基因療法對大多數人無效，用生命換來的進步為何成了缺陷？
基因療法能給患有不治之症的病人帶來長久的療效，但多達半數患者的免疫系統卻拒絕了這一治療手段。開發能避開抗體攻擊的基因療法已是勢在必行。
來源 Mosaic
撰文 Jovana Drinjakovic
編譯 谷玉璽
編輯 戚譯引
詹姆斯（James*）和馬特（Matt*）兩兄弟成長於上世紀 80 年代的英國德文郡（Devon），對兩個孩子來說，日常的嬉鬧也要小心翼翼——小小的傷口或是磕碰都能把他們送進醫院。
他們患有血友病（haemophilia），一種由於凝血蛋白缺乏導致的凝血功能障礙性遺傳病。它已經困擾了家族中數代人。兄弟倆的舅爺便是死於血友病之手，他們和自己的叔叔還有表弟長期以來一直用注射凝血蛋白的方法防止出血。
現如今，至少在高收入國家，可以通過成熟的藥物療法有效控制血友病的癥狀。血友病會嚴重限制患者的自由和生活質量，甚至折損他們的壽命。行走或提舉箱子過程中產生的微小損傷會導致出血，健康人根本注意不到；但對於血友病患者，血液會從毛細血管滲出，淤積在關節處，引起搏動性疼痛和持續的損傷。
儘管兩兄弟中 41 歲的馬特更年輕些，他的關節卻更糟糕；由於肘關節軟骨受到侵蝕，他甚至無法伸直右胳膊，他的兩隻腳踝和右膝也已經變形。45 歲的詹姆斯，雙腳腳踝在長時間行走或站立後都會出血腫脹。
因此，當他們聽聞有一項針對血友病的基因療法試驗時，兩兄弟都被吸引了。不同於注射治療，基因療法也許能永久地治癒他們的疾病。治療思路很簡單：如果你遺傳了一個有缺陷的基因，那麼如果向你的體細胞內植入該基因正常的版本，就應當能夠治癒它。
我們也許已經來到了一個新的時代，站在時代的浪尖，某些遺傳疾病終可以被治癒。2012 年歐盟批准了首個靶向特定基因突變的治療藥物（註：Glybera 用於治療家族性脂蛋白酶缺乏症），這種基因突變會導致肝臟疾病；五年後，美國批准了一項針對視力喪失的基因療法（註：藥物 Luxturna 用於治療萊伯氏先天性黑蒙症）。現如今還有針對其他十多種遺傳疾病的基因療法已經進入了臨床試驗階段。
「基因療法具有劃時代的潛力，」加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）研究基因療法的大衛·謝弗（David Schaffer）說。他表示，對於血友病這類疾病而言，最易得的藥物通常只能起到暫時的作用，但將 DNA 作為藥物意味著「這個領域正野心勃勃地尋求一種治癒手段」。
對於和馬特與詹姆斯「同病相憐」的人來說，這些新的療法足以改變他們的人生。
這其中只存在一個問題：對大多數人來說，基因療法無法起效。
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即使對親兄弟而言，詹姆斯和馬特的世界也算得上十分相似。他們都住在東安格利亞（East Anglia），離得很近，有著共同的朋友，去同一間酒吧；他們都熱衷獨立音樂，也都要忍受在演唱會現場久站導致的嚴重疼痛。工作之餘，詹姆斯還是當地一支後朋克樂隊的主唱，馬特則在另一支樂隊做吉他手。
他們都患有 A 型血友病，基因突變導致他們的身體無法產生凝血因子VIII。血友病在男性群體中的發病率約 1/5000，而在女性中卻罕見得多，因為缺陷基因在 X 染色體上，並且是隱性遺傳，因此如果機體擁有另一份正常的基因拷貝，通常不會顯現出癥狀。一般只有兩個 X 染色體上都攜帶突變基因的女性才會發病。
「小時候我們喜歡在外邊瘋鬧，」詹姆斯說，「我們長大的那棟房子後面有個大大的運動場和一座廢棄的採石場。我記得因為出血、關節痛、傷口嚴重和頭部磕碰，我們三天兩頭要往醫院跑。」
