2013年8月23日《科学》杂志报道，意大利科学家采用慢病毒进行造血干细胞基因治疗白质营养病变的I/II期临床试验获得成功。这是干细胞基因治疗领域的一个突破性进展。过去这些学者曾经用动物实验证明这种方法有效，这次实验主要是针对早期患者的有效性和安全性开展I/II期临床试验，结果表明效果明显，而且可以安全使用，这一研究给这类疾病患者带来新的希望。 

 

异染性脑白质营养不良是一种常染色体隐性遗传性疾病，为脑白质营养不良中的较常见类型，此病又称异染性白质脑病，是一种严重的神经退化性代谢病，是最常见的溶酶体病。该疾病的原因是由于芳基硫酸酯酶A(arylsulphatase A，ARSA)或神经鞘脂激活蛋白B(sphingolipidactivator protein B，SAP-B，saposin B)即脑硫脂激活蛋白的缺陷，使溶酶体内脑硫脂水解受阻，而沉积在中枢神经系统的白质、周围神经及肾、胆囊、肝等内脏组织，引起脑白质、周围神经脱髓鞘形成的进展性、退化性神经系统疾病。理论上，这种单基因疾病非常适合进行基因治疗。 

 

研究针对3名有ARSA缺陷的患儿，采集患者的骨髓干细胞，通过慢病毒将目标基因转染到干细胞，然后把基因改造后的骨髓干细胞给患者移植，进行24个月的追踪研究，发现患者的脑损伤情况明显改善，观察期间甚至研究结束后1年没有发现任何患者病情加重的情况，脑脊液中ARSA的酶活性获得提高，血液样本证明在患者体内目标基因在多种血液细胞中稳定表达，也没有发现明显异常不良效应。 

 

基因治疗（gene therapy）的理念非常简单——将健康基因引入到患者体内，健康基因的产物将减轻缺陷基因所引起的身体缺陷或延缓疾病的进展。但是为什么在过去的三十年里，用该方法治疗患者的临床成功案例却鲜有报道呢？其中一个主要的障碍是将基因输送到合适的细胞、组织和器官中去。我们该如何将一个基因引入到拥有上万亿个细胞的大脑内，抑或数十亿个细胞组成的肝脏内，抑或罕见的造血成体干细胞（具有潜伏于所有类型的淋巴细胞与骨髓细胞内的能力）中？研究者们花费了大量的精力来寻找行之有效的方法，将治疗性基因输送到预期的细胞类型中，从而在理想情况下，使受体细胞在整个生命周期内能够持续地产生治疗性基因的产物，但又不会引起不良副作用（例如遗传毒性或免疫平衡状态被扰乱）。Biffi等人和Aiuti等人使用慢病毒（lentivirus）介导的基因治疗方法，对患有罕见遗传缺陷的患儿们进行了治疗，并报道了一系列鼓舞人心的研究成果。 

 

对于基因治疗领域的科学家们而言，在过去的十年里虽然时有波折起伏，但是捷报频传，最先传出好消息的是一项在X染色体连锁重度联合免疫缺陷病（X-linked severe combined immunodeficiency disease, SCID）的患儿中成功开展的临床试验。目前，全世界范围内有1700多项临床试验正在如火如荼地进行着，它们采用一系列广泛的基因治疗方法来治疗获得性疾病与遗传性疾病。这些方法需要对病毒进行基因改造，使其能够感染靶细胞并能输送基因，但同时又不会引发疾病。逆转录酶病毒（例如慢病毒）能将它们的遗传物质（包括通过基因工程获得的新基因）整合到宿主细胞的基因组中。这种转导后的宿主细胞随后被重新移植回患者体内，并携带着正确的基因进行增殖，从而生成健康的细胞（下图）。Biffi等人与Aiuti等人分别让患有异染性脑白质营养不良（metachromatic leukodystrophy, MLD）与威斯科特-奥尔德里奇综合征（Wiskott-Aldrich syndrome, WAS）的儿童们燃起了新的希望。这两种遗传缺陷均能使患者体内缺乏某种对生命早期至关重要的蛋白质，并且目前缺少有效的治疗方法。 

 

MLD是一种由ARSA基因突变所引发的常染色体隐性溶酶体贮积症（lysosomal storage disease），能够使机体缺乏芳香硫酸酯酶A（arylsulfatase A），从而促使有毒的硫苷脂在体内逐渐积累，最终引起广泛的髓鞘脱失和神经退行性病变。罹患该病的儿童在出生时看起来很健康，但是他们将逐渐失去认知能力和运动能力，目前的医疗水平也难以阻止这种神经退行性病程。WAS是一种X染色体连锁的原发性免疫缺陷性疾病；在出生时就患有WAS的儿童体内缺乏WASP蛋白，这种蛋白能调节细胞骨架。WASP蛋白的缺失会使机体的免疫系统发生故障，从而使机体容易出现感染、自身免疫性疾病与肿瘤，同时也能引起血小板出现缺陷，导致机体频繁出血。研究者们已经证明，在可行的情况下，骨髓移植术（bone marrow transplantation）是这两种疾病的有效治疗方法。因此在2010年时，研究者们开始使用慢病毒载体进行临床试验，将功能性ARSA基因与WASP基因转移到16名患者的骨髓源性造血干细胞（可表达CD34+标识物）内。在这16名患者中，其中6名患者患有WAS，另外10人患有MLD。Biffi等人与Aiuti等人对每种疾病三名患者的研究结果进行了报道；他们在这些患者接受治疗后，对其进行了足够长时间的观察，从而能够对该疗法的安全性和有效性进行总结归纳。 

