67名受試者7人致癌！曾經最貴的藥物曝出高風險
在一項曾經是全球最昂貴藥物的臨牀試驗中，67名受試者有7名患上了血液系統的惡性腫瘤。有人可能要質疑，這到底是治病，還是致癌？然而，一款創新藥背後的權衡遠非如此簡單。
撰文 | 王晨光
一種針對罕見病治療的創新性基因療法日前被揭示有重大安全性問題。
國際頂尖醫學期刊《新英格蘭醫學雜誌》10月9日發表了藍鳥生物（Bluebird Bio）的Skysona藥物臨牀試驗結果：67名受試者中，共有7名患者在治療後患上血液系統惡性腫瘤。
藍鳥生物曾經是基因療法獨角獸，市值一度觸摸到300億美元。其推出的Skysona藥物於2022年獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）批准上市，用於減緩4-17歲患有腦型腎上腺腦白質營養不良症（Cerebral adrenoleukodystrophy，CALD）男性患者的疾病進展。該療法售價高達300萬美元，成爲當時全世界最貴藥物。
CALD是一種罕見的遺傳性神經退行性疾病。該病通常在兒童期發病，影響腎上腺、脊髓和大腦白質，導致髓鞘逐漸退化，進而影響神經信號傳導。患者會逐漸失去運動和認知能力，出現行爲改變、視力和聽力下降等症狀。如果不能得到及時治療，病情可能迅速惡化。
來自基因匹配捐獻者的幹細胞移植是治療CALD的常規療法，可以阻止疾病的發展。這種療法爲患者提供攜帶健康ABCD1基因的幹細胞。但異體細胞移植首先存在配型問題，移植後還面臨來自針對供體細胞的免疫排斥，而且手術複雜、術後感染風險較高。基因療法如Skysona，正是針對這種情況，通過修復患者自身細胞中缺陷的ABCD1基因來減緩或停止疾病進展。
應該說，Skysona的前期臨牀試驗結果是令人鼓舞的，Skysona能夠有效減緩CALD的神經功能損傷，特別是在早期階段，延緩了該致命疾病的進展。
最近發表在《新英格蘭醫學雜誌》上的這項研究，旨在評估Skysona的長期安全性和療效，參與者爲患有早期CALD的兒童。儘管該療法在神經保護方面顯示出效果，但其安全性問題也非常突出，尤其是與血液腫瘤發生相關的風險大增。
導致腫瘤發生的誘因相對清楚，與基因治療中使用的慢病毒載體有關，這種治療手段的核心是通過慢病毒載體將正常的基因整合到患者的造血幹細胞中，以修復CALD患者體內有缺陷的ABCD1基因。但基因發生整合時，並非按照希望的位點進行。治療使用的載體在患者的基因組中發生插入突變，可能影響癌基因或抑癌基因（激活癌基因、摧毀抑癌基因或二者同時發生），最終導致腫瘤的發生。
近年來，由於業績糟糕，藍鳥生物的股價屢創新低，市值已經不到1億美元。Skysona的壞消息必然讓公司的處境雪上加霜。與此同時，該事件也引發了公衆和科學界對基因治療安全性和倫理問題的討論。
Skysona的壞消息讓藍鳥生物的處境雪上加霜。來源：Bluebird Bio
不過，在《新英格蘭醫學雜誌》發表這項研究的團隊也表示，在最初開始治療這些CALD患者時，他們中有80%已瀕臨死亡，而現在，治療6年後，94%的患者的神經功能沒有下降，超過80%的患者沒有產生重大殘疾，說明該基因療法能夠穩定患者病情，讓他們重新過上充實的生活。
基因治療的高光時刻
