全 文 ：1989~ 2004全球基因治疗临床试验一览
英国伯明翰医学院Michael L. Edelstein等 著
李涛 译 朱旭东 黄培堂 审校
1 导言
1963年, Joshua Lederberg 写道: /我们期待着进
行体外生殖细胞培养, 和染色体及片段的交换。分
子生物学最终的应用将是直接控制人类染色体上与
目的基因的识别、选择以及整合有关的某些核苷酸
序列0 [ 2]。仅仅 26年后的 1989年, Rosenberg 等就在
位于贝塞斯达市的美国国立癌症研究院癌症治疗部
开展了人类第一个基因治疗临床试验[ 3]。研究者们
用逆转录病毒把细菌的新霉素抗性基因导入人的肿
瘤浸润淋巴细胞里。进而他们把这些改造了的淋巴
细胞重新注入 5名患转移性黑色素瘤的病人体内。
此先创性研究为今后的临床基因转移研究确定了许
多重要的必备条件。逆转录病毒介导的基因转导用
于人类基因治疗的可行性点燃了我们希望的火花,
这项技术可能可以用于治疗目前尚无常规治疗方法
的严重遗传疾病。
其后不久, 1990年, 第一例治疗性试验在两个
女孩身上开展, 这两个女孩患有腺苷脱氨酶缺乏性
重症联合免疫缺陷[ 4]。18世纪 90年代这类试验数
目开始持续增长。直至 1999年一例由于病人对腺
病毒载体的致命的免疫反应导致的死亡事件[ 5]和
2002年一例由于逆转录病毒的异常整合导致的患
者白血病样表现事件[ 6]给基因治疗大大降了温并减
缓了临床试验的步伐。
而用于处理我们目前还没有治疗方法或治疗方
法并不令人满意的临床情况, 尽管历经许多挫折, 基
因治疗却依旧蕴藏着成为一种全新治疗手段的巨大
潜力。我们报导了 2004年 1月为止全球共 918 例
基因治疗临床试验, 并调查了它们的起始年限、开展
的国家、针对的疾病、临床试验分期、基因转移和载
体应用的情况。本文的目的并非从伦理或者科学优
缺点上去评价这些试验。
2 1989~ 2004年的试验例数
第一例治疗性人类基因治疗试验于 1990年被
批准, 用于治疗两名患有腺苷脱氨基酶( adenosine
deaminase, ADA)缺乏性重症联合免疫缺陷 ( severe
combined immunodeficiency , SCID) [ 4]。从此直到 1999
年,这方面的试验数量快速攀升(见图 1)。这段时
期内,有舆论开始关注这种治疗手段的潜在危害,并
且批评者指出迄今为止基因治疗还没有表现出其治
疗上的优势。1999年, 试验数量以获准 113例而达
到了巅峰。1999 年和 2002 年两起恶性事件发生以
后(详见下文) ,一些官方管理部门暂时停止了一些
正在进行和新申请的试验,基因治疗试验的势头减
缓了。2003年,全球仅有 53例获准,这是 1996年以
来最低的一年。
图 1 1989~ 2003 各年批准的新试验数
3 希望与挫折
1999年, 第一个较大的负面影响[ 5]就是, 寻找
试验病人出现了问题。那一年, 患有鸟氨酸氨甲酰
基转移酶( ornithine transcarbamylase, OTC)缺乏症的
患者, 18 岁的格尔辛基( Jesse Gelsinger) , 于 9 月 17
日死于一基因治疗试验中。该试验中应用的载体是
生物技术通报
#国际交流# BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 1期
去除了 E1和 E4基因的人类 5型腺病毒载体, 并含
有人鸟氨酸氨甲酰基转移酶的 cDNA。从病人的右
肝动脉注入病毒。完全没有预料到的病人机体对腺
病毒载体致命的免疫反应导致了病人的死亡。2000
年1月,美国食品药品管理局( Food and Drug Admin-
istration, FDA)停止了该试验, 同时其他一些试验也
被中止。
2000年,法国第一例报道燃起了对基因治疗新
的希望,他们率先成功治疗了患有罕见的 X染色体
连锁性重症联合免疫缺陷( X- linked severe combined
