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文 | 峰瑞資本FreeS
2018 年底鬧得沸沸揚揚的「賀建奎事件」把基因編輯（基因療法的策略之一）帶入了公眾的視野。
自從 1953 年發現了 DNA 的雙螺旋結構，我們對遺傳學的認識達到了分子的層面。從基因層面治療疾病，一直是科學家們的夢想。經歷了上個世紀 90 年代的狂熱和低谷，人類終於在 2012 年迎來了第一個獲批上市的基因療法藥物 Glybera。從此，人類打開了基因療法的大門。
從小分子、蛋白藥物、核酸類藥物再到基因療法，各類藥物是如何發揮作用的？他們有什麼區別和特點？
為什麼基因療法如此強大卻又充滿爭議？人類第一次有能力改寫遺傳密碼，這是阿拉丁神燈，還是潘多拉魔盒？
本篇文章中，我們從藥物發展簡史和各類藥物與人體的相互作用出發，去理解基因療法的基礎、現狀與未來。
本文將就如下問題逐一展開：
1 藥物發展簡史：從小分子到基因療法
1.1 各類藥物以相應學科為基礎
1.2 不同藥物的尺寸和複雜性
2 各類藥物的作用機制
2.1 「中心法則」和兩大生物學過程
2.2 不同的藥物作用在不同的「靶點」上
3 基因療法有多強大？
3.1 SMA——群雄逐鹿，各顯神通
3.2 從罕見病到常見病、從治療到預防、從健康到增強
進入正文前，分享三個結論：
藥物研發經歷了從小分子、蛋白藥物到核酸類藥物，到今天已經開啟了基因療法時代。小分子和短肽、抗體類藥物作用的「靶點」是蛋白質，調節蛋白的功能；核酸類藥物作用的「靶點」是mRNA，調節蛋白的表達；基因療法藥物作用的「靶點」是DNA，不僅可以改變蛋白的表達，甚至還能夠可遺傳地修改蛋白的編碼序列。基因療法從因果關係強的罕見病做起，將會逐步拓展到多因素常見病的治療和管理中。
01 生命科學的探索與生物技術的發展，使得開發越來越複雜的藥物成為現實
▍化學、分子生物學、遺傳學的發展，與各種藥物的相繼登場
化學和小分子藥2019 年 6 月份，考古人員在帕米爾高原（Pamir Mountain）一處距今 2500 多年的古墓遺址中發現高濃度四氫大麻酚殘留物。四氫大麻酚是大麻中最主要的精神活性物質，可以讓人產生愉悅感和忘記痛苦，這是人類最早吸食大麻的直接證據。
除了大麻，在幾千年漫長的與疾病抗爭的過程中，人們發現許多植物都具有某些特定的功效，比如金雞納樹皮可以治療瘧疾，柳樹皮可以治療感冒發燒。這些都是「小」分子藥的雛形。隨著自然科學的興起，18 世紀末，人們已經可以把樹皮中的一些成分分離出來，起到更好的效果。直到 19 世紀初，人們對物質的認識發展到分子和原子層面，於是化學這門學科就誕生了，也開啟了小分子藥物時代。
分子生物學和大分子藥（抗體）、核酸類藥物18 世紀末，愛德華·琴納給兒童接種牛痘預防天花，免疫學作為一個學科正式誕生。1890 年，Behring 和北裡用白喉外毒素免疫動物時發現了抗體。1953 年 DNA 雙螺旋結構讓人們對生命的理解達到分子層面。直到 20 世紀 70 年代，隨著電子顯微鏡和基因重組技術的成熟，分子生物學獲得了極大的促進和發展。1975 年，Kohler 和 Milstein 發明了雜交瘤技術，使得治療性單克隆抗體的發現規模化，到 1997 年第一個單克隆抗體獲批，大分子藥（抗體）時代隨之到來。隨著反義寡核苷酸和 RNA 幹擾技術的誕生，核酸類藥物也登上了歷史舞臺。
遺傳學和基因療法從 1868 年瑞士醫生米歇爾首先發現核酸，到 20 世紀 50 年代初威爾金斯和富蘭克林採用 X-射線衍射技術分析 DNA 晶體，以及沃森和克裡克發現了 DNA 雙螺旋結構並提出分子生物學「中心法則」，再到 20 世紀七八十年代基因重組工程技術得到發展和病毒載體出現，人類對基因的認識和研究不斷加深，基因治療的技術體系初步具備。
