黑暗时期并没有破坏决心帮助患者的科学家

在基因治疗的黑暗时期，Maria Grazia Roncarolo （2007 年出现）和她的团队一次只能招募一名患者参加他们的遗传性自身免疫性疾病 SCID 试验。

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基因治疗先驱理查德·裘德·萨穆尔斯基记得他避免使用“基因治疗”这个词。在 2000 年代中期，他告诉人们他在研究“生物纳米粒子”，甚至试图为这个词注册商标。北卡罗来纳大学教堂山分校药理学教授萨穆尔斯基回忆说：“我们觉得这是我们前进时必须穿上的伪装。”

1999 年，一名青少年在基因治疗临床试验中死亡，以及在试验中发生的白血病病例几乎使该领域彻底消失，该领域旨在通过替换或抵消故障基因来从根本上治疗疾病。有联邦调查、资金削减和媒体的大量负面关注。然而，少数研究人员从未停止工作，有时是出于顽固，有时是因为他们无法对绝望的父母说不。 “每个人都适应了继续前进所需的一切，”萨穆尔斯基说。

基因治疗的故事有一个美好的结局。今天，再生医*联学**盟列出了全球 9 种已获得国际公认监管机构批准的可用基因疗法，以及 200 多种高级临床试验。该领域每年吸引数十亿美元的资金。但其动荡的过去提醒我们，医学创新的历程很少能一帆风顺。

这一切都始于半个多世纪前，分子刀的发现和潜伏在猴细胞中的病毒。

向量和挫折

在 1960 年代，研究人员发现细菌中的蛋白质可以像化学刀一样将 DNA 切割成碎片。这些“限制性内切酶”提出了科学家可以将 DNA 分解并重新组合在一起的惊人可能性。然后，在 1970 年代，从猴子肾细胞中分离出的一种名为 SV40 的病毒被证明能够将遗传物质传递到靶细胞中。

总之，这些发现表明，可以使用像分子联邦快递卡车这样的病毒载体将新的 DNA 输送到细胞中，以抵消或替换故障 DNA。不幸的是，SV40 被证明对于医疗应用来说太不可靠且风险太大。它倾向于在可能导致细胞癌变的地方插入大块 DNA。于是开始了数十年来寻找新的、更好的载体的工作。

在 1970 年代，科学家们发现一种称为 SV40（如图所示）的病毒可以将遗传物质传递到靶细胞中。科学历史图像/阿拉米库存照片

1989 年和 1990 年在美国进行的两项初步基因治疗试验使用了改良的逆转录病毒，这种病毒一旦进入细胞，就能够将其 RNA 编码的基因转变为 DNA。两种治疗方法——一种治疗黑色素瘤，另一种治疗一种称为严重联合免疫缺陷或 SCID 的遗传性自身免疫性疾病——都没有不良影响，但效果有限。尽管如此，在整个 1990 年代，还是用逆转录病毒和其他载体进行了数十项临床试验，包括引起普通感冒的腺病毒。在根据病毒将基因转移到细胞中的能力来选择病毒后，科学家们将去除任何可能导致疾病的病毒基因，然后将“健康”基因添加到计划中。

在接下来的 10 年中，近 4,000 名患者在 500 项试验中接受了治疗，但几乎没有成功。

与此同时，萨穆尔斯基一直在寻找其他载体选择。在一本病毒学书中，他发现了腺相关病毒（AAV），它被列为一种不会导致人类疾病的病毒。 “那是一个灵光乍现的时刻，”他回忆道。 “哇，我们为什么不使用这样的东西作为交付系统呢？”

到 1994 年， Samulski和他的第一个研究生 Xiao Xiao表明，除了不太可能引起疾病外，AAV 载体还具有基因治疗的一个关键、理想的特征：当 AAV 将基因传递到细胞中时，该基因会被表达在动物的一生中。

然而，起初没有人相信他们。他们的病毒载体怎么能持续存在，而其他病毒载体只持续了几周就被免疫系统破坏了？ “我们遇到了很多阻力，”萨穆尔斯基说。当这项工作最终于 1996 年发表时，许多实验室开始打电话询问向量。

使用向量的初步结果让每个人都兴奋不已。在宾夕法尼亚大学，Katherine High 及其同事开发了一种基于 AAV 的血友病基因疗法，这是一种遗传性出血性疾病，长期以来一直是基因治疗的一个有吸引力的目标，因为它是由单个故障基因引起的。该疗法在小鼠模型中起作用，然后在狗模型中起作用。是时候在人们身上测试它了。