基因治療是通過將特定的基因引入患者體內來治療或預防疾病的一種醫療技術。這項技術的歷史可以追溯到上世紀60年代，隨着DNA雙螺旋結構的發現，科學家們開始理解基因在遺傳中的作用。與此同時，分子生物學和遺傳學的迅猛發展爲基因治療奠定了理論基礎。1972年，美國生物學家Friedmann和Roblin在Science雜誌上發表了一篇文章，首次提出了基因治療的概念。他們認爲，通過改變患者的基因，可以治療某些遺傳性疾病。然而，由於當時的基因操作技術還遠不夠成熟，這一設想僅停留在理論層面。
上世紀80年代，基因重組技術得到了突破性發展，使得將外源基因插入細胞成爲可能。研究人員便開始探索如何將功能性基因遞送到患者體內以糾正遺傳缺陷，病毒載體成爲了一種主要的基因遞送工具。通過將有益基因插入到病毒載體中，科學家可以利用病毒感染細胞的方式將基因導入到目標細胞。
1990年，美國國立衛生研究院（NIH）啓動了首次基因治療臨牀試驗，標誌着基因治療進入了臨牀應用的時代。這次試驗的對象是一名患有重症免疫缺陷病（SCID）的4歲女孩Ashanti DeSilva。該病患者因體內缺乏一種被稱之爲腺苷脫氨酶（ADA）的蛋白，免疫系統嚴重受損。研究人員使用逆轉錄病毒作爲載體，將編碼ADA的功能性基因引入患者的免疫細胞中。經過治療，患者的免疫功能得到了部分恢復。雖然這次治療不是永久性的，但她的生活質量得到了提升，也標誌着基因治療技術的一次重大突破。
首例基因治療的有限成功，給這個領域帶來極大的鼓舞、信心和希望，但隨着更多的臨牀試驗開展，基因治療的安全性和有效性問題也逐漸浮現出來。1999年，一名患有遺傳性肝臟代謝疾病的18歲患者Jesse Gelsinger在基因治療試驗中因免疫系統過度反應而不幸去世。這一事件震驚了醫學界，並引發了對基因治療安全性的廣泛討論，許多基因治療試驗因此暫停。
進入21世紀後，隨着基因編輯技術、病毒載體系統的改進和免疫學的進展，基因治療重新回到了大衆視野。其中，CRISPR-Cas9基因編輯技術的出現，爲基因治療帶來了革命性的變化。這種技術能夠精確地編輯基因，糾正突變，具有較高的效率和靈活性。
此外，腺相關病毒（AAV）等新型病毒載體的應用，也顯著提高了基因遞送的安全性和穩定性。
基因治療的臨牀應用逐漸取得顯著進展。比如，2017年，FDA批准了首個基因治療藥物Luxturna，用於治療由RPE65基因突變引起的視網膜疾病。這一治療爲患有視力障礙的患者帶來了新的希望。同年，FDA也批准了首個CAR-T細胞療法，通過改造患者的T細胞來攻擊癌細胞，這項技術爲血液惡性腫瘤的治療開創了新路徑。截至目前，全球已批准了多項CAR-T療法，用於治療多種類型的血液癌症。
在遺傳性疾病治療方面，2022年，FDA批准了Zynteglo，用於治療β-地中海貧血。這一療法利用患者自身的造血幹細胞進行基因修復，將功能性的β-珠蛋白基因通過慢病毒感染方式導入幹細胞，然後將修復過的細胞重新移植回患者體內，顯著改善了血紅蛋白的生成。
2023年，FDA批准了CASGEVY(exagamglogene autotemcel [exa-cel])上市許可申請，這是基於CRISPR-Cas9基因編輯技術的首個用於治療鐮狀細胞貧血的基因療法。CASGEVY通過編輯源自患者體內的造血幹細胞中的基因，促使其產生更多的胎兒血紅蛋白，取代異常的成人血紅蛋白。這一療法有效減少了鐮狀細胞危象和輸血需求。臨牀試驗顯示，許多患者治療後症狀顯著改善，部分患者甚至不再需要輸血支持。這一進展標誌着CRISPR技術首次在遺傳性血液病中的成功應用。日前，該治療手段上市後的第一位患者，12歲的Kendric Cromer，經過44天的住院治療後出院。另外，該療法還被批准用於12歲及以上的輸血依賴型β-地中海貧血症（TDT）患者。
