基因治疗的研究综述

雷阳 王威

摘要：作为常见的基因工程技术，基因治疗主要涉及目的基因、载体和靶细胞三大要素，是一种较前沿的医疗方法。利用基因提取、拼接和转移等技术，能通过基因的表达功效调控疾病，本质上是一种修复、强化或改变某致病基因的功能从而缓解或治愈相应疾病的治疗手段。从20世纪60年代到现在，基因治疗的发展经历了“萌芽-乐观-失望-理性”的认知变化过程。随着生物学科和医疗技术的快速发展，已成功应用于各种获得性疾病和人类遗传病的医治。今后，基因治疗将取得越来越多的成就，更多目前无法治疗的疾病将有望取得突破。

关键词：基因治疗;概念;原理;发展;应用;展望

1 概念界定

从不同的视角出发，国内外学者对基因治疗的定义有多种表述。根据国际人类基因组组织伦理委员会的有关声明，基因治疗是指通过添加或表达基因来治疗或预防疾病，这些基因片段能重新构成或纠正体内缺失或异常的基因功能，或能干预相应致病过程[1]。这一定义对基因治疗技术的目的、途径和原理等都作了简要描述。此外，我国也有学者将基因治疗这样定义：通过基因转移技术，将外源的正常基因导入到病变部位的特定细胞并有效表达，以补偿或纠正基因缺失或异常，从而医治疾病的新型疗法[2]。这一定义强调了基因转移技术在基因治疗中的重要作用。从广义上讲，凡是与基因相关的能治疗相应疾病的方法，都可看作基因治疗，涉及动物、植物等多个领域。基因治疗是现代常见的基因工程技术之一，同时也是当前临床试验领域高度关注的一种前沿医疗方法。它的本质是一种利用细胞生物学和现代分子生物学等学科的方法技术去修复、强化或改变某致病基因的功能从而缓解或治愈相应疾病的治疗手段。

2 原理

基因治疗技术主要涉及目的基因、载体和靶细胞三大要素。其中，目的基因指将用于遗传信息表达以治疗相应疾病的DNA片段。载体指能将目的基因导入患者细胞体内的中介物质，主要包括腺病毒等病毒载体和脂质体载体等非病毒载体。靶细胞指目的基因最终到达并发挥作用功效的细胞场所，可分为体细胞和生殖细胞两大类，因伦理方面的限制，将生殖细胞作为靶细胞的情况较少，将体细胞作为靶细胞的情况更常见。

基因治疗的基本原理就是利用基因提取、拼接和转移等技术，将目的基因（其表达产物可以治疗相应疾病）通过载体导入靶细胞内，然后使其在细胞中表达，从而医治相应疾病[3]。其中，实现目的基因的转导可分为体内转导和体外转导2种途径[4]，即分别在体内和体外进行基因转移修饰等技术操作。

基因治疗在临床治疗中一般有4种机制：第一，将新的基因或经过修饰后的基因导入患者体内从而治疗相应疾病，如利用基因修饰后的嵌合抗原受体T细胞疗法治疗癌症;第二，通过修复体内的突变基因以治疗相应疾病，对于单碱基突变遗传病，如杜氏肌营养不良症、镰状细胞病、I型酪氨酸血症等，可通过修复突变碱基来恢复基因功能从而治疗疾病;第三，用正常基因去补偿突变基因从而治疗相应疾病，如在治疗血友病时，可以用正常凝血因子VIII基因或凝血因子IX基因分别补偿相应的变异凝血因子基因，以实现血友病的基因治疗;第四，通过激活或灭活功能异常的致病基因从而治疗相应疾病，如对于遗传性耳聋、家族性高胆固醇血症等，可通过敲除致病基因来治疗[5]。

常规的治疗方法针对的是因基因异常产生的症状，而基因治疗针对的则是引起疾病的异常基因本身[6]，这是两者的本质区别。在基因治疗时，不同类型的疾病需采用不同的方法。例如，对于单个基因缺陷，可采用基因置换的方法进行治疗，即通过有目的地引入具有正常功能的基因去置换不能发挥正常功能的基因，如腺苷酸脱氨酶缺乏综合症，这种方法一般用于治疗隐性致病基因导致的疾病，不适合用于显性致病基因导致的疾病;对于获得性遗传性疾病，如慢性感染性疾病，可采用抑制异体基因的方法进行治疗，即通过有目的地使细胞中对应的某致病基因不能发挥正常的功能从而控制疾病;对于复杂的遗传性疾病，如心脏-循环或肿瘤性疾病等多因素疾病，可通过基因局部表达来治疗，即通过有生理学意义的基因产物的局部表达来进行治疗[7]。其中，通过抑制异体基因和基因局部表达的方法又可统称为基因可调控表达。此外，随着基因组学的迅速发展，基因编辑技术成为了基因治疗的重要方法，因其具有定向精准治疗的特点，在未来基因治疗的发展中将得到更多重视。

3 发展过程

从初步探索，到狂热发展，再到遇挫止步，最后到平稳推进，基因治疗的发展一波三折，总體上经历了“萌芽-乐观-失望-理性”的认知过程。

20世纪60年代，美国分子生物学家、诺贝尔奖获得者Lederberg J第一次提出了基因治疗的初步概念，为基因治疗的发展奠定了基础[8]。1972年，基因疗法被正式提出，并被看作治疗人类遗传疾病的一种重要方式[9]，这又在一定程度上促进了基因治疗的发展。这些都是基因治疗的初步探索，属于萌芽阶段。