 

 

 

临床疗效。患有以上罕见遗传性疾病的患儿接受了基因治疗。该疗法将正常基因输送到患儿体内，而正常基因的产物能够在治疗后两年内停止或延缓异常基因的恶化。 

 

Biffi等人发现，在三名患有晚期小儿性MLD、但尚未出现临床症状的儿童中，MLD原本预计将在7-21个月内发病，然而经过基因治疗后，他们的临床症状或病程进展在18-24个月的随访期内出现了停止。Aiuti等人也同样指出，在三名呈现WAS症状的儿童中，其未接受任何治疗的湿疹（皮肤的慢性炎症）在基因治疗后6-12个月之间就得到了缓解，感染的次数也逐渐降低，而血小板数量得以提高。这两项临床试验均未观察到克隆优势的现象。研究者们在分析了造血干细胞的载体插入位点后发现，某个特殊的基因位点上并没有发生优先的整合作用，从而降低了机体产生大量异常增生的细胞的可能性。如果随着时间的推移，机体内出现越来越多的、被相同的输送基因整合位点所标记的CD34+祖细胞、骨髓成熟细胞和淋巴成熟细胞，那么就能够强有力地证明载体转导的造血干细胞在被移植后拥有自我更新与多向分化的潜能。在这一点上，Biffi等人和Aiuti等人的研究与以往的一些研究相类似；这些研究对两名患有X染色体连锁的肾上腺脑白质营养不良（X-linked adrenoleukodystrophy，一种由腺苷5’-三磷酸转运体（adenosine 5’-triphosphate transporter）缺乏所引起的、严重的脱髓鞘病）的男孩进行了研究，研究者们在慢病毒载体转导的造血干细胞内并未发现克隆优势。在这三项研究中，为了达到最佳的移植效率，研究者们需要对患者进行局部骨髓切除术。 

 

在过去的12-13年间，医生们利用经基因转导的自体造血干细胞对50多位患有原发性免疫缺陷病的患者进行了治疗，主要用的是γ逆转录病毒载体。大多数患者都获得了较好的临床疗效，但是一些SCID-X1患者、慢性肉芽肿性疾病（chronic granulomatous disease）患者与WAS患者也出现了白血病（leukemia）与骨髓增生异常（myelodysplasia），人们因而对该疗法的长期安全性提出了质疑。通常认为，引起这些不良事件的原因是由于载体被整合到特殊的原癌基因的附近，从而导致这些原癌基因异常表达，最终引起肿瘤形成。研究者们可以通过基因组深度测序技术来确定整合位点，但是由于目前无法对克隆的造血干细胞群进行有效的增殖，因此只能在细胞移植后才能分析整合位点。尽管患者体内经慢病毒转导的造血干细胞的研究资料比较有限，但是这些细胞似乎并不青睐于任何特殊的整合位点，然而，β(E)/β(0)型地中海贫血（β(E)/β(0)-thalassemia）患者的造血干细胞在转导入了慢病毒载体后，其骨髓区域内出现了自限性优势克隆，从而引起了广泛的关注。该克隆的HMGA2基因（编码一种转录调控因子）能够被由载体介导生成的、末端被切除的转录产物所激活；而在小鼠体内，这种转录产物的过度表达与增生性造血作用和克隆性扩增有关。尽管如此，目前仍没有临床证据能够支持白血病前期状态或严重的造血系统失衡的存在。 

 

为什么γ逆转录病毒载体容易增加遗传毒性呢？最简单的解释可能是它们的基因组内含有长末端重复序列，其间存在着完整的启动子序列和增强子序列，当γ逆转录病毒载体被整合到宿主细胞内促生长基因的附近时，这些序列能够提高其转录水平，最终导致异常的细胞生长。一些临床试验对自我失活（self-inactivating, SIN）的γ逆转录病毒载体和SIN慢病毒载体进行了比较，比较两者之间的遗传毒性、转导效率以及转入基因的持续性表达情况。另一个未知数是被转导的造血干细胞的调节机制及其精确状态，这些未知数在不同的患者间可能存在着较大的差异。 

 

随着基因治疗领域的不断进步，科学家们可能会从患者体内获取体细胞，将它们转化成诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stem cell），然后像做外科手术一般，利用同源重组（homologous recombination）技术将有缺陷的基因替换成正常基因，并使它们分化成造血干细胞，最后采用常规的移植手术，将这些造血干细胞移植回患者体内。或者，我们也可以找到促进造血干细胞生长和增殖的直接方法，而不需要生成诱导性多功能干细胞。对于那些患有难以治愈的遗传性疾病的患者而言，这是一个天大的喜讯。