這些突破性的進展，不僅推動了基因治療在多個疾病領域的應用，也標誌着該技術進入了更爲成熟的階段，爲更多遺傳性疾病的治療帶來了新的可能性。
病毒載體帶來致癌風險
在藍鳥生物的Skysona藥物臨牀試驗中，部分患者在接受治療後出現了惡性血液腫瘤的情況。這種不良事件對公司可能產生嚴重的負面影響，因爲它涉及治療安全性的質疑。然而，從技術角度來看，這一結果並非完全出乎意料。在基因治療領域，使用病毒載體插入基因的過程中，偶爾可能引發插入突變，進而導致癌變。在Skysona事件之前，基因治療引發癌症的案例就曾被報道，這表明基因治療雖然具有巨大的潛力，但其長期安全性仍然需要持續監控和研究。
Skysona適用於減緩4-17歲患有腦型腎上腺腦白質營養不良症男性患者的疾病進展。
在使用病毒載體治療X連鎖重症聯合免疫缺陷症1型（SCID-X1）的過程中，部分患者不幸罹患白血病。這是由於逆轉錄病毒將基因片段插入到患者造血幹細胞中時，意外地將其插入到了癌基因（如LMO2）附近，導致癌基因的異常活化，從而引發了白血病。這一基因治療的流程是先從患者體內分離出造血幹細胞，然後通過病毒載體在體外將一個名爲IL2RG的正常基因導入這些細胞中，以修復基因缺陷。經過基因改造的細胞在體外擴增後，再回輸到患者體內，最終分化爲正常的免疫細胞，從而恢復患者的免疫系統，使其能夠抵抗感染。
儘管SCID-X1基因治療的試驗取得了顯著的療效，成功恢復了許多患者的免疫功能，但部分患者在接受治療後出現了白血病，這引發了對病毒載體安全性的質疑。雖然這一事件並不是直接與慢病毒載體相關，而是逆轉錄病毒載體引發的插入性突變，事件再次凸顯了基因治療中使用病毒載體存在的潛在癌症風險。
另一項針對Wiskott-Aldrich綜合徵的基因治療研究採用了慢病毒載體進行治療，一些患者在治療後出現了類似白血病的血液腫瘤。儘管慢病毒相較於逆轉錄病毒更爲安全，但仍有可能通過插入性突變干擾基因組中的關鍵基因，從而引發癌症的發生。
爲進一步理解基因治療引發的致癌事件，我們首先需要了解基因治療的實施過程和作用機制。
在基因治療中，用於攜帶和傳遞治療基因的工具稱爲載體，它們幫助將修復基因或替代基因送入人體細胞。用於臨牀開發的載體分爲兩大類：病毒載體和非病毒載體，其中病毒載體是目前基因治療中最常用的工具。研究人員通過改造病毒，使其能夠攜帶治療基因，同時降低或消除其致病能力。
早期用於基因治療開發的病毒載體是逆轉錄病毒，這類病毒可以將基因整合到人體細胞的DNA中，適合長期表達。然而，這類病毒僅能感染增殖期細胞，使用上存在一定的侷限性。此外，治療基因片段在細胞增殖期間的DNA複製過程中完成插入（整合），從而增加細胞癌變的風險，進而提高致癌可能性。
慢病毒是逆轉錄病毒的一種改進版本，不僅能感染增殖細胞，還能感染不增殖的細胞，如神經元，因此適用範圍更廣。通過對慢病毒的包裝和感染系統進行進一步改造，這類載體的安全性更高。慢病毒在基因組中的插入位點優先集中在基因組的活躍轉錄區域附近，這降低了逆轉錄病毒在整個基因組中隨機插入的風險。然而，慢病毒在將治療基因片段引入基因組時，仍然存在一定的隨機性，這種隨機插入可能導致插入突變，進而引發潛在的致癌副作用。