1972 年，美國著名生物學家西奧多·弗裡德曼等人在《科學》雜誌上發表了一篇具有劃時代意義的前瞻性評論《基因治療能否用於人類遺傳病？》，提出了基因治療是否可以用於人類疾病治療的問題。
從 1990 年首例基因療法的臨床試驗治療重症聯合免疫缺陷病（SCID）開始，到 1999 年 18 歲美國男孩傑西·格爾辛格參與美國賓夕法尼亞大學基因治療項目因多器官衰竭死亡，基因治療的「希望肥皂泡」破裂，從此進入最黑暗和最艱難的一段時期。
經過 20 多年的不斷探索，基因治療終於迎來了第二個春天。2012 年，荷蘭UniQure 公司的Glybera由歐盟審批通過，採用腺相關病毒（AAV）作為載體治療脂蛋白脂肪酶缺乏引起的嚴重肌肉疾病。作為第一個正式獲批的基因治療藥物，Glybera 的成功開啟了基因治療的新時代。
▍不同藥物的尺寸和複雜性——與交通工具的類比
把分子到細胞按照尺寸大小排個序，最左邊的是小分子，大概在幾個納米這個範圍。大分子藥物的尺寸比小分子大了 1-2 個數量級，達到 20 納米左右。基因療法目前使用最廣泛的是腺相關病毒，大概和抗體的尺寸相當。其他類型的病毒載體一般都會更大一些，達到 100 納米左右。跟我們人體的真核細胞相比，還是小 2-3 個數量級。這還都是在微觀層面，需要藉助顯微鏡才能觀察和研究。而到了肉眼可見的層面，比如我們能看到的一個點，就又比細胞大了約 100 倍。
讓我們用交通工具來作類比，試著理解不同藥物的特點。小分子藥就像自行車，它的製造和生產是最容易的。短肽類和小核酸類藥物就像汽車，重量增加了不少，也複雜了不少。大分子藥（抗體）就像飛機，而基因療法使用的病毒載體就像火箭。
一般來說，越小的東西，它本身的複雜程度越低，這個容易理解。但在作用機制上和功能上，卻會有不同的情況。
首先，每一種藥物都有自己的適用場景，繼續拿交通工具舉例子，比如我們要去親戚家串個門，騎個自行車估計是最方便快捷的，當然開車也行如果停車不是很麻煩的話，但是不可能坐飛機火箭吧。
其次，各類藥物的作用機制不同，靈活性也不一樣。比如，我們騎個自行車出去辦事兒，可能有好幾個目的地，可以很靈活的安排調整，真不想去了或者突然下雨了，回家就是了。但飛機、火箭目的地非常明確，一旦出發不能改變，除非返航迫降，那都是很大的事件了。
最後，結構上相對簡單的小分子，安全性上卻比不上抗體和基因療法。比如我們都覺得坐飛機飛在天上不安全，實際上事故率飛機是最低的，是最安全的，自行車反倒可能是最不安全的。
做這個類比是想說，每種藥物都有自己的特點和用武之地，不會因為出現了大分子抗體藥和現在的基因療法，小分子藥就沒有價值了或者可以被取代了。基因療法雖然很熱，但也無法取代抗體藥或小分子藥，只是作為一種新的治療手段，確實可以解決小分子和抗體藥物都很難解決的問題，就像只有火箭能把我們送出地球，去探索更為廣闊的宇宙空間。這也是我們下面要討論的問題。
02 從「中心法則」和生命兩大過程來理解不同藥物的作用機制
▍「中心法則」和兩大生物學過程
要理解這個問題，我們先來重溫一下現代生物學基礎——「中心法則」。「中心法則」是佛朗西斯·克裡克 1958 年時就提出的，1970 年他寫了一篇文章，發表在《自然》雜誌上。這個文章的核心就是一句話，「分子生物學的中心法則旨在詳細說明連串信息的逐字傳送。它指出遺傳信息不能由蛋白質轉移到蛋白質或核酸之中。」這句話非常拗口，其實就是在回答遺傳信息是如何傳遞的這個問題。
克裡克解釋說，對於生物體中三類主要生物大分子：DNA、RNA 和蛋白質，有 9 種可能的傳遞順序。法則將這些順序分為三類，3 個一般性的傳遞（通常發生在大多數細胞中），3 個特殊傳遞（會發生，但只在一些特定條件下發生），3 個未知傳遞（可能不會發生）。
