基因治疗：纠正上帝的过失

一定程度上说，科学家之所以冒着极大的风险和社会的压力，拿着那些与人类密切相关的微生物（大肠杆菌、病毒等）作种种遗传学实验，其主要的动机可能就在于医学的应用。的确，基因工程研究一开始就与医学紧密相关，不然我们就难以理解科学家第一次分离的单个基因何以恰恰就是与半乳糖尿病患者相关的半乳糖苷酶合成基因，而且从大肠杆菌中将这种基因提取出来后仅 2 年，美国人米瑞尔便利用λ—噬菌体作载体将该基因导入人的体外培养细胞。可以说，基因工程研究的每一项重大进步，都与基因治疗和其他医学应用这一目的相关。

前面说过，基因治疗就是用遗传工程方法对人体异常基因进行置换或引入外源基因以治疗疾病的方法。这是以人为施工对象的基因工程。因而这种基因操作的准确性和安全靠性要求很高。必须有充分的前期准备和前期研究。只有在解决了许多技术的乃至社会伦理学的问题之后，才能在人身上实验和实施。因此，尽管基因移植的对象从原核生物到真核生物，从单细胞生物到多细胞生物，从低等动物到哺乳动物，在一步步逼近人类的过程中，取得不少惊人的进步，医学科学家却总是对这种进步持之以谨慎的乐观。直到1978 年，又是那个基因移植奠基人、诺贝尔奖金获得者保罗·伯格首次成功地将一种哺乳动物的基因移植进另一种哺乳动物，并使供体兔血红蛋白基因受体——非洲青猴体外培养细胞生产出兔子血红蛋白的时候，人们才算真正看到了基因工程用于人类疾病治疗的曙光。人类长期以来所经受的那些由“上帝的过失”所造成的先天遗传疾苦，有可能通过基因重建的方法加以解除了。

基因治疗的首要要求是识别致病基因，即要进行基因分析诊断，以弄清哪一个或哪几个基因出了“差错”以及出了什么“差错”。人们之所以不遗余力地进行人类基因组图的绘制工程这项工作，很大程度上是由于这部《人志》对人类健康保护的重大作用。可能在将来，医学对遗传病人的诊断方式之一是翻翻这部“人类基因全景图”，包括致病基因在内，医生根据病征即可查出病源。并且已有现成的“好的”克隆基因冷藏在库房中，取出来就可以进行移植治疗。目前对个别病症来说，这可能不是纯粹的幻想，但就大多数情况来看，目前还没法做到这一点。

所谓克隆基因，就是为研究某种生物的基因而预先将该种生物的全部、或部分基因提取出来并活着“存放”着的基因。“存放”的方法就是用基因重组方法将 DNA 组接在质粒上。由于质粒具有自我复制的能力，所以当重组质粒转化大肠杆菌后，重组的质粒就得到扩增，同时外源 DNA 即“存放”的DNA 也得到增殖。这就是克隆，即无性繁殖的意思。

将一个生物物种的 DNA 全部克隆到质粒上，就得到这个生物的“基因文库”。这就像建立了一个生物物种的“遗传密码图书馆”。每一个质粒就是这图书馆的库房。所不同的是每种这样的“库房”不是一“间”，而是一批具有相同外源基因的重组质粒的群。因为每个质粒体积太小了，只有复制足够的副本才好保存。

现在，遗传学家已构建了不少专门的人工质粒载体，它们是由野生质粒改造而成的，因而具有特定的标识（前边说过，这是作为载体的条件）。例如，较常用的 PBR322 质粒，它的环状的 DNA 有 4363 个碱基对，并且有抗氨苄青霉素和抗四环素的标识基因。在这种质粒 DNA 环的任一切口上组接外源

DNA，都不影响其自体复制能力，因而用来克隆目的基因很容易。但这类质粒的缺点是容量太小，装不了多少基因“书”，就像图书馆的小推车，用来作库房，要很多质粒才能建起一种生物的基因文库。例如，一个细菌的 DNA 大概要用几千个 PBR322“小车”才能克隆得完，所以科学家又构建一种经过特殊修饰的质粒即“装配质粒”，一个质粒上可以克隆 4 万个碱基对的外源基因。200 个左右的装配质粒就可以建立起一个细菌基因文库。但要建立人的基因文库，大约需要 1 百万个独立克隆的装配质粒。如果一个克隆重组质粒上只载一种基因，所需质粒的数量就更大。

建立基因文库是进行基因鉴定和序列分析基本条件。但基因的识别鉴定更是很难的事。目前科学家对人类单个基因的识别与分离以及致病基因的分析诊断已做了一些研究，但离实际需要还相差甚远。据报道，到 1985 年已完