1990年，美国开展了首例基因治疗临床试验。研究者将腺苷脱氨酶（ADA）基因通过逆转录病毒介导转移到两个有严重联合免疫缺陷（ADA-SCID）的儿童T细胞中，然后再将细胞输回到儿童体内。随后通过检测发现，这种治疗方式能有效恢复患者体内ADA的合成功能。本次试验的成功，让人们对通过基因治疗技术突破重难疾病抱有了很高的希望，在基因治疗的发展史上可谓是一座重要的里程碑[10]。1991年，以中国复旦大学为首的科学家们以皮肤成纤维细胞为靶细胞，成功地完成了血友病B基因治疗的临床试验[11]，试验的成功再一次增强了人们对基因治疗技术的信心。之后，科学家们又进行了大量的基因治疗临床试验，本领域的发展呈现出较好的态势。基因治疗在这一时期得到了狂热发展，属于相对乐观的阶段。

但是，基因治疗的发展并不是一帆风顺的，试验期间也出了一些严重的问题。1999年，一名18岁的美国高中毕业生男孩在基因治疗的过程中，因为接受了腺病毒注射，四天后不幸死亡，研究认为这很可能是因为患者的免疫系统对腺病毒反应过度，体内的器官受到了严重损坏[12]，这一事故为进行基因治疗的相关研究者敲响了警钟。2002年，一项国外的综合研究发现，两名患者在SCID-X1基因治疗近3年后，出现了成熟T细胞不受控制地以指数增殖的情况，即逆转录病毒载体的插入能以意想不到的频率触发恶性前细胞增殖失控[13]，基因治疗的风险再一次被暴露。因此，考虑到安全性等问题，FDA（美国食品药品监督管理局）在2003年叫停了所有利用逆转录病毒的临床试验，这给基因治疗的发展带来了很大的阻扰，同时也引发了科学家们对这一治疗技术的广泛讨论。经过几个月的权衡审核后，FDA最终认为基因治疗的利端大于弊端，决定重新开启逆转录病毒的临床试验。从此以后，载体的安全性等问题成为了相关研究者高度重视的研究内容，科学家们在进行基因治疗的临床试验过程中也更加理性谨慎。基因治疗的发展在这一时期遭遇了很大挫折，属于相对失望的阶段。

2009年，美国宾夕法尼亚大学斯凯眼科研究所的科学家们利用腺相关病毒载体成功治愈了利伯氏先天性黑蒙症患者，这一载体给人们治疗相应疾病带来了希望[14]，引发了社会各界的广泛关注，基因治疗技术再一次回到了大众的视野。2012年，世界上第一款基因治疗药物Glybera通过欧洲药管局批准上市，意味着基因治疗新时代的来临。随后，Strimvelis、Luxturna等基因治疗药物也相继被批准。随着更多基因治疗药物的获批上市，人们逐步认识到有关监管部门对基因治疗安全性的肯定，对基因治疗技术也更有信心。基因治疗的发展在这一时期再次得到了较好的发展，属于相对理性的进步阶段。

直到今天，基因治疗技术都在理性的认知中平稳地发展。随着科技逐渐进步，基因治疗将会取得越来越多的突破，同时也将面临越来越多的挑战。

4 应用

基因治疗是一种前沿的医疗技术，主要应用于医学领域，给治疗很多以前感到艰难的疾病带来了新的方案。随着当前生物学科和医疗技术的快速发展，基因治疗的应用越来越广泛。

发展初期，基因治疗仅被用于治疗遗传性疾病。截至目前，基因治疗在肿瘤、心血管疾病和自身免疫性疾病等众多疾病的治疗中都得到了广泛应用[15]。随着基因治疗技术不断发展，更多当前无法治疗的疾病将有望被根治，如多基因遗传病、神经遗传性疾病等。特别地，基因治疗在肝癌、胰腺癌和卵巢癌等癌症的治疗中发挥着重要作用。基因治疗技术具有很大的潜能，将成为未来科学家们攻克癌症的重要手段[16]。经过几十年的不断探索，基因治疗正快速成为治疗各种人类疾病的有效方法[17]。

除了在人类的疾病治疗中发挥作用外，基因治疗在其他动物疾病的治疗中也具有重要的应用价值，例如，基因治疗技术在猪、鼠、猴和鱼等动物的某些疾病治疗中具有重要作用，这些动物实验也将进一步推动基因治疗技术的发展。当然，基因治疗技术也能用于某些植物病害的调控，或者是作物的增产增收，特别是珍稀植物或具有较高经济价值的植物。

5 展望

基因治疗技术已成为一种相对成熟的基因工程技术，在人类的医疗健康领域发挥着重要作用。随着当前基因组学和医疗技术等领域的快速发展，基因治疗将取得越来越多的成就，更多目前无法治疗的疾病将有望取得突破。推动基因治疗技术的发展，应继续加强相关内容的基础研究，特别是对关键技术的研究，为临床试验提供更可靠的理论技术支撑。我国在进行基因治疗的试验过程中，应高度重视道德伦理等方面的问题，从基本国情和需求出发，在吸取国外成功经验的基础上，稳步推进基因治疗的临床试验，不断完善相关政策和法规[18]，特别应加强相应的伦理审查和监控机制建设[19]，此外，还应构建起基因治疗的伦理原则、提高相关从业人员的道德法律意识[20]，更好地推动基因治疗研究的发展进步。相信在各国科研人员的共同持续努力下，基因治疗技术在未来将取得更多的突破，更多长期困扰人类的疾病终将被战胜！

参考文献

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作者信息

雷阳（1998年-），男，汉族，四川安岳人，四川师范大学生命科学学院学科教学（生物）专业教育硕士，研究方向：生物学教育教学理论与实践。

王威（通讯作者）（1982年-），教育学博士，四川师范大学副教授，硕士生导师，教师教育学院副院长，研究方向：课程与教学论，学科教学（生物），科学教育。