詹姆斯接受了這樣的自己，平日盡量不讓自己受傷。馬特更無所畏懼些，因為不聽話，他不止一次頭上挂彩。「我小時候曾試圖無視這些病症，」他說，「這大概就是我為什麼有更多關節問題的原因。」
每次受傷之後，父母都會急忙帶他們去醫生那裡注射凝血因子VIII，用捐獻者的血液提純製成。直到他們二十多歲，預防性注射凝血因子VIII 的方法才得到普及。生活變得輕鬆了些：自發的出血可以被避免；關節損傷可以被控制了。
但他們還是需要每隔三四天補充一次凝血因子VIII，注射會在一周的某一天進行，具體日期需要跟蹤記錄。每次需要花費約 30 分鐘，這樣的治療手段遠非理想。
取而代之的基因療法通過向機體內引入正常的基因，使患者自身能產生凝血因子VIII。但將一段基因片段轉移到人體內絕非易事。基因是一長串的 DNA 序列，自身無法進入到細胞內部。因此，基因療法需要依靠病毒，某些病毒在複製過程中會將自身的 DNA 注入宿主細胞核內。這種情況下，經過人為修飾的病毒不會致病，而是攜帶著健康人的凝血因子VIII 基因，被注入患者體內。這些病毒將進入患者體細胞內卸下「貨物」，在細胞核內釋放攜帶的 DNA 片段，讓它同宿主細胞基因組待在一起。之後患者的細胞便可以藉助植入的基因製造自己的凝血因子VIII。
這麼些年馬特一直被迫小心翼翼地生活，現在他決定報名這個臨床試驗。但詹姆斯並不確定——他可不願意接受定期的檢測。他決定和患有血友病的叔叔談談。「他來自一個無葯可醫的時代，」詹姆斯說，「他對我說應該放手一試。」
馬特所參與的僅是一個大型臨床試驗的一部分，一項小樣本研究，僅有 15 名受試者。當詹姆斯決定加入的時候名額已經滿了，可沒過多久，他接到了一通電話，告知他試驗有一個空缺名額。一名患者退出了，那人正是馬特。
血檢結果顯示馬特具有腺相關病毒（adeno-associated virus, AAV）抗體，但該療法正是利用這種病毒作為載體。早年偶然的病毒感染讓他對治療產生了「免疫」。馬特脫離研究項目後，詹姆斯取而代之。
馬特並不孤單。對這項臨床試驗所用的病毒載體——AAV5 免疫的人大約達到總人口數目的 50%；對於其他類型的 AAV 載體，免疫比例甚至更高。AAV1 和 AAV2 可以達到 70%。但這個比例的估值會變化，而且現在也沒有一套測定患者對病毒載體「免疫力」的標準方法。謝弗說，我們所知的就是，預存免疫性（pre-existing immunity）是志願者退出試驗的主要原因，並且當這些療法普及之後，這一點也會嚴重限制參與治療的患者數量。
哈佛醫學院（Harvard Medical School）眼科學的副教授兼基因療法研究員盧克·范登伯格（Luk Vandenberghe）說，人體對 AAV 的免疫是基因療法的阿喀琉斯之踵。他說：「基因療法的療效卓著，但只對少數人起作用。」
那麼，到底為什麼要用這類許多人都免疫的病毒作為遞送基因的載體呢？
事實上，AAV 最初並不是基因療法的首選載體。但一場悲劇的發生永久地改變了基因治療領域，也讓 AAV 來到了舞台中央。
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基因作為藥物的設想始於20世紀後半葉，依託於對 DNA 分子結構的了解和基因對蛋白質編碼機制的明確。
人們早就知道基因遞送會十分困難，但了解到病毒可以將遺傳物質轉入細胞後，人們希望將它作為基因遞送載體。到上世紀 70 年代，基因編輯工具的發展終於讓這一設想成為可能。
上世紀 80 到 90 年代，首批轉移基因至人體的試驗開始了。當時人們鍾情的載體並非 AAV，而是逆轉錄病毒（retroviruses）和腺病毒（adenoviruses）；後者儘管和 AAV（腺相關病毒）具有相似的名稱，但實際大不相同。腺病毒吸引人的特點是易於基因改造和大量製備，適應治療需求。