腺相關病毒（AAV）與逆轉錄病毒不同，後者利用其整合特點完成治療基因的插入。儘管不能完全排除AAV在宿主細胞基因組中的整合，但整合的概率非常低（通常低於千分之一），因此具有較高的安全性，適合長期表達的基因，尤其在罕見病和遺傳疾病的治療中應用廣泛。腺相關病毒載體已在臨牀批准的脊髓性肌萎縮症（SMA）和遺傳性視網膜疾病的基因療法中得以應用。
腺病毒載體不與細胞內的DNA結合，適合短期基因表達，但不適合用於遺傳病的基因治療。由於這類載體可誘發較強的免疫反應，因此在癌症基因治療的研發中受到了關注。例如，20年前在中國獲批上市的“今又生”是一種表達人野生型p53的重組腺病毒藥物（rAd-p53），用於治療與p53突變相關的腫瘤。“安科瑞”是另一種基於腺病毒的癌症基因療法，於2005年在中國獲得批准，用於與化療聯合治療晚期難治性鼻咽癌。這些基因治療在臨牀上的應用效果不盡如人意，若放在當今的新藥評審環境中，其能否上市就不好說了。
注：p53基因治療在美國的歷史可以追溯到上世紀90年代，當時研究人員開始認識到p53基因在腫瘤抑制中的關鍵作用。p53是腫瘤中最常見的突變基因之一，其突變與多種癌症的發展密切相關。因此，p53成爲癌症治療的重要靶點，尤其是在希望通過恢復正常p53功能來抑制腫瘤生長的基因治療策略中。然而，腫瘤的發生和發展機制複雜，腫瘤細胞對p53的反應機制多種多樣，許多腫瘤細胞通過不同的途徑（如MDM2的過表達）逃避p53的抑制作用。這些因素使得開發能夠有效針對不同類型癌症的治療方案變得更加困難。儘管一些p53基因治療在臨牀前試驗（主要是細胞和動物實驗）中顯示出良好的療效，但在美國進行的臨牀試驗中，其療效和安全性並未得到充分確認。
腺病毒載體也被廣泛用於基因疫苗研發，在包括新冠病毒等多種病毒感染的預防中得到了應用。例如，阿斯利康的Vaxzevria疫苗（AZD1222）、強生的Janssen疫苗（Ad26.COV2.S）以及中國康希諾生物的重組新型冠狀病毒疫苗（5型腺病毒載體）克威莎。
另一大類載體是非病毒載體，由於不與細胞的基因組整合，因此具有較高的安全性，但其缺點是效率相對較低。這類載體包括質粒DNA、脂質體及電穿孔等物理方法。脂質體在臨牀上已被成功使用，如治療成人遺傳性轉甲狀腺素介導的澱粉樣變性多神經病變的ONPATTRO，這也算是一種基因療法，通過脂質體方式把轉甲狀腺素定向小干擾 RNA（siRNA）遞送到目標細胞。此外，新冠病毒疫苗如輝瑞和BioNTech的Comirnaty和莫德納疫苗Spikevax也均是通過脂質體方式遞送的。其他手段的臨牀應用價值尚待確認，這裡不再詳細贅述。
致癌突變是如何發生的？
由此可見，基因治療致癌的主要風險來自於目標細胞的基因組由於治療基因片段的隨機插入發生了致癌突變。那麼，爲什麼插入突變會導致正常細胞變成癌細胞呢？
這要從細胞癌變的機制說起，癌症的形成通常與細胞內基因的突變密切相關。這些突變可以是遺傳性的，也可以是後天獲得的，基因治療是細胞後天獲得突變的渠道之一。常見的突變類型包括點突變、插入/缺失突變和染色體重排。點突變通常會改變基因編碼的蛋白質，可能導致原癌基因的激活或抑癌基因的失活。插入或缺失的突變則可能導致蛋白質功能的喪失或改變，從而影響細胞的增殖和生存。染色體重排，如易位或倒位，可能導致基因表達的變化，或產生新的融合基因，這些變化都可能促進腫瘤的發展。