把這些複雜的關係，總結成下面的圖，就是現在我們都很熟悉的中心法則。它詮釋了生命的基礎特徵之一——遺傳。這是生命能夠穩定存在的基礎。
生命實際上是非常複雜的。遺傳信息經過翻譯和修飾支撐起了生命體內形形色色的生物學過程，這裡我們重點介紹其中兩個重要的過程：信號轉導和新陳代謝。
信號轉導要解決生命與外界、生命自身的信號調控問題。從受精卵開始那一刻起，它怎麼分化，怎麼發育，如何感知和應對外界刺激、如何自我保護，以及到高等動物中出現了記憶、情感，再到衰老，都涉及到信號轉導和調節。經過幾億年的進化，自然界創造出相當複雜卻又十分精準的調控體系，讓生命得以呈現出今天的狀態、讓人類得以成為一個物種。
代謝解決的是生命體與環境之間的物質和能量交換問題。生命是一個開放體系，它要維持正常運轉，就需要不斷地攝取物質、排出廢物，就需要解決能量的產生、存儲和使用等問題。
生命的物質基礎就是小分子，包括最簡單的氧氣、二氧化碳再到糖類、胺基酸和脂類。這些物質之間的轉化，涉及到大量的酶（一類能催化化學反應的蛋白質）。這些酶和小分子之間的作用機制，是生物化學的主要研究內容。
▍不同的藥物作用在不同的「靶點」上
第一個問題，疾病的產生。有些疾病的原因是相對單一的，比如單基因遺傳病；有些疾病的原因是相對複雜的，比如腫瘤或者代謝類疾病。
第二個問題，藥物的目的就是來修正這些問題和缺陷，前提是對正常生命活動的幹擾儘量小，否則可能出現副作用。如果藥物帶來的收益，抵不上它引起的副作用，專業領域我們會說它的治療窗口不夠，通俗一點可以認為這個藥物得不償失、沒有太多價值。
以蛋白質為「靶點」的小分子、短肽和大分子抗體藥
小分子、短肽和大分子抗體藥一般情況下，都是通過蛋白質起作用的。於是我們說，這類藥物的「靶點」是蛋白質。前面提到的信號轉導和代謝這兩大功能，主要是由蛋白質參與完成的。所以可以概括地說，小分子、短肽和大分子抗體藥是通過影響蛋白質的功能，去幹預信號轉導或者代謝等過程，從而實現治療疾病的目的。我們習慣上把這些統稱為靶向藥。
雖然都是以蛋白質為靶點，那小分子和短肽/抗體藥有什麼區別呢？
第一、由於小分子可以自由穿過細胞膜，小分子作用的靶點可以在細胞內，但是抗體和短肽主要作用在細胞膜上的蛋白或者細胞外蛋白。
第二、小分子的作用靶點主要是蛋白，這些蛋白在正常生命活動中，通常也會涉及到跟體內天然存在的小分子之間的相互作用，比如代謝相關蛋白和小分子代謝物、GPCR 和小分子信號分子、激酶和小分子輔因子等。而抗體的作用靶點，通常涉及到配體-受體相互作用，也就是大家常聽到的蛋白-蛋白相互作用。
從這兩類藥物的起源來考慮，就不難理解它們之間的差異了。最早有藥物活性的小分子，比如前面提到的四氫大麻酚、奎寧、阿司匹林，本來就是一些物種的代謝產物。這些分子由蛋白質合成出來，去結合其他蛋白（可以是其他物種的）而起作用，使得該物種在進化上獲得了一些優勢。只是恰好在人體內，我們發現了它們的一些治療作用和治療窗口，因而被發展成藥物。
前面提到抗體是人體免疫系統抵抗外來侵犯的武器，也是身體自我檢查和糾錯的機制。因為蛋白是暴露在細胞表面（包括細菌和病毒表面），最能夠區分敵我和正常/異常的標誌，所以就被免疫系統使用，通過抗體來識別和區分自體的、正常的蛋白，和那些入侵的、異常的蛋白，區分「自我」和「非我」。所以，抗體藥物的主要靶點是膜蛋白和細胞外蛋白，主要識別模式是所謂的蛋白蛋白相互作用，又稱為「表位識別」。這是整個免疫學的基礎，也是抗體藥的基礎。
人體內，大概一共 1 萬 9 千多種蛋白，目前發現大約 5000 多種蛋白（約佔1/4）跟疾病相關。這其中目前已經獲批的藥物針對的靶點大概有近 700 種，潛在的可成藥靶點大概有 1200 多種，另外還有 3 千多種疾病相關蛋白被稱為「不可成藥」。