然后，在 1999 年，杰西·盖尔辛格去世了。

Gelsinger是一名青少年，他在宾夕法尼亚大学参加了一项用于治疗遗传性代谢疾病的基因疗法的 1 期安全试验。他的疾病通过饮食和药物得到控制，但他选择参与帮助其他人治疗疾病。 Gelsinger死于对腺病毒载体的炎症反应。一项实验性治疗杀死了一名原本健康的志愿者的消息成为全国头条新闻，并启动了食品和药物管理局对该试验和其他试验的调查。

Gelsinger )的去世以及其他备受瞩目的失败使许多研究团队远离基因治疗。维基共享资源

然后，从 2002 年到 2004 年，在欧洲进行的一项 SCID基因治疗试验中，20 名儿童中有 5 名患上了白血病。病毒载体已整合到他们的基因组中，紧挨着一个致癌基因。一个死了。

“整个领域进入了一个 5 到 10 年的黑暗时代，”马萨诸塞州伍斯特 UMass Chan 医学院基因治疗主任高广平说。高当时正在宾夕法尼亚大学研究 AAV 载体，但没有参与其中在临床试验中。 “它从一个炒作的地方变成了完全没有希望的地方。”

由于发生了如此多引人注目的失败，一些实验室关闭了，另一些则撤离了。 Samulski 、 High 和 Gao 是少数几个继续前进的人。 “我们从未停止过研究，”高说。 “我是一个很牛的人，很固执。因此，如果我决定某件事，我就很难放弃。”

在欧洲，一个测试不同 SCID 基因疗法的团队一次只能招募一名患者。 “正因为如此，我们花了 8 年时间才完成了前 14 名患者的治疗，”在米兰圣拉斐尔 Telethon 基因治疗研究所领导该试验的Maria Grazia Roncarolo说。她现在是斯坦福大学医学院儿科和医学教授。

有一个关键群体并没有放弃这个领域：生病孩子的父母。由于没有其他治疗选择，父母经常带着他们的孩子出现在研究人员的办公室里，问：“你能救我的孩子吗？”

从涓涓细流到咆哮

父母资助基金会，这些基金会资助科学家。 “他们让那些要么关闭要么去赚钱的实验室保持活力，”萨穆尔斯基说。

到 2010 年，Gao、基因治疗研究员 James Wilson 及其同事发现了新的 AAV 载体，科学家们对病毒载体在细胞中的作用方式和位置有了更多的了解，实验室在动物模型中取得了成功。 “在某些时候，你不能一直说，'这行不通，'”萨穆尔斯基说，他在 2001 年与人共同创立了位于北卡罗来纳州的基因治疗公司AskBio 。

基于这项有希望的临床前工作，人体试验重新开始。许多使用 AAV 载体，但也使用其他载体。 2009 年， Roncarolo 的团队发表了他们在不引起白血病的情况下使用逆转录病毒载体治疗 SCID的成功努力。 “这项试验证明它可能是安全的，但更重要的是证明它可以治愈患者，”她说。

数十家生物技术公司加入了该领域，大型制药公司资助了临床试验。 2013 年，High 及其同事在费城创立了 Spark Therapeutics，并与 Penn Medicine 的 Jean Bennett 和 Albert Maguire 领导了一个团队，该团队于 2017 年 12 月获得了 FDA 对 AAV 基因疗*L法**uxturna的首个批准。同样在 2017 年，FDA 批准两种基因疗法使用患者的基因改变的免疫细胞（称为 CAR-T 细胞）来对抗罕见类型的癌症。一年前， Roncarolo 的SCID 疗法Strimvelis获得了欧盟委员会的批准。

2021 年末，有 46 种基因疗法处于临床试验的最后 3 期阶段，其中包括 High 的血友病疗法，其早期版本于 20 年前首次在人体中进行测试。同年，超过 1,220 项基因治疗临床试验旨在招募全球 90,000 名患者。 FDA 和欧洲药品管理局预测，到 2025 年，他们每年将批准 10 到 20 种基因和细胞疗法——将细胞（无论是否经过基因改造）移植到患者体内作为治疗的疗法。

萨穆尔斯基说，该领域的每一项成就都像是爬到一座山的顶峰才意识到这是另一个大本营。当前的山峰包括试图防止对大剂量基因疗法的反应可能发生的毒性免疫反应，增加载体的制造，以及继续无休止地寻找更有效的基因传递系统。

AskBio治疗学总裁的 High对基因治疗的新方法感到兴奋，包括CAR-T 细胞疗法和使用 CRISPR/Cas9 进行基因编辑。但她希望研究人员可以从过去中吸取教训：开发一种新的疗法需要时间和毅力。 “我的兴奋总是被我来之不易的知识所缓和，”她说。