本文来自微信公众号：返朴 （ID：fanpu2019），作者：王晨光，题图来自：AI生成
一种针对罕见病治疗的创新性基因疗法日前被揭示有重大安全性问题。
国际顶尖医学期刊《新英格兰医学杂志》10月9日发表了蓝鸟生物（Bluebird Bio）的Skysona药物临床试验结果：67名受试者中，共有7名患者在治疗后患上血液系统恶性肿瘤。
蓝鸟生物曾经是基因疗法独角兽，市值一度触摸到300亿美元。其推出的Skysona药物于2022年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市，用于减缓4～17岁患有脑型肾上腺脑白质营养不良症（Cerebral adrenoleukodystrophy，CALD）男性患者的疾病进展。该疗法售价高达300万美元，成为当时全世界最贵药物。
CALD是一种罕见的遗传性神经退行性疾病。该病通常在儿童期发病，影响肾上腺、脊髓和大脑白质，导致髓鞘逐渐退化，进而影响神经信号传导。患者会逐渐失去运动和认知能力，出现行为改变、视力和听力下降等症状。如果不能得到及时治疗，病情可能迅速恶化。
来自基因匹配捐献者的干细胞移植是治疗CALD的常规疗法，可以阻止疾病的发展。这种疗法为患者提供携带健康ABCD1基因的干细胞。但异体细胞移植首先存在配型问题，移植后还面临来自针对供体细胞的免疫排斥，而且手术复杂、术后感染风险较高。基因疗法如Skysona，正是针对这种情况，通过修复患者自身细胞中缺陷的ABCD1基因来减缓或停止疾病进展。
应该说，Skysona的前期临床试验结果是令人鼓舞的，Skysona能够有效减缓CALD的神经功能损伤，特别是在早期阶段，延缓了该致命疾病的进展。
最近发表在《新英格兰医学杂志》上的这项研究，旨在评估Skysona的长期安全性和疗效，参与者为患有早期CALD的儿童。尽管该疗法在神经保护方面显示出效果，但其安全性问题也非常突出，尤其是与血液肿瘤发生相关的风险大增。
导致肿瘤发生的诱因相对清楚，与基因治疗中使用的慢病毒载体有关，这种治疗手段的核心是通过慢病毒载体将正常的基因整合到患者的造血干细胞中，以修复CALD患者体内有缺陷的ABCD1基因。但基因发生整合时，并非按照希望的位点进行。治疗使用的载体在患者的基因组中发生插入突变，可能影响癌基因或抑癌基因（激活癌基因、摧毁抑癌基因或二者同时发生），最终导致肿瘤的发生。
近年来，由于业绩糟糕，蓝鸟生物的股价屡创新低，市值已经不到1亿美元。Skysona的坏消息必然让公司的处境雪上加霜。与此同时，该事件也引发了公众和科学界对基因治疗安全性和伦理问题的讨论。
不过，在《新英格兰医学杂志》发表这项研究的团队也表示，在最初开始治疗这些CALD患者时，他们中有80%已濒临死亡，而现在，治疗6年后，94%的患者的神经功能没有下降，超过80%的患者没有产生重大残疾，说明该基因疗法能够稳定患者病情，让他们重新过上充实的生活。
基因治疗的高光时刻
基因治疗是通过将特定的基因引入患者体内来治疗或预防疾病的一种医疗技术。这项技术的历史可以追溯到上世纪60年代，随着DNA双螺旋结构的发现，科学家们开始理解基因在遗传中的作用。与此同时，分子生物学和遗传学的迅猛发展为基因治疗奠定了理论基础。
1972年，美国生物学家Friedmann和Roblin在Science杂志上发表了一篇文章，首次提出了基因治疗的概念。他们认为，通过改变患者的基因，可以治疗某些遗传性疾病。然而，由于当时的基因操作技术还远不够成熟，这一设想仅停留在理论层面。
上世纪80年代，基因重组技术得到了突破性发展，使得将外源基因插入细胞成为可能。研究人员便开始探索如何将功能性基因递送到患者体内以纠正遗传缺陷，病毒载体成为了一种主要的基因递送工具。通过将有益基因插入到病毒载体中，科学家可以利用病毒感染细胞的方式将基因导入到目标细胞。