這些蛋白主要是在細胞內，無法用抗體去作用；也沒有已知的天然存在小分子跟它們有相互作用，這使得小分子藥的開發也變得很困難。當然，「不可成藥」這個定義加了引號，也就意味著只能說現在還未成藥。隨著小分子和抗體領域技術手段的提升，我們有越來越多的手段和工具去幹預這些靶點，希望這個定義被推翻，或者至少「不可成藥」靶點數量越來越少。
以 RNA 為靶點的核酸類藥物
讓我們回到這個「中心法則」，前面討論的小分子和抗體類藥物的作用靶點是蛋白質，那麼針對 RNA 的藥物我們把它稱為核酸類藥物。這類藥物之所以成為可能，是因為兩個底層技術的突破，一個是 1978 年 Zamecnik 和 Stephenson 發現了寡義核苷酸，另一個是 1998 年 Fire 和 Mello 發現了所謂的 RNA 幹擾。
有趣的是，ASO 第一篇文章發表 20 年之後，1998 年，第一個 ASO 藥物獲批；同樣，RNA 幹擾技術發現 20 年之後的 2018 年，第一個 RNAi 藥物獲批。大概經過 20 年時間，一個技術從發現到成功應用於臨床，使得我們第一次能夠把對生命的調節系統化擴展到 RNA 這個層面。
我們說小分子和抗體藥物跟蛋白質結合以後，會影響蛋白的某些功能，比如信號轉導或者催化活性，從而起到治療作用。但是，這種功能上的調節，通常不會直接引起蛋白本身濃度的變化（實際情況複雜且存在特例，這裡高度概括），而 RNA 藥物的作用機制恰恰就是蛋白的表達量（或表達形式）本身。
簡單來說，無論是單鏈的DNA或RNA（ASO），還是雙鏈的dsRNA（RNAi），它們與靶向的 mRNA 結合之後，將 mRNA 直接降解掉，或者阻礙其翻譯成蛋白，或者影響其拼接而表達不同形式的蛋白。無論如何，蛋白的表達量（或者表達形式）被改變了，這就是核酸類藥物的作用機制。
從核酸類藥物的發展史來看，兩家代表性公司都在這個領域經歷了多次起起伏伏，可以說經歷了至少兩輪 Hype Cycle。
第一次是 RNA 靶向技術本身在人體內的驗證，第二次是遞送手段的突破，使得臨床上找到了更好的治療窗口。特別是最近幾個重量級藥物獲批，使基於這類平臺技術的新藥開發公司受到產業和投資界的追捧。有興趣的讀者可以去閱讀相關報導和綜述文章。
這裡，我們還是回到各種藥物手段的特點和區別，通過對比來理解核酸類藥物的前景和局限。
前面說過，第一個 ASO 藥物，是 1998 年獲批的 Fomiversen，作為巨細胞病毒（CMV）視網膜炎的二線治療藥物。但由於高活性抗逆轉錄病毒療法的發展，巨細胞病毒病例數量急劇下降，該藥物在歐洲及美國分別於 2002 年及 2006 年退市。
這樣的結果並不奇怪，因為本來抗病毒就是小分子最擅長的領域。但這並不妨礙核酸類藥物在抗病毒領域的持續探索，無論是在 2003 年的非典，還是這次新冠，都有科學家在研究通過這項技術抑制病毒，這是後話。
另一個有名的 RNAi 藥物，Bevasiranib，靶向 VEGF 的 mRNA，用於治療老年性黃斑變性（AMD）。2008 年完成了三期臨床試驗，卻在 2009 年停止開發。
為什麼會這樣？因為 VEGF 是個生長因子，它和受體 VEGFR 結合促進血管生成，而阻斷這個作用最適合的藥物手段是抗體。2006 年，Genentech 的 Lucentis 成功獲批，迅速成為金標準，Bevasiranib 只能黯然離場。
2018 年對於核酸類藥物是極其重要的一年，FDA 先後批准了兩款針對遺傳性轉甲狀腺素蛋白澱粉樣變性（hATTR）的核酸類藥物。一個是 Ionis 公司開發的 ASO 藥物 Tegsedi，另一個是 Alnylam 公司研製的 Onpattro，而後者是獲批上市的第一款 RNAi 藥物。