有人擔憂病人的免疫系統或許會對腺病毒載體產生嚴重的免疫反應。研究人員認為這一風險是可以控制的，但他們錯了。
1999 年 9 月 13 日，來自美國亞利桑那州的 18 歲男孩傑西·格爾辛格（Jesse Gelsinger），因患有尿素循環障礙（urea cycle disorder）接受了腺病毒基因療法的臨床試驗。不久後他出現了發熱等癥狀。其他參與試驗的病人中也有一些對病毒產生了反應，但都沒有傑西那麼嚴重。傑西的免疫系統展開了一發而不可收拾的反攻，他陷入了昏迷，最終在接受治療 4 天后因多器官功能衰竭去世。
這項由賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）的詹姆斯·威爾森（James Wilson）主導的試驗立刻被叫停。隨後美國食品藥品監督局（US Food and Drug Administration，FDA）調查發現了該試驗在實施過程中存在問題，例如某些受試者並不滿足測試條件，以及研究人員並未告知病人先前在動物實驗中出現的不良反應。在這起異常死亡的訴訟中，格爾辛格的家人還指控威爾森並沒有充分公開該試驗存在的利益衝突——威爾森在一家生物技術公司持有股份，試驗成功將使該公司獲利。威爾森被判五年內禁止資助 FDA 監管的臨床試驗，並且不能參與任何人體試驗。這場由格爾辛格一家和政府對研究人員和大學提起的訴訟最終以庭外和解收場。
格爾辛格的死令這一尚處於發展階段的療法密布烏雲，也令人們產生了巨大的疑慮——腺病毒能否繼續用於這類療法。
在對病人安全高度重視的背景下，AAV 閃亮登場。
上世紀 60 年代，AAV 最初作為腺病毒中的污染物被發現，它永遠要和那臭名昭著的「前輩」有所牽連。但不同於腺病毒會導致普通感冒，AAV 能夠悄無聲息地侵染機體，不會誘發任何感染癥狀。
裘德·塞繆爾斯基（Jude Samulski）曾在 80 年代初第一個成功分離出 AAV 的基因組，那時他還是佛羅里達大學（University of Florida）的研究生，如今他是北卡羅來納大學（University of North Carolina）基因治療中心（Gene Therapy Center）主任。在當時，他的這一發現讓研究人員們開始考慮將 AAV 改造成一種新的基因遞送工具。
但 AAV 很難培養，腺病毒依舊是最流行的選擇。薩繆爾斯基說：「AAV 就像個備胎。」
到 90 年代中期，AAV 被證明能夠安全地向實驗動物體內傳送基因並令其發揮作用，這使 AAV 成為了基因遞送的重要候選載體。不巧的是，在格爾辛格參加臨床試驗的年代，針對腺病毒的研究佔據了先機。
但在悲劇發生之後，人們清楚地意識到需要使用更加溫和的病毒作為載體。基因療法需要向人體內注入大劑量的病毒載體，數倍於自然感染中進入人體的病毒量。在這樣的大劑量下，通常不會引起免疫反應的病毒失控的風險要小得多，因而不容易對病人造成傷害。
「用腺病毒做載體，就要試著把病原性病毒馴化成無害的運載基因的聯邦快遞（FedEx），」薩繆爾斯基說，「而 AAV 就是天然的快遞卡車。」
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2016 年 4 月的某個星期一，詹姆斯被安排在西倫敦的某家醫院進行基因治療。
時機不太理想。那時詹姆斯剛和自己的伴侶安娜（Anna*）買下了一套房子，搬家工作要在治療後三天內完成。還沒從收拾打包帶來的筋疲力盡中回過神來，夫婦倆就趕著周日下午的火車來到了倫敦，勉強休息了一晚。
第二天早上，詹姆斯給自己進行了最後一次注射。為了方便檢測自身凝血因子的生成，醫生告訴他這之後不要再注射外來的凝血因子VIII。如果試驗失敗了，他的關節會在一兩天內開始疼痛。但就算身體被不久前還只存在於科幻小說里的方法治癒了，詹姆斯還有其他的憂慮。
