基因编辑进化论
基因编辑在农业领域小试牛刀就已经在创造不可能了。那么，在基因编辑的大本营里，它会对人体基因治疗产生什么样的影响呢？
基因编辑技术的老大哥们已经先行一步开始人体试验了。2016年年底，世界上第一例CRISPR/cas9人体试验在中国四川大学华西医院启动，他们的攻克目标是肺癌（见图5-3）。
这条新闻背后的生物学背景非常有意思。在进行比较之前，我们先来回忆一下传统基因治疗的发展路径。
图5-3 卢铀教授
中国四川大学华西医院的卢铀教授主持了采用CRISPR/cas9技术的第一例人体试验。
大家可能还记得，1990年第一例基因治疗手术针对的疾病是重症联合免疫缺陷病，在2014年，圣加蒙公司报告了利用锌手指核酸酶技术治疗艾滋病的人体试验。传统基因治疗、锌手指核酸酶以及CRISPR/cas9，是三种差别显著的技术。重症联合免疫缺陷病、艾滋病和肺癌，看起来也是风马牛不相及的三种疾病。但是如果仔细分析的话，这背后的路线选择其实是很有关系的。重症联合免疫缺陷病，是基因缺陷导致的淋巴细胞死亡和免疫系统缺陷；艾滋病，是HIV入侵人体免疫系统导致的淋巴细胞死亡和免疫系统缺陷；而肺癌看起来与淋巴细胞的关系并不大，但是中国四川大学华西医院的医生们的治疗思路仍然是和淋巴细胞有关的：他们计划通过改造患者的淋巴细胞，让它们重新获得捕捉、消灭肿瘤细胞的能力，以达到治疗肺癌的目的。
为什么三种新技术的第一次临床应用都不约而同地选择了对人体的免疫细胞挥舞手术刀？因为从技术层面来看，对淋巴细胞进行操作门槛比较低——至少要比像大脑、肝脏和皮肤这样的组织低。为什么这么说呢？淋巴细胞是我们身体里一类比较“活”的细胞，它们是由骨髓里的造血干细胞分化而来的，却可以在全身血液和组织内游走，进出全身各处的淋巴结。这本身并没什么令人吃惊的地方，淋巴细胞作为身体抵御外来病原体入侵的主力军，当然需要在身体各处“巡逻”，随时查获混入身体内的外来者。但对于基因治疗来说，淋巴细胞的这种流动性提供了巨大的方便之处。想要对淋巴细胞进行基因修饰和基因编辑，只需要从患者的外周血里提取淋巴细胞，修改好后再把细胞重新输回给患者就可以了。
1990年，为了治疗重症联合免疫缺陷病，安德森医生正是这样提取了德希尔瓦血液里的淋巴细胞，利用病毒将腺苷脱氨酶基因导入，再将恢复功能的淋巴细胞重新输入德希尔瓦体内。到了2014年，圣加蒙公司为了治疗艾滋病，也是依样画葫芦：将艾滋病患者体内的淋巴细胞取出，利用锌手指核酸酶破坏掉其中的CCR5基因，然后再输入患者体内。到了2015年，中国四川大学华西医院的医生们计划首先将肺癌患者体内的淋巴细胞取出，然后利用CRISPR/cas9技术破坏细胞内的一个基因，让这些淋巴细胞恢复战斗力，再将它们输回患者体内，让这些重新拥有抗癌活力的细胞去杀死癌细胞。他们同样利用了淋巴细胞容易获取、容易识别的特性。
正是因为淋巴细胞容易获得和识别，医生们才不约而同地将首次临床试验的目标对准了它们。如果是大脑，里面各种长着长长触角的神经元相互缠绕纠结；或者是我们的皮肤，由细胞形成致密而规则的层次，医生们想要获取这些细胞就会变得非常困难，而想要把处理后的细胞再原封不动地放回原位，那更是不可能完成的任务。
因此，在我看来，对基因做手术在人体上最容易实现，也最有可能在近期正式走入临床应用的，就是针对淋巴细胞的操作——不论是直接与淋巴细胞相关的疾病，还是通过改造淋巴细胞治疗其他疾病。
我们可以把这个阶段简单总结为“来自人体—体外处理—体内治疗”（见图5-4）。基因手术刀的对象是人体原本就有的细胞，但所有的基因编辑操作都发生在身体以外，发生在我们人为收集的人体细胞中（特别是淋巴细胞）。除了上面分析的原因以外，这样做的一个额外的好处自然是安全性：我们甚至都不需要把基因手术刀直接投放到人体内，这样就可以避免外源DNA、外源病毒给人体其他细胞和组织带来难以预料的危害。
