究和優化改造，以及開發更加多樣化的病毒和非病毒載體等將是基因治療研發的關鍵環節。隨著基因治療的目標疾病越來越複雜，對基因治療的安全性和時效性的要求將會更高。治療基因的可持續性和可調控性表達是未來基因治療的又一個重大挑戰，解決這些問題需要基礎生物學、病理病原學和載體技術的發展。最近非常熱門的CRISPR基因編輯技術，能夠解決治療基因的可調控性和持續性表達等問題，在一定程度上能夠降低對基因治療載體本身的要求。但是，新技術的應用還有很多障礙，例如，如何實現高效體內基因輸送並防止潛在的脫靶效應等。

如何預測和利用個體性將是未來基因治療臨床轉化過程中的關鍵點。

疾病的多樣性和複雜性：目前成功上市和在臨床試驗中比較有希望的基因治療項目多是針對病因單一、疾病病理相對較清楚的單基因遺傳病。例如，第一個被批准上市的基因治療是針對代謝酶的單基因突變疾病。目前，在癌症免疫細胞治療中備受關注的CAR-T療法和在臨床試驗中效果良好的針對眼遺傳病和脊髓萎縮症（SMA）的基因治療屬於這一類。其他病因不清或涉及多個基因的疾病，例如實體腫瘤、心臟病、代謝疾病、神經退行性疾病等，情況會複雜得多，基因治療方案的設計和載體的選擇都是巨大的挑戰，基因治療的路程也更漫長。事實上，已經批准上市的針對黑色素瘤的溶瘤病毒其作用還非常有限，僅有16%的患者響應；而針對血液腫瘤的CAR-T療法不僅伴隨有嚴重的不良反應，還只對部分患者有效，而且不能夠完全治癒所有響應的患者；在實體瘤的治療中，CAR-T療法的路程就更加漫長了，對於絕大多數實體瘤，還處在基本無效階段。即使是某些病因和病理都比較清楚的單基因遺傳病，基因治療也會有很大的障礙。

患者的個體性：在精準醫療時代，個體化是疾病診療過程中的一個關鍵環節。同一種疾病，不同患者，其疾病的程度、動態、組織損傷、治療敏感性、對不良反應的耐受力等可能千差萬別。例如，格爾辛格死於腺病毒的免疫反應上，而其他的參與者並沒有；在針對膠質瘤的CAR-T和Ad-RTS-hIL-12的基因治療臨床實驗中，分別有3名患者死亡，但也有部分患者獲得了一定的治療效果，因此如何預測和利用個體性將是未來基因治療臨床轉化過程中的關鍵點。

在基因治療發展的初期，個體化的問題很難真正得到解決，因為患者的個體性難以通過動物實驗來模擬或研究，很大程度上需要依賴於具體的臨床實踐，或者是未來全新的可以直接模擬人類個體性的體內體外模型的建立。如何做好科普與溝通，教育群眾、患者和政策制定與監管者更科學和理性地應對個體化的不確定性所帶來的挫折與不測，也將是基因治療臨床轉化過程中不容忽視的環節。

基因治療的社會性：如何監管、審批、定價、支付，以及如何改進我們現有的醫療和支付體系，是基因治療商業化過程中必然遇到的問題。由於倫理和技術的局限性，目前基因治療還主要在體細胞層面，隨著技術的進展和患者的迫切需求，針對精子、卵子和合子的操作只是一個時間問題。2015年2月，英國批准了以第三方線粒體為載體的針對生殖細胞的基因治療，用以修復由於母親卵子的線粒體缺陷所導致的疾病，打破了不針對非體細胞進行基因治療的成規。如何界定類似項目中的技術風險和倫理學問題將會是一個巨大的挑戰，比如如何評價基因治療帶來的長期甚至隔代風險，如何界定必需的以醫療為目的的基因治療和以優生優育為目的的基因增強……這是異常複雜的技術和社會問題，需要全社會一起面對和參與。

歷經50年，基因治療從無到有，從失敗走向失敗，再失敗，更多的失敗，直至如今初步的成功。縱觀基因治療發展的歷史，或者說任何一個新興治療方式或新葯的發展完善的歷史，最簡單的規則往往是最根本的。基因治療的誕生與發展需要多個複雜學科和技術作為基礎，作為一種複雜性、個體性特質很高的治療方法，基因治療的發展完善需要嚴格的人體實驗，而這就不可避免有偶然性的事件發生。我們需要理性對待和允許錯誤與失敗，這樣，基因治療才能夠在挫折失敗中螺旋式發展完善。基因治療擁有巨大的潛在商業利潤，所以它的發展必然會受到資本或商業投機運作的推動或干擾。政府必須履行起監管的責任，遵循科學規律，建立系統的、擁有可持續性和一定靈活性的政策法規，切實維護患者和大眾的利益，使基因治療能夠在實踐中發展完善。

註：本文原載於《張江評論》，《知識分子》獲授權轉發。作者對原文亦有刪改。《張江評論》繫上海科學技術出版社出版的一本全新科技評論雜誌。

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