「沒人能確定基因療法在什麼時候起作用，」他說，「他們只告訴我要小心一點。我只能說，『好吧，太好了，可我這周得把家搬完啊。』」
這次治療不過是約一小時的靜脈滴注。一小瓶盛滿 450 萬億個 AAV 病毒顆粒的溶液被注入了詹姆斯的體內，每個病毒都攜帶了一份正常的凝血因子VIII 基因。一旦進入血流中，部分病毒就能到達詹姆斯的肝臟和循環系統細胞中（凝血因子VIII 通常產生於這些地方），在這裡「卸貨」。
在接下來的 24 小時內，詹姆斯被要求留在診療室內，接受仔細的觀察，看是否出現了任何副作用。沒有任何不適。房間里還有一把椅子給安娜，旁邊還有電視機和浴室，但對詹姆斯來說，困在狹小的診室內實在是治療最糟糕的部分。
第二天，夫婦倆回去了，繼續按計劃搬家。
「我已經能感覺到一絲不同，」詹姆斯說，「我記得一整天都在歸置傢具，最後坐下歇著的時候感覺還不錯。第二天我們搬得很順利，我還抬了好多箱子。雖然很累，但我感覺很好。」
從前這種程度的運動會讓他的關節嚴重充血，但治療五天後，血檢結果正如詹姆斯猜測的——他自身製造出了凝血因子VIII。治療成功了。
該試驗開始時先為兩名病人注射了低劑量的改造病毒。確認安全後，另外六名病人接受了中等劑量的病毒，在安全性得到驗證後，包括詹姆斯在內的七名患者進一步接受了高劑量治療。試驗報告包括了以上九名患者。這是一次劑量遞增研究（dose-escalation study）。
低劑量患者病情沒有好轉，中劑量患者部分好轉，高劑量患者的治療效果最引人矚目——所有的病人都產生了因子VIII，並且含量達到了健康人水平。自發出血及需要注射凝血因子的頻率都降低了。
「我們看到的這些指標，根本和健康人一樣……簡直難以置信。我們真是大吃一驚，」巴茨健康及倫敦醫學與牙醫學學院（Barts and the London School of Medicine and Dentistry）研究止血與血栓形成的教授約翰·帕西（John Pasi）說。該研究由拜瑪林製藥公司（BioMarin Pharmaceutical）資助，帕西擔任主持者。
「因為它是無痛式的，因此看起來很輕鬆，」詹姆斯補充道，「在倫敦呆上 24 小時就行了。它改變了我的人生——太瘋狂了。」
退出試驗時，馬特的心情還沒那麼糟。但當看到哥哥被治癒後，基因療法的意義對馬特造成了刺激。「如果當時知道療效會這麼好，我肯定會很沮喪。顯然我現在就很沮喪，」他說。
詹姆斯參與了早期的試驗，用於檢測該療法的安全性和有效性。研究隨後在更大樣本量下對療法的有效性進行了檢測。去年美國 FDA 的聲明表示，將簡化對於新興基因療法的評審過程，因此薩繆爾斯基認為針對血友病的第一個基因療法將在三年內得到廣泛的應用。
在接受基因療法兩年半後，詹姆斯體內的凝血因子VIII 水平依舊保持在正常水平。基因治療後，他再也沒有給自己注射過凝血因子。從各方面來說，他被治癒了。
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基因治療中心（Gene Therapy Center）位於北卡羅來納大學教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）西側一棟現代紅磚建築內，五月的一個清晨，綠意盎然，我來到了這裡。考試剛剛結束，原本滿是學生的校園現在空蕩蕩的。中心主任裘德·薩繆爾斯基因為幾個月前背部受傷，走起路來微微有些跛。「我和聖誕樹榦了一架，我輸了，」他說。