hATTR 是一種罕見的進展性、系統性、致死性遺傳性神經疾病，是由於 TTR 澱粉樣蛋白異常形成和聚集並沉積在全身多個器官和組織所導致的。
Tegsedi 和 Onpattro 的治療都可以大大降低 TTR 蛋白水平，並使患者在神經病變和生活質量方面獲得實質性改善。預期這兩款藥物會在定價、使用便利性、真實世界療效和包括營銷方面激烈對決，但無論結果如何，它們的成功獲批無疑給行業帶來了巨大的熱情和希望，因為這才是核酸類藥物最擅長的應用場景。
從能解決的問題上來說，核酸類藥物有著不同於小分子和抗體藥物的特長。但是從藥物研發的角度來說，核酸類藥物要衝破重重阻礙，才能真正發揮作用，這比小分子和抗體要複雜很多。
首先，不像小分子和抗體，核酸類藥物在血液中不僅穩定性很差，還有免疫原性等問題。
其次，核酸類藥物表面帶有許多負電荷，沒有穿過細胞膜的能力，但它的作用靶點是 mRNA，也就是必須要進入細胞質內才能發揮作用。因此，核酸類藥物的細胞內遞送是個巨大挑戰。
最後，核酸類藥物的大規模生產和質控比抗體藥物複雜，比小分子藥物複雜得多，這也限制了其大規模研發和探索。這也就解釋了為什麼核酸類藥物的發展，經歷了多次 Hype Cycle，才達到今天這樣的水平。
以 mRNA 為藥物的新風口經歷了這次新冠疫情，想必大家都對 mRNA 疫苗和 Moderna 公司不再陌生。作為美國生物醫藥領域 IPO 市值最高的獨角獸公司，Moderna 公司的發跡史充滿傳奇，非常有趣，建議大家去讀一讀。前面提到的開發核酸類藥物的公司，以 mRNA 作為靶點，然而近些年湧現出來的包括 Moderna 在內的一些公司，選擇把 mRNA 本身作為藥物來治療疾病。
Moderna 公司其實已經在開發針對 CMV 和流感病毒的 mRNA 疫苗，只是這次突如其來的疫情，引發了人們對這個方向的極大關注，儘管其實到目前為止還沒有一款 mRNA 疫苗真正獲批用於傳染病預防。針對此次新冠，Moderna 公司更是跳過了臨床前的動物實驗驗證，直接開始將疫苗應用於人體。我們暫且不評論這麼做的倫理問題和疫苗最終是否有效，對於 Moderna 公司來說，這是一次商業上的成功，對整個 mRNA 領域來說，這也是一次難得的促進和宣傳。
關於 Moderna 公司產品管線，這裡我們多說兩句。請看這張圖，來自於公司去年的一次投資人關係會議上的宣講材料。這個產品管線布局的策略和思路非常有意思，值得所有新型治療手段的研發者參考。
坐標系的縱軸叫「生物學上的風險」，橫軸是「技術的風險」。用通俗的話來說，縱軸越靠上，意味著生物學上的因果關係越不確定，也就是到底能不能治療疾病不好說，當然風險越大。橫軸越靠右，意味著技術上實現起來越困難，要解決的問題越多，挑戰越大，當然風險也越高。
Moderna 公司自己的產品管線怎麼布局呢？
首先，肯定是選擇生物學和技術上風險都小的方向，這就是針對 CMV、流感和新冠的預防性疫苗。
其次，它選擇了技術上有挑戰但是生物上因果關係強的遺傳病。可以這麼理解，由於生物層面的因果關係比較明確，如果臨床結果不好，只要去解決技術問題就可以了，而技術問題是相對容易解釋和改進提升的。
最後，當然是那些技術上風險較大（雖然可能不是最大），但生物上不確定性特別強的方向，比如腫瘤疫苗以及和腫瘤免疫相關的細胞因子療法。
與之前提到的那些治療領域相比，這些方向如果取得突破，有著巨大的市場和豐厚的回報，但面臨著兩方面的不確定性和風險，所以選擇和大公司共同開發，風險共擔、收益共享。Moderna 之所以能成為史上最成功獨角獸，從技術壁壘到戰略方向，還是有不少值得學習的地方。
這裡引出了的兩個概念，即「生物上的風險」和「技術上的風險」，為我們下面要討論的基因療法提供了一個非常重要的分析框架。