成分析并已克隆的人类基因有 200 多个，其中一半与已知的遗传病相关。目前，能够用 DNA 分析技术诊断的遗传病可能在 12 个左右（见下表）。估计亨廷顿氏病的基因诊断不久就可以解决。

可通过 DNA 分析进行诊断的遗传病

a1 —抗胰酶缺陷

氨基甲酰合成酶缺陷Duchenne 氏肌肉营养不良症血友病 A

血友病 B

次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖基酶缺陷鸟氨酸转氨甲酰酶缺陷

苯丙酮酸尿症镰刀形红细胞病α—地中海贫血β—地中海贫血囊性纤维变形

遗传病的基因诊断方法目前尚待进一步完善。现在科学家正在发展一种很有前途的方法，被称为“限制性内切片段的多态性”，即 RFLPS 标记法。我们前面说过，一种内切酶可以识别 DNA 上的特定切点，而一条 DNA 上又有多个这种切点，因而经内切酶处理过的一条 DNA 往往可以切出许多长度不同的片段，这就是所谓 RFLPs 的“多态性”。我们知道，一种遗传病往往是隐藏在一个家族内，并在家族多代中时隐时现地出现的。要在人群中找到某种遗传病因子相当困难。RFLPs 标记法的原理是用一种内切酶处理一个家族各成员的基因，分析比较各成员基因被切出的长短片段的多态特点，来判断哪一个片段与这种遗传病相关。经过分析，确定致病缺陷基因的标志。

RFLPs 方法除使用内切酶外，还要使用经过放射性标记的基因探针。所谓探针，是研究人员特制的一些已知碱基顺序的克隆基因单链（cDNA）。这是“投石问路”的“石头”。在进行分析时，行将准备探测的对象 DNA 用内切酶切成多种片段，按片段长短分离，分别在一定理化条件下裂解成单链DNA，然后放入探针，根据放射性标记测定 cDNA 与探针杂交（边成双链）的情况。根据 DNA 双链互补关系，可知道能与探针杂交的 DNA 片断的碱基结构。

当然，如果所用探针就是用某种致病基因制成，在对病人基因进行 RFLPS 诊断时，就更容易判定受诊者是否是该种缺陷基因的携带者。

在利用 RFLPs 方法时行遗传病分析方面，詹姆斯·古塞拉领导的一个科学家小组做出了出色的成绩。在 80 年代前期，他们用内切酶 HinhⅢ和自己制作的 G8 探针，为亨廷顿氏病确定了几个基因标记，并发现这种疾病的缺陷基因位于 4 号染色体上一个有几百万碱基对的区域内。

现在，还有一种正在研究中的所谓“可逆遗传分析法”受到人们的重视。根据遗传信息可在一定条件下反向传递的原理，这种方法的研究者试图直接利用遗传病患者的特异蛋白质来破译病人的致病基因。当确定某种蛋白质是某种疾病的特异代谢产物时，可先将这种蛋白反译成 mRNA，然后再以 mRNA 为模板合成 DNA，经过基因序列分析，确定这种致病基因的结构。当然，这种方法有一定的盲目性，须与其他方法结合起来，才能得到全面的诊断结果。

真正的基因转移治疗方法目前面临的困难比较多。有人曾预言 1985 年是基因治疗进入临床试验的一年，结果是基因治疗学家遭到挫折。

用什么方法把足够的目的基因副本导入病人的细胞中，这是当前基因治疗的重大难题之一。人体细胞数以万亿计，若把一个目的基因导入几个乃至几千个细胞里，这个基因简直如石沉大海，影踪全无，不用指望它会发生什么作用。

在这方面作出贡献的仍是保罗·伯格领导的实验室。该室的一个青年科学家理查德·C·密立根和他的同事推测：将基因引入活性细胞的过程，实际上就是袭用基因天然移植大师一病毒的工作原理。密立根用经过改建的病毒

（包括逆转录病毒）作为载体，将目的基因包装在病毒内并成功地将它移入动物培养细胞。但难以解决的问题是病毒进入受体细胞后也会起作用，要“消毒”是很难的。后来，科学家将一种转移辅助病毒的基因加以改造，让它们丧失在宿主细胞中进行新病毒颗粒“包装”（即繁殖）的能力。用这种包装缺陷的辅助病毒同逆转录病毒载体配合，成功地通过转染骨髓细胞将一种抗药基因引入小鼠骨髓细胞。其后，又用一种宿主广泛的包装缺陷辅助病毒株PA12，将一种抗药基因通过转染方式移入人骨髓细胞。但这是在体外，而且由于有逆转录病毒载体与人体内源病毒发生基因重组的可能，尚无法用于人体实验。