1990年，美国国立卫生研究院（NIH）启动了首次基因治疗临床试验，标志着基因治疗进入了临床应用的时代。这次试验的对象是一名患有重症免疫缺陷病（SCID）的4岁女孩Ashanti DeSilva。该病患者因体内缺乏一种被称之为腺苷脱氨酶（ADA）的蛋白，免疫系统严重受损。研究人员使用逆转录病毒作为载体，将编码ADA的功能性基因引入患者的免疫细胞中。经过治疗，患者的免疫功能得到了部分恢复。虽然这次治疗不是永久性的，但她的生活质量得到了提升，也标志着基因治疗技术的一次重大突破。
首例基因治疗的有限成功，给这个领域带来极大的鼓舞、信心和希望，但随着更多的临床试验开展，基因治疗的安全性和有效性问题也逐渐浮现出来。1999年，一名患有遗传性肝脏代谢疾病的18岁患者Jesse Gelsinger在基因治疗试验中因免疫系统过度反应而不幸去世。这一事件震惊了医学界，并引发了对基因治疗安全性的广泛讨论，许多基因治疗试验因此暂停。
进入21世纪后，随着基因编辑技术、病毒载体系统的改进和免疫学的进展，基因治疗重新回到了大众视野。其中，CRISPR-Cas9基因编辑技术的出现，为基因治疗带来了革命性的变化。这种技术能够精确地编辑基因，纠正突变，具有较高的效率和灵活性。
此外，腺相关病毒（AAV）等新型病毒载体的应用，也显著提高了基因递送的安全性和稳定性。
基因治疗的临床应用逐渐取得显著进展。比如，2017年，FDA批准了首个基因治疗药物Luxturna，用于治疗由RPE65基因突变引起的视网膜疾病。这一治疗为患有视力障碍的患者带来了新的希望。同年，FDA也批准了首个CAR-T细胞疗法，通过改造患者的T细胞来攻击癌细胞，这项技术为血液恶性肿瘤的治疗开创了新路径。截至目前，全球已批准了多项CAR-T疗法，用于治疗多种类型的血液癌症。
在遗传性疾病治疗方面，2022年，FDA批准了Zynteglo，用于治疗β-地中海贫血。这一疗法利用患者自身的造血干细胞进行基因修复，将功能性的β-珠蛋白基因通过慢病毒感染方式导入干细胞，然后将修复过的细胞重新移植回患者体内，显著改善了血红蛋白的生成。
2023年，FDA批准了CASGEVY（exagamglogene autotemcel[exa-cel]）上市许可申请，这是基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的首个用于治疗镰状细胞贫血的基因疗法。CASGEVY通过编辑源自患者体内的造血干细胞中的基因，促使其产生更多的胎儿血红蛋白，取代异常的成人血红蛋白。这一疗法有效减少了镰状细胞危象和输血需求。临床试验显示，许多患者治疗后症状显著改善，部分患者甚至不再需要输血支持。
这一进展标志着CRISPR技术首次在遗传性血液病中的成功应用。日前，该治疗手段上市后的第一位患者，12岁的Kendric Cromer，经过44天的住院治疗后出院。另外，该疗法还被批准用于12岁及以上的输血依赖型β-地中海贫血症（TDT）患者。
这些突破性的进展，不仅推动了基因治疗在多个疾病领域的应用，也标志着该技术进入了更为成熟的阶段，为更多遗传性疾病的治疗带来了新的可能性。
病毒载体带来致癌风险
在蓝鸟生物的Skysona药物临床试验中，部分患者在接受治疗后出现了恶性血液肿瘤的情况。这种不良事件对公司可能产生严重的负面影响，因为它涉及治疗安全性的质疑。然而，从技术角度来看，这一结果并非完全出乎意料。在基因治疗领域，使用病毒载体插入基因的过程中，偶尔可能引发插入突变，进而导致癌变。
在Skysona事件之前，基因治疗引发癌症的案例就曾被报道，这表明基因治疗虽然具有巨大的潜力，但其长期安全性仍然需要持续监控和研究。
Skysona适用于减缓4～17岁患有脑型肾上腺脑白质营养不良症男性患者的疾病进展。
在使用病毒载体治疗X连锁重症联合免疫缺陷症1型（SCID-X1）的过程中，部分患者不幸罹患白血病。这是由于逆转录病毒将基因片段插入到患者造血干细胞中时，意外地将其插入到了癌基因（如LMO2）附近，导致癌基因的异常活化，从而引发了白血病。
这一基因治疗的流程是先从患者体内分离出造血干细胞，然后通过病毒载体在体外将一个名为IL2RG的正常基因导入这些细胞中，以修复基因缺陷。经过基因改造的细胞在体外扩增后，再回输到患者体内，最终分化为正常的免疫细胞，从而恢复患者的免疫系统，使其能够抵抗感染。