以DNA為「靶點」的基因療法
讓我們再回到「中心法則」。自從發現了 DNA 是我們的遺傳信息的核心載體，改變 DNA 的嘗試就從來沒有停止過。
說起基因療法，不能不提起James Wilson。1999年9月17日，Jesse Gelsinger 在賓夕法尼亞大學 James Wilson 實驗室接受了大劑量攜帶校正基因的腺病毒（Ad），以治療罕見的代謝性肝病——鳥氨酸轉氨甲醯酶缺乏症。治療 4 天后，Jesse 由於強烈的免疫反應導致多器官衰竭和大腦死亡。James 被剝奪了頭銜，他領導的基因治療中心被解散，他被禁止在 2010 年之前進行任何臨床試驗。
James 縮小了實驗室的規模，把精力放在尋找更安全的病毒上。他們的工作促使了新型腺相關病毒（AAV）的發現和傳播，包括最近批准的基因療法 Zolgensma 中使用的 AAV9。
2015 年 9 月 17 日，傑西去世 16 周年紀念日，基於新的 AAV 載體創辦的生物技術公司 Regenxbio 在納斯達克上市。根據賓大的最新統計，約有 42 家公司正在使用屬於威爾遜專利的 AAV，涵蓋近 100 個藥物開發項目。基因治療從低谷走向巔峰，James 見證了這一切。
回到前面的分析框架，基因療法從技術上說最大的風險在於藥物的遞送。比核酸類藥物的要求更高，基因治療藥物需要在細胞核內才能發揮作用，因為基因本身是在細胞核內的。所以，早期和目前流行的基因治療藥物，都選擇用病毒作為藥物遞送的載體。99 年發生在 Jesse 身上的悲劇，跟使用了腺病毒這個病毒載體直接相關。前面分析過，核酸類藥物的遞送、生產都已經是挺大挑戰了，更不要說使用有感染能力的活病毒作為載體。
幸運的是，人們很快發現了腺相關病毒（AAV）可以作為這樣的遞送載體，將藥物高效遞送進入細胞核發揮作用，同時安全可控，對人體帶來的風險和副作用較小。截至 2018 年底，約有 145 項使用 AAV 進行基因治療的臨床實驗，針對的器官主要是眼睛、肌肉、肝臟和神經系統。當然絕大部分適應症都是單基因異常造成的遺傳性疾病或者罕見疾病。隨著技術上的風險和不確定性被逐漸降低，基因療法會很快拓展到像 AMD、帕金森氏症等常見疾病中。
基因療法大體上可以分為四個方向，分別是基因替代、基因添加、基因沉默、基因編輯。
1）基因替代（gene replacement）
該策略旨在提供基因產物以補償功能喪失突變。基因替代適用於治療隱性單基因疾病，並且已經獲得了最大的臨床成功，如已上市的 Glybera 和 Luxturna。
2）基因添加（gene addition）
除了單基因疾病外，rAAV 介導的基因治療還有可能通過基因添加，來解決複雜的遺傳疾病和後天性疾病，如心力衰竭和傳染病。此外，還可通過 rAAV 遞送抗體，比如肌肉細胞被轉導後，可以轉化為生物工廠，產生治療性抗體並分泌到血流中。
3）基因沉默（gene silencing）
與基因替代相反，基因沉默主要解決由毒性增加的突變引起的單基因疾病。目前是用 rAAV 遞送 RNAi 的策略實現基因沉默。然而，與核酸類藥物（siRNA和ASO）相比，基於 rAAV 的 RNAi 療法大多處於臨床前開發階段。近日，uniQure 公司針對亨廷頓病的 AMT-031 IND 申請獲 FDA 批准。
4）基因編輯（gene editing）
rAAV 可以用來遞送 CRISPR 相關（Cas）蛋白，直接修復人類疾病的相關突變。
關於基因療法的具體進展，有興趣的讀者可以去閱讀相關報導或者綜述。我們這裡還是通過兩個例子，來理解基因療法的特點、局限和前景，以及為什麼基因療法引起了全社會如此規模的關注和探討。