immunodeficiency, SCID-X1)的儿童, 这种病的表现是
T 细胞和自然杀伤( natural killer, NK)细胞分化早期
的抑制,而这种抑制的原因是编码白介素-2,-4,-7,-
9和白介素-15受体的 Cc细胞因子受体亚基的基因
发生了突变[ 12]。到 2002 年底, 警报代替了成功的
兴奋,当时两名 10岁的受治儿童出现了白血病样表
现[ 6] ,进一步研究表明是和逆转录病毒整合到
LMO2原癌基因启动子附近,从而引发了 LMO2的异
常转录和表达有关[ 13]。
这些意外事故加剧了关于基因治疗前景的争
论,使得欧洲和美国的研究人员以及基因治疗界谨
慎地调研其中的风险/效益比[ 14-16]。当前的观点可
以用美国基因治疗协会 ( American Society of Gene
Therapy,ASGT)和欧洲基因治疗协会( European Soc-i
ety of Gene Therapy, ESGT) [ 17]针对 Nature 上一篇非
常负面的文章[ 18]时作出的联合声明来概括。这两
个组织声明: /基因治疗界正在开发更新更好的方法
去治疗一些严重的疾病, 包括血友病, SCID等遗传
疾病, 甚至包括癌症和艾滋。将近期关于治疗 XS-
CID和 ADA缺乏性 SCID的试验与一些诸如单倍型
相同的造血干细胞移植等不完善的供选方案相比
较,权衡利弊,就能看出基因治疗在治疗学上明显的
优点。0
4 参与基因治疗临床试验的国家
全球有5大洲, 24个国家开展了基因治疗临床
试验。全部试验的 2/ 3是在美国进行的。欧洲占全
部试验的 27%,其中东欧国家只开展了为数不多的
一小部分。英国以近 100例试验占全球试验总数的
11% ,德国 6% ,瑞士 3. 7%,法国 2%(由于其只有极
少的相关资料对我们开放, 所以这应该是个很保守
的数据) , 比利时 1. 6%, 意大利 1. 1%。另外, 澳大
利亚12例, 加拿大 12例, 日本 10 例。其他开展了
基因治疗试验的国家是:荷兰( 6例) ; 西班牙,中国,
芬兰,波兰(各 3例) ;奥地利, 以色列, 新加坡,新西
兰,瑞典(各 2例) ; 捷克共和国,埃及,墨西哥和韩国
各开展 1例。两国或多国合作的共 11例。
图 2 基因治疗临床试验的地理分布
5 基因治疗针对的疾病
基因治疗的目的是把一段特定的 DNA序列导
入到病人特定的细胞中, 代替缺陷基因或者赋予细
胞分泌有治疗作用蛋白的能力。这是个重大的项
目,意味着至少在理论上,所有的疾病都可以用基因
治疗的手段来治疗。实际中, 85%的基因治疗临床
试验都针对癌症、血管疾病和单基因遗传疾病。原
因是前两种疾病是目前患病人数最多的致死性疾
病,而单基因遗传病刚好在基本原理上迎合了基因
治疗中将一段确定的缺陷基因用其对应的正常拷贝
替换的概念。表 1和图 3显示了目前为止获准的基
因治疗试验的疾病。
图 3 基因治疗相关疾病
532005年第 1期 李涛: 1989~ 2004全球基因治疗临床试验一览
6 单基因遗传病
缺陷基因用相应有功能的基因替换,从而恢复
细胞正常生理功能,以达到治疗目的,是基因治疗最
明显的应用。其最终的目的是通过基因稳定转移到
表 1 已经获准的人类基因转移试验的情况
单基因遗传病 癌症
囊性纤维化 妇科:乳腺癌,卵巢癌,宫颈癌
重症联合免疫缺陷 神经系统:胶质母细胞瘤,软脑膜癌变,神经胶质瘤,星
A型和 B型血友病 形细胞瘤,成神经细胞瘤
赫尔利综合症 胃肠:结肠癌,直肠癌,肝转移癌,肝炎性肝癌
亨特综合症 泌尿生殖系统:前列腺癌,肾癌
亨廷顿舞蹈病 皮肤:黑色素瘤
进行性假肥大性肌营养不良 头和颈
卡纳万病 肺:腺癌,小细胞肺癌,非小细胞间质瘤
慢性肉芽肿病 血液:白血病,淋巴瘤,多发性骨髓瘤
家族性高胆固醇血症 肉瘤
戈谢病 生殖细胞瘤
范可尼贫血
嘌呤核苷酸磷酸酶缺乏症
鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症
白细胞黏附缺陷病
视网膜环形萎缩