尽管SCID-X1基因治疗的试验取得了显著的疗效，成功恢复了许多患者的免疫功能，但部分患者在接受治疗后出现了白血病，这引发了对病毒载体安全性的质疑。虽然这一事件并不是直接与慢病毒载体相关，而是逆转录病毒载体引发的插入性突变，事件再次凸显了基因治疗中使用病毒载体存在的潜在癌症风险。
另一项针对Wiskott-Aldrich综合征的基因治疗研究采用了慢病毒载体进行治疗，一些患者在治疗后出现了类似白血病的血液肿瘤。尽管慢病毒相较于逆转录病毒更为安全，但仍有可能通过插入性突变干扰基因组中的关键基因，从而引发癌症的发生。
为进一步理解基因治疗引发的致癌事件，我们首先需要了解基因治疗的实施过程和作用机制。
在基因治疗中，用于携带和传递治疗基因的工具称为载体，它们帮助将修复基因或替代基因送入人体细胞。用于临床开发的载体分为两大类：病毒载体和非病毒载体，其中病毒载体是目前基因治疗中最常用的工具。研究人员通过改造病毒，使其能够携带治疗基因，同时降低或消除其致病能力。
早期用于基因治疗开发的病毒载体是逆转录病毒，这类病毒可以将基因整合到人体细胞的DNA中，适合长期表达。然而，这类病毒仅能感染增殖期细胞，使用上存在一定的局限性。此外，治疗基因片段在细胞增殖期间的DNA复制过程中完成插入（整合），从而增加细胞癌变的风险，进而提高致癌可能性。
慢病毒是逆转录病毒的一种改进版本，不仅能感染增殖细胞，还能感染不增殖的细胞，如神经元，因此适用范围更广。通过对慢病毒的包装和感染系统进行进一步改造，这类载体的安全性更高。慢病毒在基因组中的插入位点优先集中在基因组的活跃转录区域附近，这降低了逆转录病毒在整个基因组中随机插入的风险。然而，慢病毒在将治疗基因片段引入基因组时，仍然存在一定的随机性，这种随机插入可能导致插入突变，进而引发潜在的致癌副作用。
腺相关病毒（AAV）与逆转录病毒不同，后者利用其整合特点完成治疗基因的插入。尽管不能完全排除AAV在宿主细胞基因组中的整合，但整合的概率非常低（通常低于千分之一），因此具有较高的安全性，适合长期表达的基因，尤其在罕见病和遗传疾病的治疗中应用广泛。腺相关病毒载体已在临床批准的脊髓性肌萎缩症（SMA）和遗传性视网膜疾病的基因疗法中得以应用。
腺病毒载体不与细胞内的DNA结合，适合短期基因表达，但不适合用于遗传病的基因治疗。由于这类载体可诱发较强的免疫反应，因此在癌症基因治疗的研发中受到了关注。例如，20年前在中国获批上市的“今又生”是一种表达人野生型p53的重组腺病毒药物（rAd-p53），用于治疗与p53突变相关的肿瘤。
“安科瑞”是另一种基于腺病毒的癌症基因疗法，于2005年在中国获得批准，用于与化疗联合治疗晚期难治性鼻咽癌。这些基因治疗在临床上的应用效果不尽如人意，若放在当今的新药评审环境中，其能否上市就不好说了。
注：p53基因治疗在美国的历史可以追溯到上世纪90年代，当时研究人员开始认识到p53基因在肿瘤抑制中的关键作用。p53是肿瘤中最常见的突变基因之一，其突变与多种癌症的发展密切相关。因此，p53成为癌症治疗的重要靶点，尤其是在希望通过恢复正常p53功能来抑制肿瘤生长的基因治疗策略中。
然而，肿瘤的发生和发展机制复杂，肿瘤细胞对p53的反应机制多种多样，许多肿瘤细胞通过不同的途径（如MDM2的过表达）逃避p53的抑制作用。这些因素使得开发能够有效针对不同类型癌症的治疗方案变得更加困难。尽管一些p53基因治疗在临床前试验（主要是细胞和动物实验）中显示出良好的疗效，但在美国进行的临床试验中，其疗效和安全性并未得到充分确认。
腺病毒载体也被广泛用于基因疫苗研发，在包括新冠病毒等多种病毒感染的预防中得到了应用。例如，阿斯利康的Vaxzevria疫苗（AZD1222）、强生的Janssen疫苗（Ad26.COV2.S）以及中国康希诺生物的重组新型冠状病毒疫苗（5型腺病毒载体）克威莎。
另一大类载体是非病毒载体，由于不与细胞的基因组整合，因此具有较高的安全性，但其缺点是效率相对较低。这类载体包括质粒DNA、脂质体及电穿孔等物理方法。脂质体在临床上已被成功使用，如治疗成人遗传性转甲状腺素介导的淀粉样变性多神经病变的ONPATTRO，这也算是一种基因疗法，通过脂质体方式把转甲状腺素定向小干扰RNA（siRNA）递送到目标细胞。