而且，在能否用人做实验的问题上，人们存在着争议。由于基因移植涉及改造人的基因的问题，在美国有专门的法律（1985 年制订）进行限制。规定基因治疗只能用于那些非此法不可的遗传病；医生进行某一实际病例治疗时必须申报，最后经国家卫生研究院批准后方可实施治疗。可见要做人的实验是很困难的。

但若干研究小组已开始了这方面的实验。70 年代初，一个美国科学家和几个医生在联邦德国就用病毒进行过这种实验。病人是患有先天痴呆的两个2 岁和 7 岁的姐妹。病人被注入一种能致兔肿瘤的病毒——肖普氏乳头状瘤病毒。治疗依据是这种病毒携有一种病人所缺的正常酶基因，注入后病毒有可能恢复病人的酶调节功能。但治疗结果既无副作用，也无疗效。

第二次尝试是在 1980 年。主持试验的马丁·克莱因因为没有报呈批准，亦未征得所在学校的同意，因而实验受到舆论的广泛抨击，克莱因也受到 NIH 的公开谴责，并失去了美国联邦研究的补助金。这次治疗实验的病人是以色列和意大利的两名地中海贫血患者。实验当然没有成功。许多人认为，选用

血液病作为基因治疗的首宗病例是不明智的，因为这种病的化学机制太复杂了。

现在基因治疗的总体战略目标是与骨髓有关的遗传病。骨髓是一种易于从患者身体中抽取并易于再输入回去的组织。人们设想，先在体外条件下对骨髓细胞进行基因转化处理，然后再移入病人身体内。这种手术和目前已用于临床的骨髓移植没有本质的区别。因为，骨髓移植专家说，用别人的骨髓和改造病人的骨髓本质上说都是基因治疗，不应有伦理学上的差别。有人正把治疗的目标瞄在镰刀形红血球贫血患者身上。也有好几个科学家小组致力于两种极罕见的致死性免疫疾病——ADA 缺乏症和 PNP 缺乏症。病人机体中各自缺乏一种正常的酶（腺苷脱氧酶的嘌呤核苷酸化酶）。现在这两种酶的合成基因已在实验室鉴别并克隆。但如前面所说，除了有危险的病毒载体外，科学家还没找到更合适的转移载体。

人们会说，为什么不用一般的骨髓移植术来治疗某些造血系统的遗传病呢？科学家很早就想到了这一点。这种方法已在再生性障碍贫血、某些类型的地中海贫血和诸如 ADA 缺乏那样的免疫性疾病的治疗中得到应用。但困难的是免疫匹配的供体骨髓源太缺乏，有些患者治疗前要先用放射性摧毁本身的骨髓。而且，对某些积重难返的遗传病来说，局部的组织更换不能改变病人的全身性病征效应。例如，1985 年洛杉矶儿童医院罗伯逊·帕克曼等人用这种方法冶疗一种称为“自毁症”（Lesch—Nyhan）的极为奇特的遗传病。结果，骨髓移植很成功，但病人咬自己的手指，捶打自己的行为并未改变。

人们猜想，对于诸如由于缺乏一种酶（如“自毁症”缺乏的是 HPRT 酶）而殃及大脑和行业的遗传病，用局部细胞的基因转化的方式治疗，即所谓“体细胞治疗”是难以奏效的。而且毫无疑问的是，即使是用这种方法“治好” 了的病人，他们的后代仍然会带有这种缺陷基因。因此，怎样使病人全身细胞发生基因转化，并怎样使植入的外源基因（目的基因）一代代遗传下去，这是基因治疗的另一大难题。

一条可行的路线是所谓“生殖细胞基因移植路线”。就是把特定的功能基因（目的基因）导入人的配子细胞（精细胞或卵细胞）或者早期的胚细胞途径。可以设想，一旦导入成功，一个由转化胚发育而成的人，其全部细胞中都会有功能基因，而且这种基因也可以传给下一代。也许将来的医生能够解除那些遗传病患者因为必须借别人的精、卵子或胚而招致的烦恼。科学家会用他们自己的生殖细胞在经过基因“修改”后“制成”试管儿，使他们获得具有正常遗传功能的后代。

但现在科学家还难以做到这一点。困难一方面是技术上的，另一方面是社会伦理学的。

其实，用人工方法把外源基因导入动物的生殖细胞中，并能将外源基因传递给后代的技术是很早就开始研究并取得显著成就的。1974 年明茨等人就首先把猴 SV40 病毒的基因导入小鼠早期胚胎（囊胚腔），并得到了转基因小鼠。80 年代初，R·L·布林斯特等人将人和大鼠的生长激素基因分别导入小鼠基因组，结果获得了激素水平提高几百倍、个体比正常小鼠大一倍的所谓“超级小鼠”。自那以后，这方面的研究在世界各国的研究室相继展开。中国的科学家在这方面也显示了自己的才华，先后获得了转基因鱼、小鼠以及转基因家兔。很明显，就是以经济观点看，“超级”动物也会给畜牧学家长期向往的“猪大如牛”“牛大似象”的梦想展现了一条可能的道路。对医学