癌症發生主要跟兩類基因有關，癌基因和抑癌基因。癌基因是指那些在正常情況下參與細胞生長和分裂調控的基因，當這些基因發生突變並過度活躍時，會誘發和促進癌細胞的無控制生長。常見的癌基因包括RAS、MYC和HER2等，它們的異常表達往往與多種癌症類型的發生密切相關。相對而言，抑癌基因負責抑制細胞過度增殖和促進細胞週期的正常進行。當抑癌基因如BRCA、p53或RB等發生突變並失去功能時，細胞便失去了生長的抑制，導致異常增殖和腫瘤形成。因此，癌基因的激活和抑癌基因的失活是癌症發展過程中兩個相互作用的關鍵環節，二者的失衡直接導致了腫瘤的發生。
在基因治療過程中，如果治療載體（如病毒載體）在基因組中隨機插入，可能會導致癌基因的激活。這種激活通常是由於插入突變導致了癌基因轉錄水平的增加或產生了功能增強的融合蛋白。例如，載體插入在癌基因的啓動子區域附近，可能增強該基因的表達，進而促進細胞的異常增殖和生長。插入突變也可能導致抑癌基因的失活。當治療載體隨機插入抑癌基因內部或其調控區域時，可能會破壞該基因的正常功能。例如，插入突變可能導致抑癌基因BRCA、p53和RB等編碼錯誤，干擾該基因的正常或產生功能失常的蛋白質。這種情況會削弱細胞對過度增殖的控制，增加癌症發生的風險。
此外，插入突變還可能引起基因組的不穩定性，這是癌症發生的重要因素。無論是對癌基因的激活還是對抑癌基因的失活，插入突變都可能導致基因組內的其他突變累積，從而促進腫瘤細胞的進化和克隆選擇。隨着時間的推移，這種不穩定性可能加劇腫瘤的惡性程度，導致癌症的進一步發展。插入突變不僅會直接影響癌基因和抑癌基因的功能，還可能通過影響細胞內信號通路的調控網絡來間接導致癌症。
那麼，有沒有辦法避免上述基因治療技術和載體的弊端，同時將各自的優勢集中於一體呢？
近年來，CRISPR基因技術在基因治療中的價值日益明顯。CRISPR基因編輯技術的發明者Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna於2020年共同獲得了諾貝爾化學獎。華人科學家張峰在該項技術的應用方面也取得了許多重要成就。
CRISPR能夠實現對特定基因序列的精確切割和修復，使其能夠靶向特定基因，從而減少了逆轉錄病毒和慢病毒在基因組編輯中隨機插入突變的風險。CRISPR幾乎可以靶向任何基因，這使得它在治療多種遺傳疾病時具有廣泛的適應性。該技術已在多種疾病模型中顯示出希望，包括鐮狀細胞貧血、杜氏肌營養不良症（DMD）和囊性纖維化等。由於CRISPR能夠直接修復或替換有缺陷的基因，它能夠提供長期甚至永久的療效，而不僅僅是暫時的緩解。這使得CRISPR在治療遺傳性疾病方面具有顯著的優勢，尤其是那些需要長期或終生治療的疾病。
如今，基因治療的應用領域不斷擴展，涵蓋了從單基因遺傳病到癌症等複雜疾病。研究人員不僅在探索如何治癒遺傳病，還在嘗試利用基因療法進行抗病毒治療、免疫調節和代謝疾病的干預等。可以期待的是，在不遠的未來，隨着基因編輯工具的進一步發展，基因治療將爲更多患者提供新的治療選擇。
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