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2019年10月23日,美国国立卫生研究院(NIH)和比尔及梅琳达·盖茨基金会(Bill&Melinda Gates Foundation)宣布,将在4年内各投入至少一亿美元,将最前沿的基因治疗应用到撒哈拉以南的非洲。以期望10年内在该地区启动艾滋病和镰状细胞病的基因治疗临床试验。美国国立卫生研究院(NIH)主任,弗朗西斯·柯林斯(Francis Collins)表示:“这是一项大胆的计划,但是,如果我们现在不把最好的思想、资源和远见放在一起,就辜负了我们将最好的科学带给那些正在遭受苦难的人的使命”撒哈拉以南的非洲,拥有近10亿人口,是全世界最贫穷的地区,这里甚至连基本的药物都难以获得。而且,艾滋病、疟疾、镰状细胞病、埃博拉等等,这些危险而又致命的疾病在这片富饶的土地上肆虐,给这里的人们带来了无穷无尽的灾难。根据世界卫生组织(WHO)统计,目前全世界约有3800万艾滋病病毒感染者和2000万镰状细胞贫血症患者,这些患者有70%在撒哈拉以南的非洲,而这里的总人口只占世界的14%。经过数十年的努力和挫折,将DNA递送到人体内,以替代缺陷基因或提高蛋白质产量的传统基因治疗方法现在已经上市,并取得了很好的疗效,包括遗传性失明(AAV基因疗法),神经肌肉疾病(AAV基因疗法)和白血病(CAR-T细胞治疗)。动物实验和一些临床试验表明,基因疗法,以及更新的CRISPR基因组编辑技术,能够治疗在非洲流行的两种疾病——艾滋病和镰状细胞贫血症。基因疗法的成功,让许多以前束手无策的疾病变得有药可医,基因编辑技术的发展,更让人类能够摆脱基因的控制。
艾滋病,是获得性免疫缺陷综合征的简称,由感染HIV病毒引起。HIV是一种能攻击人体免疫系统的病毒,它把人体免疫系统中最重要的CD4 T细胞作为主要攻击目标,大量破坏该细胞,经过数年、甚至长达10年或更长的潜伏期后发展成艾滋病病人,使人体丧失免疫功能,因抵抗力极度下降会出现多种感染,后期常常发生恶性肿瘤,以至全身衰竭而死亡。
根据世界卫生组织 2017年的统计结果,在15-49岁的成年人中,HIV病毒感染率达0.8%,其中非洲的HIV感染率高达4.1%,远超排名第二的美洲,其中中国的感染率较低,不足0.1%。1981年6月5日,美国疾病预防控制中心第一次报道艾滋病,目前全世界约有3800万人感染艾滋病,死亡人数达到1200万,据世界卫生组织WHO估计,中国有超过125万艾滋病患者,艾滋病危害极大,死亡率极高,对全人类的健康产生了极大的威胁,虽然“鸡尾酒疗法”能够有效控制艾滋病进展,但至今仍未研制出根治艾滋病的特效药物,也还没有可用于预防的有效疫苗。镰状细胞病,是一种常染色体显性遗传病,因编码血红蛋白的基因中发生了A到T的单碱基突变,导致血红蛋白β-肽链第6位氨基酸谷氨酸变成缬氨酸,构成镰状血红蛋白,取代了正常血红蛋白。只携带一个拷贝基因突变的人,并不会发病,但是携带两个基因纯和突变患者病情严重,通常活不到成年。
全世界目前有2000万镰状细胞病患者,这样一种严重的遗传病,却有着如此大规模患病人群,这非常不符合常理。漫长的进化中,这一有害突变基因何以能如此大规地保留?原来,在青蒿素被广泛应用于疟疾治疗之前,非洲每年有上百万人死于疟疾,然而,科学家发现,镰状细胞病患者,哪怕只携带了一个拷贝的基因突变,疟原虫就无法在他的体内生存,也就是说镰状细胞病患者天生不会得疟疾,因此,这一有害突变基因不但保留了下来,还形成了一个庞大得群体。如今,疟疾已经初见被消灭,这时候及时是在非洲地区,镰状细胞病也变得不再有保护作用,而是一个真正有害遗传病了,也是时候消灭它了。基因疗法取得了许多辉煌的成就,但是在大多数情况下,引入这些治疗性基因或基因组编辑组件,需要从人体内提取干细胞,然后添加或修饰基因,最后将这些基因修饰后细胞重新注入体内。从本质上讲,这是一种具有自体干细胞移植,这种治疗手段,不仅昂贵,而且还有风险,因为治疗时通过化学疗法消灭患者大部分现有的干细胞,从而使修饰后的细胞能够移植并生长。这些复杂的操作,对于撒哈拉以南非洲的绝大多数人来说是遥不可及的,那里几乎没有地方拥有这种医疗基础设施来支持这种精密的治疗。美国国立卫生研究院和比尔及梅琳达·盖茨基金会进行的这个新项目,希望开发出新的基因治疗工具,将无害病毒或者纳米载体直接递送到人体内,而不是修饰人体干细胞再将其移植回去。对于镰状细胞病来说,目前已经有研究将病毒载体通过注射递送到人体内某些组织,但通过这种直接注射进行修饰体内造血干细胞的研究还停留在动物模型上。因此这项计划需要弄清楚如何更高效地递送和修饰人体内的造血干细胞。对于艾滋病来说,推动治愈的一大动力来自两个被成功治愈的艾滋病患者,他们通过骨髓移植彻底治愈了艾滋病。他们两人也是地球上唯二被治愈的艾滋病患者。这两名男子均同时患有急性白血病和艾滋病,需要进行骨髓移植治疗白血病,然后他们接受了来自捐献者的骨髓,这些捐献者均携带CCR5基因突变。骨髓移植后,这两人的HIV病毒被彻底清除,这两人就是大名鼎鼎的“柏林病人”和“伦敦病人”。这项新计划希望加快基因编辑组件直接注射的开发进度,这些组件可以靶向CCR5基因,并敲除CCR5基因。因为CCR5蛋白是HIV病毒进入细胞的受体,一旦CCR5基因消失,HIV病毒也就无法进入细胞,从而导致HIV病毒的消亡,直至彻底清除。这项雄心勃勃的计划,是为了避免昂贵、不切实际的干细胞治疗,转而开发出更简单、可负担得起的基因药物或基因治疗药物。并最终消除艾滋病和镰状细胞病。现在,这些想法还像是科幻小说,但总有一天会成为现实!