此外，新冠病毒疫苗如辉瑞和BioNTech的Comirnaty和莫德纳疫苗Spikevax也均是通过脂质体方式递送的。其他手段的临床应用价值尚待确认，这里不再详细赘述。
致癌突变是如何发生的？
由此可见，基因治疗致癌的主要风险来自于目标细胞的基因组由于治疗基因片段的随机插入发生了致癌突变。那么，为什么插入突变会导致正常细胞变成癌细胞呢？
这要从细胞癌变的机制说起，癌症的形成通常与细胞内基因的突变密切相关。这些突变可以是遗传性的，也可以是后天获得的，基因治疗是细胞后天获得突变的渠道之一。常见的突变类型包括点突变、插入/缺失突变和染色体重排。点突变通常会改变基因编码的蛋白质，可能导致原癌基因的激活或抑癌基因的失活。插入或缺失的突变则可能导致蛋白质功能的丧失或改变，从而影响细胞的增殖和生存。染色体重排，如易位或倒位，可能导致基因表达的变化，或产生新的融合基因，这些变化都可能促进肿瘤的发展。
癌症发生主要跟两类基因有关，癌基因和抑癌基因。癌基因是指那些在正常情况下参与细胞生长和分裂调控的基因，当这些基因发生突变并过度活跃时，会诱发和促进癌细胞的无控制生长。常见的癌基因包括RAS、MYC和HER2等，它们的异常表达往往与多种癌症类型的发生密切相关。
相对而言，抑癌基因负责抑制细胞过度增殖和促进细胞周期的正常进行。当抑癌基因如BRCA、p53或RB等发生突变并失去功能时，细胞便失去了生长的抑制，导致异常增殖和肿瘤形成。因此，癌基因的激活和抑癌基因的失活是癌症发展过程中两个相互作用的关键环节，二者的失衡直接导致了肿瘤的发生。
在基因治疗过程中，如果治疗载体（如病毒载体）在基因组中随机插入，可能会导致癌基因的激活。这种激活通常是由于插入突变导致了癌基因转录水平的增加或产生了功能增强的融合蛋白。例如，载体插入在癌基因的启动子区域附近，可能增强该基因的表达，进而促进细胞的异常增殖和生长。插入突变也可能导致抑癌基因的失活。当治疗载体随机插入抑癌基因内部或其调控区域时，可能会破坏该基因的正常功能。
例如，插入突变可能导致抑癌基因BRCA、p53和RB等编码错误，干扰该基因的正常或产生功能失常的蛋白质。这种情况会削弱细胞对过度增殖的控制，增加癌症发生的风险。
此外，插入突变还可能引起基因组的不稳定性，这是癌症发生的重要因素。无论是对癌基因的激活还是对抑癌基因的失活，插入突变都可能导致基因组内的其他突变累积，从而促进肿瘤细胞的进化和克隆选择。随着时间的推移，这种不稳定性可能加剧肿瘤的恶性程度，导致癌症的进一步发展。插入突变不仅会直接影响癌基因和抑癌基因的功能，还可能通过影响细胞内信号通路的调控网络来间接导致癌症。
那么，有没有办法避免上述基因治疗技术和载体的弊端，同时将各自的优势集中于一体呢？
近年来，CRISPR基因技术在基因治疗中的价值日益明显。CRISPR基因编辑技术的发明者Emmanuelle Charpentier和Jennifer A.Doudna于2020年共同获得了诺贝尔化学奖。华人科学家张峰在该项技术的应用方面也取得了许多重要成就。
CRISPR能够实现对特定基因序列的精确切割和修复，使其能够靶向特定基因，从而减少了逆转录病毒和慢病毒在基因组编辑中随机插入突变的风险。CRISPR几乎可以靶向任何基因，这使得它在治疗多种遗传疾病时具有广泛的适应性。该技术已在多种疾病模型中显示出希望，包括镰状细胞贫血、杜氏肌营养不良症（DMD）和囊性纤维化等。
由于CRISPR能够直接修复或替换有缺陷的基因，它能够提供长期甚至永久的疗效，而不仅仅是暂时的缓解。这使得CRISPR在治疗遗传性疾病方面具有显著的优势，尤其是那些需要长期或终生治疗的疾病。
如今，基因治疗的应用领域不断扩展，涵盖了从单基因遗传病到癌症等复杂疾病。研究人员不仅在探索如何治愈遗传病，还在尝试利用基因疗法进行抗病毒治疗、免疫调节和代谢疾病的干预等。可以期待的是，在不远的未来，随着基因编辑工具的进一步发展，基因治疗将为更多患者提供新的治疗选择。