在他任職期間，基因治療中心創造了多種 AAV 載體，正在針對一系列與肌肉、大腦和血液相關的疾病進行測試。塞繆爾斯基堅持通過他的實驗室和公司完善基因遞送技術，輝瑞（Pfizer）剛剛收購了他的一家公司。薩繆爾斯基說，製藥巨頭正在進軍基因療法領域，這標誌著在 1999 年悲劇發生後，人們終於開始重新正視它。
但這對馬特這樣的病人毫無幫助。「臨床試驗的天平尚未向已經被排除在外的病人們傾斜：如果你夠幸運，你就能得到治療；如果不走運，你就不能，」薩繆爾斯基解釋道，「研究領域正在向新的挑戰進發，比如如何克服預存免疫性。」
線索就隱藏在病毒身上。
病毒由蛋白質外殼（衣殼）和內部遺傳物質組成。這些病毒蛋白究竟起到什麼作用仍舊是個謎，薩繆爾斯基實驗室的一名博士後勞里·弗雷婭·厄爾利（Lauriel Freya Earley）正是眾多致力於解開這一謎題的病毒學家之一。
厄爾利對 AAV 了如指掌。她向我介紹說，AAV 衣殼由三種蛋白組成——vp1, vp2 和 vp3，它們以自組裝的方式形成一個二十面體，該結構的尺寸只有頭髮絲直徑的 1/3000。
她遞給我一個海星模樣的塑料模型，它的表面布滿了突出的小刺。這是一件放大的 AAV 衣殼 3D 列印模型。衣殼不僅能保護病毒 DNA，它也是幫助病毒進入不同器官的鑰匙。突出的蛋白物質形成了病毒崎嶇不平的表面，能以某種方式幫助病毒進入細胞。
自薩繆爾斯基克隆第一個 AAV（AAV2）後的 37 年間，一系列其他血清型的 AAV 相繼被發現。科學家們估計不少都可以感染人類細胞，這其中的數個類型已經用作基因載體治療不同的疾病。這些 AAV 根據衣殼的組成分類，衣殼的不同決定了它們的功用，使得它們可以向不同組織遞送基因。AAV5 和 AAV8 能夠進入肝臟。AAV9 不僅能進入肝臟，還可以穿過許多藥物無法進入的血腦屏障（blood–brain barrier），這意味著它可以向大腦遞送基因。除此之外，AAV 的多樣性還給繞過免疫系統攻擊提供了可能。
衣殼會吸引免疫系統的火力。人體接觸到病毒後會產生相應的抗體，它們正是針對這些獨特的表面結構進行識別。
雖然絕大多數的人也許已經感染了 AAV2——估測值較高的研究認為 70% 的人口具有其抗體——但有觀點認為感染 AAV 其他血清型的比例要低一些。像馬特這樣對一種病毒免疫的病人也許可以用另外一種進行治療。
研究人員也正在實驗室中培育新的病毒變種。一種方法就是對衣殼進行編輯，這樣抗體就無法進行識別。如果研究人員知道衣殼蛋白的哪一部分決定了抗體識別，那麼改造將變得直截了當，但這正是 AAV 的一大未解之謎。
另一種替代的方法是培養許許多多的衣殼變種，然後選擇能夠避開免疫系統的那些。
「我們不該受天然病毒存在的限制擺布。」加州大學伯克利分校的大衛·謝弗說，他也是 4D 分子療法公司（4D Molecular Therapeutics，致力於AAV載體設計）的創建者之一。他認為我們應當改造 AAV，不僅為了更好地實現基因遞送，也為了讓它繞開免疫反應。「如果我們對錶面蛋白做足夠的改動，就能夠讓病毒進化，不再被先前存在的抗體識別。」
幾年前，塞繆爾斯基曾應用過這一方法。六名患有杜氏肌營養不良症的男孩參與了以 AAV2 作為基因載體的早期臨床試驗，該試驗的目的並非治癒，僅僅是為了檢測 AAV2 作為相關基因載體的安全性和有效性——答案是肯定的。但試驗也導致男孩們的體內都產生了高水平的 AAV2 抗體，這意味著他們在將來無法用 AAV2 治癒自己的疾病。
因此塞繆爾斯基的團隊抽取了其中三名男孩的血液，加入大量經過改造的 AAV2 衣殼，並挑選那些沒有被抗體識別的衣殼。理論上，包覆有這些衣殼的 AAV2 能夠用於治療這三名男孩，但薩繆爾斯基的實驗僅僅只是一次證明該方法可行的科學嘗試。