法不里病
肌萎缩性(脊髓) 侧索硬化症
接合型大疱性表皮松懈症 其他疾病
炎症性肠病
血管疾病 风湿性关节炎
外周血管疾病 慢性肾病
冠心病 腕管综合症
静脉溃疡 阿尔茨海默氏病
糖尿病性血管损害 骨折
糖尿病性神经损害
传染病 帕金森病
艾滋病 勃起功能障碍
破伤风 浅表角膜浑浊
巨细胞病毒感染 视网膜色素变性
腺病毒感染 青光眼
可分化细胞(干细胞) , 确保功能矫正的永久性。我
们整理了 90例单基因遗传病方面的试验, 1/ 3是关
于囊性纤维化的, 这种病是欧洲和美国最常见的单
基因遗传病。该病患者的平均预期寿命低于 40岁,
故而该病成了基因治疗的主要研究对象之一。
基因治疗针对的第二常见遗传病是重症联合免
疫缺陷综合症, 这方面的研究占整个单基因遗传病
试验的 20%。这是唯一一组在基因治疗中不断显示
其临床治疗学意义的疾病[ 12, 19]。
其他单基因遗传病方面的试验大概有 20例(见
表1) , 多数试验都是通过可检测蛋白看到了转移基
因的瞬时表达, 但是没有明显疗效。
7 癌症
迄今,多数基因治疗临床试验都是针对各种癌
症的(占全部试验的 66%)。针对不同的癌症, 人们
也使用了多种不同的策略。
8 插入抑癌基因
许多肿瘤缺失了有功能的抑癌基因。这类基因
编码抑制肿瘤生长和诱导肿瘤细胞凋亡的蛋白。基
因治疗试验中最常使用的抑癌基因是 p53 基因。
54 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2005年第 1期
p53蛋白能够在 DNA损伤后抑制细胞周期并和细胞
凋亡有关。野生型 p53基因的有效递送和表达显示
其能够使得确定的人体肿瘤消退, 还能在培养基中
抑制人癌细胞的生长或让人活体组织中分离出来的
恶性细胞失去对裸鼠的致瘤性。也有一些临床试验
应用 p53基因联合其他一些诸如放疗、化疗等常规
手段进行治疗。
9 免疫疗法
免疫疗法用于肿瘤的基本原理是肿瘤抗原在患
者体内会引起微弱的体液和/或细胞免疫[ 20, 21]。通
过加强这种抗肿瘤的免疫反应以控制或者根除肿
瘤。研究人员在加强抗肿瘤免疫反应上做了多种尝
试,包括: 接种工程改造的肿瘤细胞表达免疫刺激物
质(分子) , 接种编码肿瘤抗原的重组病毒载体,接种
表达肿瘤抗原或者产生肿瘤源 RNA的树突状细胞,
裸DNA接种,以及肿瘤内注射编码细胞因子或主要
组织相容性分子的载体。
10 基因导向酶解药物前体治疗
基因导向酶解药物前体治疗( Gene-directed en-
zyme prodrug therapy, GDEPT)是导入一段编码能够把
药物前体转化成细胞毒性药物的酶的基因。这样,
非毒性的药物前体就可以高剂量使用且不会对机体
产生不利影响, 而在需要地方转换成细胞毒性药物
(即在肿瘤及其直接存在环境中)。这种方案利用基
因治疗手段使常规的化学治疗方法得以更好的使
用。已有多个 GDEPT 系统应用于临床。最常用的
GDEPT 系统是应用单纯疱疹病毒 ( herpes simplex
virus,HSV)胸苷激酶作用于非毒的前体药物/更昔洛
韦0, 生成具有细胞毒性的更昔洛韦的三磷酸盐。
11 心血管疾病的基因治疗
基因治疗针对的第三大类疾病是心血管疾病。
人们期望着基因治疗能带给我们一种全新的手段去
解决治疗性血管生成,心肌保护、再生和修复, 防止
血管成形术后再狭窄,防止搭桥术失败,以及危险因
素控制等诸多问题。
至今最主要的心血管病基因治疗试验都是针对
治疗性血管生成(总数76例中有 67例) ,即在现有的
基础上刺激形成新的血管以增加缺血区域的血供。
两大类缺血性疾病 ) ) ) 冠心病性心肌缺血和外周血
管性下肢缺血, 都进行了数量相当的试验。其基本
原理是通过导入编码生长因子的基因从而增加局部
生长因子的浓度。人们已经广泛研究了成纤维细胞
生长因子( fibroblast growth factor, FGF)和血管内皮生
长因子 ( vascular endothelial growth factor, VEGF)两个