03 基因療法有多強大？手握「上帝的手術刀」，我們可以幹預遺傳這一自然法則了嗎？
▍SMA——群雄逐鹿，各顯神通
SMA 是一種罕見的遺傳性神經肌肉疾病，由於缺乏功能性 SMN1 基因，SMA導致運動神經元的快速和不可逆喪失，影響肌肉功能，包括呼吸、吞咽和基本運動。SMA 是 2 歲以下嬰幼兒群體中的頭號遺傳病殺手，其中 1 型 SMA 是最常見的類型，約佔所有病例的 60%。如果不進行治療，90% 以上的患者在 2 歲時會死亡或需要永久性通氣。
2016 年底，FDA 批准了 Ionis 公司開發的第一款 SMA 治療藥物 Spinraza。Spinraza 是一種反義寡核苷酸（ASO），通過鞘內注射（intrathecal injection）給藥，將藥物直接遞送至脊髓周圍的腦脊液（CSF）中。Spinraza 旨在改變 SMN2 前信使 RNA（pre-mRNA）的剪接，以增加全功能性 SMN 蛋白的生產，在 SMA 患者中，SMN 蛋白水平不足導致脊髓運動神經元功能退化。在臨床研究中，Spinraza 治療顯著提高了 SMA 患者的運動機能。
2019 年 5 月，以 James Wilson 組開發的 AAV9 作為載體的 Zolgensma，獲得美國 FDA 批准上市，成為全球首個治療 SMA 的基因療法。該藥是一種一次性基因療法，旨在通過替代缺失或不起作用的 SMN1 基因的功能，來解決SMA 疾病的基因根源。在單次靜脈輸注（IV）給藥後，Zolgensma 將 SMN 基因的一個功能拷貝導入患者的細胞，持續表達 SMN 蛋白來阻止疾病進程，從而長期改善患者生存質量。
同時，羅氏公司正在開發一款口服小分子藥物 Risdiplam，這是一種運動神經元生存基因 2（SMN2）剪接修飾劑，開發用於所有類型 SMA 的治療。目前，該藥正在接受美國 FDA 的優先審查，預計近期會獲得審查結果。如果獲得批准，Risdiplam 將成為治療所有 3 種類型 SMA 的首個口服藥物。
一個適應症，三種藥物，核酸類 Spinraza、基因療法 Zolgensma 和小分子Risdiplam。
從療效上看，目前公布的臨床結果，生存率上基因療法看起來是最好的，95%都能存活；從患兒翻、坐和站的改善情況來看，小分子和基因療法差不多，都比 Spinraza 數據要好。
從使用方便來看，Spinraza 需要做骨髓穿刺，確定是 1 型基因突變才能使用；使用 Zolgensma 不需要骨髓穿刺，但必須抗 AAV9 抗體為陰性；Risdiplam 不需要穿刺確定基因型，對三種基因型都適用，對患者有什麼限制目前還不確定。
從定價來看，Spinraza 第一年 75 萬美金，以後每年 37.5 萬；Zolgensma 只需要靜脈給藥一次，藥價達到了史上最貴的 210 萬美金，分五年付清；Risdiplam 需要長期服用，目前定價未知。
對於同一種適應症，同時有了三種完全不同的療法，這在人類疾病的治療史上是不多見的。同樣出乎意料的是，本來是基因療法最擅長的領域，沒想到竟然出現了來自小分子的競爭。無論這幾種藥物的市場和銷售前景如何，對於 SMA 患兒來說都是最大的福音。
可以毫不誇張的說，基因療法為我們打開了一扇新的大門，我們對疾病的幹預手段更加豐富，對健康的認知和理解也會發生顛覆性的變化。同時，我們也面臨著一系列倫理和道德的挑戰。
▍從罕見病到常見病、從治療到預防、從健康到增強——我們會走向何方？
CCR5 是一個 GPCR，在 T 細胞上。HIV 病毒要想感染 T 細胞，需要結合這個受體。最開始發現這個基因跟 HIV 有關，是來自於一項流行病學研究。這項研究發現一小部分高風險人群對 HIV 病毒不易感，而該人群中編碼 CCR5 的基因發生突變。隨後在大規模人群基因測序中發現，在白種人中，大概有 10-20% 的人這個基因缺失了一半；大概有 1-2% 的人群這個基因徹底缺失，而這部分人幾乎完全抵抗 HIV 感染。科學家隨後發現了 CCR5 的功能和在 HIV 感染細胞中的關鍵作用。