来说，外源目的基因导入哺乳动物并且表达和遗传，使人类走到基因治疗的希望之门。但这个大门仍闭着，因为我们这个社会还没有解决所谓“改造人类”的伦理道德问题。舆论和法律还没有完全解放科学的手脚。

但是我们不能保证说现在没有人进行这方面的实验。只要想想近几十年人们关于人类生殖方面伦理观念的急剧变化情况（如试管儿）就可以预料，总有一些甘冒风险的人，以他们既成的成功事实来迫使社会接受新的技术进步。大家知道，现在全世界的人胚胎、受精卵、精液冻存贮已相当普及（在中国，目前至少有 30 个冷冻胚胎，冻精当然更多），就是说，至少做人胚细胞基因转化材料是不缺乏的。

当然，从动物到人，技术上还有许多有待消除的障碍。例如，基因转移方法就有待进一步完善。现在，细胞水平上导入基因的方法很多，但适于作哺乳动物胚基因转化的方法目前却只有病毒载体法和显微注射法。病毒载体的危险性目前尚未克服，所以现在主要用机械注射法（不用载体）进行动物转化。这种方法比较简单：先用 PBR322 质粒克隆目的基因后，转入大肠杆菌增殖，然后通过提取、纯化、酶切等手段，将目的基因制成 DNA 片段长短适当的“针剂”；最后用显微操作注入受精卵内。但注射法也还有一些问题。例如，人们曾将兔血红蛋白基因注入小鼠胚中，但外来基因却在肌肉细胞而不是在血细胞中制造血细胞蛋白。专家分析说，这是由于目的基因不能插入受体 DNA 序列精确位置所致。因为没有载体，注入的外源基因被整合进受体基因中时是随机性的。这样看来，除了进一步完善注射操作外，寻找一种用于高等生物的理想基因载体已成为基因工程学家的一项迫切任务。这方面，人们已发现一种可喜的材料。

前不久，“跳跃基因”——转位子发现人麦克林托克工作过的美国巴尔的摩实验室的科学家 G·M·鲁宾和 A·C·斯普拉德灵，“哄骗”果蝇转位子“P 因子”作载体，通过显微注射，将一种果蝇粉红眼基因插入棕眼果蝇突变体的胚胎基因序列，最后获得红眼果蝇。P 因子作为一种真核生物转位子，人们很自然想到将其作为包括人在内的哺乳动物基因工程安全载体的可能性。鲁宾等人还猜想，也许哺乳细胞中也有 P 因子之类的机构。如果能证实这种猜想，基因转化人胚细胞系的方法便更加理想了。

除了前面所说的基因治疗外，人们还提出一种严格说并非疾病治疗的“治疗”，即所谓基因“增益性治疗”。这种治疗的目的在于改变某些正常基因的特点，以满足求医者诸如“增加身高”、“有漂亮的眉毛”之类的要求。这种对人的“性状”的改造使人想到我们对动、植物的改造，无疑这又是一个会引起争议的主题，但考虑到人们对“隆鼻”、“丰乳”之类的热衷，科学家估计未来的“基因美容造型术”可能会大有前途。但在现在，医学基因工程有更为急切的事情去做。

实际上，对基因治疗研究的意义远远会超出遗传性疾病的医治。有人认为，绝大多数人类疾病都具有遗传成份上的原因。例如癌症治疗，也与基因治疗密切相关。虽然现在已知大多数癌是由环境因素引起，而且至少 30％的癌是由吸烟诱发，但越来越多的事实表明，人们对环境因素的敏感程度有着遗传学上的差异。从根本上说，癌症实质是由基因所致。因此癌的最终攻克，有赖于基因工程的发展和遗传学的进步。即是在现在，基因疗法至少可以作为癌症化学治疗的辅助措施。有人利用基因转移技术来强化患者的正常细胞，以使它们能够经受攻击癌细胞的药物。

圣经说过，上帝曾在摩西的劝下悔过，答应不再降祸给人类。但这个世界主宰却自食其言，经常将他的惩罚加在无辜的婴儿身上。可能在他看来，祖先偷吃过智慧之果的人类是天生就有罪的，而一切摆脱愚味的文明行为也都是人类本性中的“原罪”表现。既然如此，祈求是没有用的，用科学来纠正上帝的过失可能是我们的唯一出路。