图5-4 “来自人体—体外处理—体内治疗”的技术思路
但我们也马上可以想到，“来自人体—体外处理—体内治疗”绝不会是基因手术进化的终点。毕竟除了淋巴细胞，还有许许多多种细胞可能出现遗传缺陷，需要加以保护，也可能需要识别和消灭。
自然而然的，未来我们可以期待一下基因编辑的第二阶段——“来自人体—体内处理—体内治疗”（见图5-5）。这个策略当然也不是凭空想象。回忆一下传统基因治疗时期基辛格的悲剧吧，当时他所接受的临床试验，正是直接将病毒注射到人体内，希望病毒能在人体内定位特定细胞并修复其中的基因缺陷。基辛格所患的鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症，影响的是肝脏细胞处理代谢废物的能力。不像淋巴细胞，医生没有办法把肝脏取出处理后再放回体内，因此只能把用于基因治疗的病毒直接输入患者体内。
图5-5 “来自人体—体内处理—体内治疗”的技术思路
“体内处理—体内治疗”的好处是毋庸置疑的，对于人体绝大多数器官和组织来说也是唯一的办法。但是从体外处理到体内处理这一步的难度非常之大。基辛格的悲剧已经说明，病毒进入人体可能会引起致命的免疫反应，而究竟什么人会有反应，反应究竟该怎么控制，直到今天还是近乎无解的难题。当然，在基辛格的悲剧之后，科学家也在尝试各种不同的病毒载体，探索对病毒载体进行优化和修改，降低人体的免疫反应。但是究其本质，病毒颗粒毕竟是不属于人体的外来物质，很难完全逃脱人体免疫系统的识别和攻击。
另外一个比较麻烦的问题是效率。“体外处理”的好处是很容易保证基因手术的成功率。从血液里提取的淋巴细胞本身就是各自独立的游离细胞，不管是用病毒来运输DNA，还是干脆用更“暴力”的电击等方法运输DNA，都比较容易成功。人体内的正常器官和组织在绝大多数情况下都不是这种形态的，细胞之间有着或松或紧的连接和复杂的三维结构。这两者的区别，就像是一捧松软的沙粒对比一块坚硬的砖头，水可以很容易渗入前者，却很难进入后者。因此，在“体内处理”的实践中，怎么让病毒颗粒真的“渗入”相关器官和组织的最深处，保证能把DNA手术刀运进全部或者至少是相当一部分细胞内，其实是非常困难的。如果“体外处理”的话，科学家和医生完全可以在把细胞输回人体前先检验一下基因手术的效果如何——简单取一点细胞做些常规检测就能解决——这样可以不断优化和提高基因手术的效率。然而在“体内处理”的时候就没办法这么做了，总不能拿活人反复做试验吧！
但希望也是实实在在的。我们的故事里提到过，在2012年通过临床试验检验，获得正式上市资格的第一个基因治疗药物Glybera，其实恰恰属于“体内处理”类型。这种基因治疗药物利用病毒载体将人类脂蛋白脂肪酶基因LPL重新放回人体的肌肉细胞，让人体肌肉细胞生产脂蛋白脂肪酶，从而能够治疗一种发病率仅有百万分之一的单基因遗传病——脂蛋白脂肪酶缺乏症。而风头正劲的爱迪塔斯医药公司，也已经计划于2017年将CRISPR/cas9技术用于“体内处理”类型的基因治疗。他们瞄准的目标是一种名为先天性利伯氏黑蒙症（Leber congenital amaurosis, LCA）的罕见遗传病，这种发病率仅有十万分之一的单基因遗传病会严重影响患者的视网膜感光细胞发育。爱迪塔斯医药公司的计划是将病毒注射到患者的眼球内，对患者的视网膜细胞展开“体内处理”。