在現行規定下，個性化的基因療法依舊是不現實的。監管機構不區分自然產生的和人工創造的 AAV 衣殼，所以每個新的變種都需要經歷流程繁瑣、成本高昂的臨床試驗。薩繆爾斯基說：「考慮到成千上萬的病人被現行的基因療法拒之門外，有關部門應該努力和臨床需求達成共識。」
但即使對人造 AAV 的審批過程變得更加精簡，也不是所有人都願意上這條船。詹姆斯·威爾森曾將研究方向從腺病毒轉到了 AAV，但他擔心如果對 AAV 改造太過，可能會把這種無害的病毒變成某種致命的病原體。因此他更關注從靈長類身上分離新型的天然 AAV。
「這些外來的 AAV 確實足夠不同，能夠不被人體免疫系統識別，」威爾森說，「但它們是優秀的載體么？我們正在研究這一問題。」
儘管由於人為製造病毒飽受批評，薩繆爾斯基並沒有退縮。
「你可以尋找天然病毒，但如果你知道如何控制它們進化，那效果是一樣的。自然的不意味著是更好的。沒有證據表明改造的病毒具有危險性。」
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2018 年 4 月，一個周五的夜晚，離詹姆斯完成治療兩周年還差幾天，他的樂隊在劍橋的一家酒吧里表演。以前，他需要注射足夠的凝血因子VIII 才能登台演出，但現在不需要了。
「我感覺自己像換了一個人，」詹姆斯說，「我現在甚至不去想這件事了。就是這麼奇怪，你會很快習慣不做一件堅持了 43 年的事（定期注射藥品）。」
治療並沒有讓兄弟倆產生嫌隙，他們還是十分親近。詹姆斯承認對於試驗的成功感到愧疚，感覺擁有了馬特沒有的東西。二人長久以來羈絆的消失也讓他感到悲傷。這些年來，他們都是一起測試不同的治療方法，和對方推心置腹地交流病情。雖然現在他們還會談論病情，但感覺已不同從前。
沒人知道詹姆斯身上的凝血因子VIII 基因能夠維持多久的療效，但早前針對 B 型血友病的基因療法給他提供了希望：接受治療的病人在 8 年後還能自己產生凝血因子。
如果由於細胞的更替，詹姆斯失去了原先經病毒改造過的細胞，那麼他很有可能不能再重複接受這樣的治療了，因為他的免疫系統已經對病毒產生了抗體。而且由於基因療法需要高劑量的病毒載體，他體內的 AAV5 抗體要比自然感染產生的更多，這也可能讓他無法嘗試其他類型的 AAV 載體療法。
但在將來，我們的基因療法也許根本不需要病毒。研究者們正在開發其他類型的基因遞送方法，包括脂質體（脂質分子膜形成的封閉顆粒，可以與細胞膜發生融合）、合成納米粒子等一系列不會被免疫系統發覺的技術。研究人員也在探索基因編輯技術，以便永久地將正常基因插入到病人的基因組中。
「針對基因療法的研究得到了不少資助，這樣問題解決起來也會簡單點。一切只是時間的問題，」薩繆爾斯基說。
事實上，馬特並不需要等待太長時間。自他第一次申請參加試驗以來，拜瑪林公司已經修改了對「免疫力」的限制。後續檢測表明馬特的 AAV5 抗體水平低於閾值，因此他能夠參加下一階段的臨床試驗。
這是個驚人的轉折——同時它提醒我們，無論基因療法的歷史有多久，該領域仍然處在它的嬰兒時期，我們還在想辦法深刻理解預存免疫性的影響。「如果一切進展順利，我會在六個月內開始試驗，我非常開心，」馬特說。
薩繆爾斯基說，這表明有必要建立統一的免疫檢測標準，因為現在每個人都在用不同的方法進行嘗試。除非準確地知道怎樣的免疫水平會阻礙治療，否則我們可能就不必要地拒絕了對病人進行可以改變一生的治療。
「基因療法還處在幼年時期，」他說，「我們還在不斷探索它的可能性。」
*文中部分當事人姓名採用化名。
原文鏈接：Gene therapies only work for some people – so how do we fix this?
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