基因家族。少数几个试验应用血小板源生长因子
(platele-t derived growth factor, PDGF)治疗糖尿病微血
管损害导致的足部溃疡。
12 其他疾病
有60 例试验(占总数的 6. 6% )用以治疗传染
病。其中主要是针对 HIV感染的,关于破伤风, CMV
感染和腺病毒感染等疾病也有研究。其他方面, 还
有为数不多的几个试验已经进入临床 I期,包括:炎
症性肠病, 风湿性关节炎,慢性肾病,腕管综合症,阿
尔茨海默氏病, 骨折,糖尿病性神经损害, 帕金森病,
浅表角膜浑浊, 视网膜色素变性和青光眼。
13 临床试验分期
图4显示, 迄今绝大多数基因治疗仍然停留在
临床 I期和 I/ II期。这两类占所有基因试验总数的
84% ;临床 II期的占 13%;临床 II/ III期和 III 期的只
有2. 6%。
图 4 基因治疗临床试验分期
14 转移进人体的基因
各种临床试验中共有 100多种基因被导入人体
细胞。这里很难详述。转移基因中占总数 60%左右
的是细胞因子基因, 编码抗原用以修饰靶细胞的基
因,抑癌基因和自杀基因。转移机体有缺损的基因
占总数的 7. 8%, 药物抗性基因 6. 1% , 受体基因
3. 4%以及 2. 9%编码复制抑制因子的基因。图 5总
结了使用的各种基因。
552005年第 1期 李涛: 1989~ 2004全球基因治疗临床试验一览
15 基因治疗载体
15. 1 病毒载体
应用病毒载体的占目前试验总数的 70% (图
6)。
15. 2 逆转录病毒载体
来源于鼠类逆转录病毒的逆转录病毒载体是应
用于基因治疗的第一个载体, 至今仍旧是最常用的
图 5 试验中转移的基因
图 6 基因治疗临床试验中应用的载体
载体(占总应用数 28% )。这种载体对所携带的治疗
基因的大小是有限制的。其感染分化细胞有很高的
效率。该载体还可以整合到靶细胞染色体从而形成
稳定的基因转移。应用这类载体的最大障碍正与其
整合的特性有关。事实上, 法国的 SCID试验中 (见
上文)显示,先前假设的由于逆转录病毒基因组随机
整合到宿主基因组上导致的插入性突变的危险果然
发生了。
15. 3 腺病毒
腺病毒载体的应用仅次于逆转录病毒载体 (占
全部试验的 26% )。已知有 42种血清型的腺病毒感
染人。基因治疗中应用的是基于 5 型改造的, 为防
病毒复制,敲除了其 E1a 和 E1b基因的大部分区域。
腺病毒携带 DNA的能力比逆转录病毒大, 但是这种
携带能力仍然太小, 不能满足临床试验的所有基因
的要求。腺病毒载体的主要优点是对基因的高效转
导和高水平表达 ) ) ) 尽管这种表达是瞬时的并下降
很快。腺病毒载体另外一个优点就是它还可以感染
非分化的细胞。
关于腺病毒载体也有重大的安全问题, 主要的
就是它有可能刺激机体产生严重的免疫和排斥反
应, 1999年一个关于 OTC 缺乏症的试验出现死亡事
故的悲剧就是一个例子(见上文)。
其他用的较少的病毒包括痘病毒( 5. 7% ) ,牛痘
病毒( 3. 3% ) , 单纯疱疹病毒( 2. 8%)和腺相关病毒
( 2. 1%)。
15. 4 非病毒载体
病毒载体的局限性, 尤其它们携带治疗性 DNA
能力小以及安全性等问题,促使人们去构建不基于
病毒系统的合成载体。
最简单的非病毒载体介导的基因递送系统使用
了/裸0DNA, 把它直接注入特定的组织, 尤其是肌
肉,结果看到了显著的基因表达, 尽管这种表达较之
应用病毒载体获得的要低些。然而这种方法简便,
使得它成为基因治疗临床试验中最流行的非病毒载
体(占总试验数的 14%) , 接下来是使用脂质体转然
(带正电的脂质和DNA 混合物)的应用, 占试验总数
的9. 3%。(参考文献 21篇略)
(原载: J Gene Med 2004, 6: 597~ 602; 译者单位: 军事医
学科学院生物工程研究所,邮编: 100071)
56 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2005年第 1期