CCR5 是一個膜蛋白，既可以用小分子，也可以用抗體來阻斷，都可以阻止HIV 病毒的感染。2007 年，輝瑞公司開發的小分子 CCR5 拮抗劑 Maraviroc 獲批上市。預計今年，CytoDyn 公司開發的抗體藥物 leronlimab 可以獲得 FDA 的批准。
在進行藥物研發的同時，醫學界一直有一個大膽的想法，能不能給愛滋病患者移植 CCR5 缺失的供體血液，從而達到治癒 HIV 的目的。這就要說到第一個和第二個「柏林病人」。由於第一位患者是匿名而且信息不全，我們主要來看看第二位。
2006 年，一名 40 歲的德國白人男性患者 Timothy Brown 住進了當地的一家醫院，被診斷為急性粒細胞白血病。同時，這名患者在 10 年前已經確診被愛滋病毒感染，一直在使用抗病毒療法。他的醫生 Gero Hütter，安排他接受來自於 CCR5 缺失的捐獻者捐贈的骨髓進行移植。這樣骨髓移植成功後，這個愛滋病毒感染患者體內的T細胞上的 CCR5 也會缺失，是不是就可以抵抗愛滋病毒了呢？
非常幸運，這樣的供體被找到了，Timothy 先後接受了兩次骨髓移植，2007 年一次，2008 年一次。Timothy 在第一次移植的那天就停止服用抗逆轉錄病毒藥物。第一次骨髓移植後三個月，體內 HIV 迅速下降至無法檢測的水平，而他的 CD4-T 細胞計數卻增加了。截至 2011 年，布朗仍未恢復抗逆轉錄病毒療法。儘管有爭議，Timothy 被認為是第一位實現了功能性治癒的愛滋病人。
當我們有了基因療法這個全新工具，人們便開始希望複製「柏林病人」的成功。如果把愛滋病人的T細胞進行改造，把 CCR5 這個靶點給沉默掉，是不是就可以治癒 HIV 了呢？一家叫 American Gene Technologies 的公司，開發了一款基因療法 AGT103。原理是把病人的T細胞分離出來，用 AGT103 把CCR5 這個基因沉默掉，體外培養後再回輸病人體內。這樣病人的T細胞表面就不再有 CCR5 這個受體，也就不會再被 HIV 感染。和「柏林病人」一樣， 這樣就可以實現真正的治癒。目前，這個藥物正在開展臨床實驗。
既然有這樣大膽的想法，就難免會出現更瘋狂的事情。這就是 2018 年底鬧得沸沸揚揚的「賀建奎事件」，即直接在胚胎層面做了編輯，把 CCR5 這個基因敲掉，希望從此這個胎兒再沒有被 HIV 感染的風險。當然，這個事件在全世界範圍內引發了巨大的倫理挑戰。
浙江大學生命科學研究院王立銘教授，把基因編輯比作「上帝的手術刀」。最近恰好重溫了 1997 年的好萊塢影片，Gattaca（千鈞一髮），講的是一個沒有做過基因改造的「自然」人文森特，藉助基因優秀卻意外癱瘓的傑羅姆的身份，實現自己漫遊太空夢想過程中的一系列遭遇。
如果，「賀建奎事件」只是一個開始，在我們擁有了「上帝的手術刀」以後，可以許個願，讓我們自己和我們的後代變得更美麗、更聰明、更長壽，這對人類這個物種來說，到底是擁有了夢想成真的阿拉丁神燈，還是打開了無法控制的潘多拉魔盒？
本篇總結
1，藥物研發經歷了從小分子、蛋白藥物到核酸類藥物，到今天已經開啟了基因療法時代。
2，小分子和短肽、抗體類藥物作用的「靶點」是蛋白質，調節蛋白的功能；核酸類藥物作用的「靶點」是mRNA，調節蛋白的表達；基因療法藥物作用的「靶點」是DNA，不僅可以改變蛋白的表達，甚至還能夠可遺傳地修改蛋白的編碼序列。
3，基因療法從因果關係強的罕見病做起，將會逐步拓展到多因素常見病的治療和管理中。