肌肉和眼球仅仅是一个开始。必须承认，这两个组织在人体中仍然可以算是相对简单的。肌肉组织里主要是聚集成束、不断伸展收缩的肌肉细胞，而视网膜虽然复杂一些，却暴露在身体主要结构之外，比较容易操作。实际上，眼科医生早在几十年前就已经习惯往眼球里注射药物治疗疾病了。试想一下那些更复杂的人体部位吧：由上百亿个神经细胞和数量10倍于此的胶质细胞盘根错节形成的人脑；由上皮细胞铜墙铁壁一般紧密相连形成的消化道上皮；由盘曲环绕的毛细血管形成的过滤尿液的肾小球，这样的球状结构在每个肾脏里都有上百万个；还有肝脏、心脏、血管、淋巴结、生殖器……未来还有许多难题等着我们去攻克呢！
接下来呢？“来自人体—体外处理—体内治疗”“来自人体—体内处理—体内治疗”，基因编辑的前两个阶段性目标完成之后，至少还有一个诱人的可能性等着我们去探索。
你们可能已经看出来了，“来自人体”这一步骤对于基因手术来说，意味着完全个性化的治疗方案。医生必须从每一名患者体内获取细胞，体外培养，加以基因修饰，再输回同一个患者体内。这里面每一个步骤都必须根据这名患者的情况量身定做，不同患者之间不可能共享医疗资源：来自A患者的淋巴细胞显然不能给B患者用，这样毫无疑问会引起致命的免疫反应。不同患者之间也不可能照搬一模一样的临床程序：不同体重、年龄、种族、性别的患者，不同的发病部位和疾病类型，可能需要对临床程序做完全个性化的调整。也正是基于这两个原因，基因治疗的经济压力非常沉重。世界上第一个正式上市的基因治疗产品Glybera的使用价格超过了100万欧元，让它无可争议地跻身历史上最昂贵的医药产品之列。
那么，用于基因治疗的细胞一定要“来自人体”吗？或者一定要来自患者自身吗？有没有什么办法能够消除基因治疗的个性化标签，让经过基因编辑的同样一批细胞能够用在不同患者身上？
这个听起来有点疯狂的想法已经在慢慢变成现实了。说穿了倒是也不神秘，基因治疗“去个性化”（见图5-6）的核心，就是避免患者的身体识别并排斥非自身的细胞（异体排斥）。我们已经知道异体排斥现象的“幕后黑手”是什么了。简单来说，我们身体里的淋巴细胞能够通过细胞表面的“探测器”，专门探测人体细胞表面的“识别标志”。特别有意思的是，这种“探测器”在生产的时候已经经过反复筛选，所有能识别自身标志的“探测器”都已经被销毁，因此，剩下的“探测器”一旦被激活，我们的身体就会认为外来细胞开始入侵了。
图5-6 “去个性化”的技术思路
因此，一个思路就是，如果用基因手术改造人体细胞，彻底破坏它们身上的识别标志，这些细胞不管进入谁的体内都不会被免疫系统的“探测器”检测到，这样一来，不就可以成功躲过异体排斥的问题了吗？
这个听起来相当激进的治疗思路也在2015年开始进入临床试验。法国巴黎的Cellectis公司在当年年底宣布，他们和伦敦的医生合作，开始利用“神话”核酸酶技术治疗小女孩蕾拉（见图5-7）所患的急性淋巴细胞白血病。
他们的治疗思路与中国四川华西医院的医生相类似。法国和英国的医生也希望能在体外修改人体淋巴细胞，重新唤醒它们定位打击癌细胞的能力，再将这些细胞输入蕾拉体内。但是他们比中国的医生更激进的是，法国和英国的医生这一次使用的不是蕾拉自己的淋巴细胞——蕾拉的白血病使得她自己的淋巴细胞已经不堪大用——而是来自一名骨髓捐献者的淋巴细胞！因此，医生们还需要额外的基因编辑步骤，去除这些细胞表面的识别标志。
图5-7 蕾拉
1岁的小女孩蕾拉正在接受基于“神话”核酸酶技术的基因治疗。
可以想象，基因治疗这把上帝的手术刀，如果真的想要普惠众生，摆脱对“来自人体”的依赖，“去个性化”是非常关键的一步。只有这样，医药企业才有可能开发和大批量生产出能用在不同患者身上的普适药物，而不需要针对每个患者都设计一套烦琐和独一无二的治疗方案。也只有这样，基因治疗的价格才有可能下降到普通大众能够承受的范围。
到此为止，我们是不是已经把基因编辑的全部潜力讲完了呢？当然没有，实际上，基因编辑的光荣和梦想才刚刚开了个头呢。
