一把「基因剪」 裁出新希望        浙江日報

基因組編輯技術被譽為21世紀最偉大的生物醫學突破技術之一。人們對該技術在癌症、遺傳病、難治性疾病領域取得突破性成果寄予厚望。杭州市腫瘤醫院利用第三代基因組編輯技術CRISPR治療食管癌取得顯著成效，受到國際生物醫學領域高度關注。十九大報告指出：「堅定實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略。」杭州市腫瘤醫院勇於創新，相關研究走在全球前列，將為免疫治療提供新的思路和方向。基因療法癌症患者新福音幾天前，一封大洋彼岸的郵件傳到了杭州市腫瘤醫院院長吳式琇教授的郵箱。「尊敬的吳醫生，我是哥倫比亞大學醫學院大四學生傑瑪，最近看到您正在做用CRISPR技術治療晚期食管癌的臨床試驗。我父親2015年被診斷為食管腺癌……您能否告訴我更多試驗進展？美國是否有機構也在做同類試驗？」今年3月以來，吳式琇的郵箱陸續收到多封來自俄羅斯、美國、加拿大等國的郵件，發件人有腫瘤患者、病人家屬、醫學生以及研究機構。他們有的詢問吳式琇研究團隊的臨床試驗進展到了哪一步，有的希望能夠加入臨床試驗。「在抗癌戰役中，理論上自體T淋巴細胞會對癌細胞發起進攻，但癌細胞為了逃避這些攻擊，會玩弄各種『小伎倆』或者穿上『隱身衣』，一邊躲避免疫細胞，一邊進行增殖。科學家發現，T淋巴細胞有一個PD-1（程序性死亡受體1）受體表達，腫瘤細胞會出現一個PDL-1（細胞程序性死亡配體1），一旦二者『牽手』，T淋巴細胞就會被『挾持』。我們利用基因組編輯第三代技術CRISPR-Cas9敲除T淋巴細胞的PD-1基因，這樣就阻止了腫瘤細胞的免疫逃逸，T細胞可以直接攻擊癌細胞，甩開膀子與癌細胞開戰。」談到研究團隊採用的新技術，吳式琇打了個形象的比喻。在《基因魔剪》一書中，有一個場景描述了基因組編輯的過程：只要把CRISPR-Cas9的溶液撒到細胞上，然後將細胞置於37攝氏度恆溫的培養箱中，經過48到72小時，也就是兩到三天的時間，細胞中被瞄準的基因就被切斷了。2017年，吳式琇研究團隊率先開展了CRISPR編輯自體T細胞基因（TCR-T技術）治療實體惡性腫瘤的臨床試驗，3月至今已在13位晚期食管癌患者身上初步證實治療的安全性和有效性。「我們先從患者體內抽取100毫升血液，從中分離出T細胞並對它進行編輯，被改造後的T細胞在實驗室進行培養、擴增，達到一定的數量後再回輸到患者體內。」據吳式琇研究團隊成員之一、杭州市腫瘤醫院腫瘤學博士景釗介紹，從最新的數據看，他們的治療方法對食管癌的疾病控制率超過了40%，而且沒有觀察到嚴重不良反應，僅在部分患者中出現發熱、皮疹等輕微反應。在杭州市腫瘤醫院，記者和第一個參與這項治療的晚期食管癌患者周大伯進行了交談。61歲的周大伯看上去精神狀態不錯，一邊爬樓梯一邊和記者聊天，步履穩健。周大伯2004年8月被確診食管癌，並在當年進行放療後治癒。2016年10月食管癌複發並且已是晚期，腫瘤侵犯到氣管。今年3月和9月，周大伯分別接受自體T淋巴細胞改造並回輸治療後，腫瘤得到控制，病情也沒有進一步惡化。「治療有沒有效果，我能感覺到。現在吃飯已經不打嗝了，精神狀態也蠻好的。」電話那頭，另一位60歲的晚期食管癌患者翁大伯心情不錯。今年7月和9月，他在杭州市腫瘤醫院接受了治療。患者楊大伯也收穫了不錯的治療效果。楊大伯2015年7月確診食管癌晚期，輾轉各地進行手術、放化療。今年上半年，因為腫瘤壓迫引起進食梗阻癥狀，6月到9月期間，只能依靠鼻孔插管輸入營養液維持營養攝入。不過，9月和10月在杭州市腫瘤醫院接受兩次治療後，楊大伯又能吃東西了。吳式琇說，下一步，針對晚期胰腺癌和肝癌，研究團隊也將招募患者進行臨床試驗。全球關注　中國醫學新高地吳式琇研究團隊開展的CRISPR臨床試驗成為全球醫療科學界關注的焦點。權威學術期刊《科學》雜誌敏銳地注意到中國科學家正在進行的臨床研究。他們從美國臨床試驗資料庫檢索到，應用CRISPR的10個註冊臨床試驗中，有9個來自中國。其中，就包括杭州市腫瘤醫院吳式琇主持的項目。9月19日，《科學》雜誌駐亞太地區記者對吳式琇進行了一個小時的專訪。緊隨《科學》雜誌的報道，10月，《華爾街日報》又派記者來到杭州市腫瘤醫院對研究項目進行專訪。記者了解到，國內開展CRISPR臨床試驗的9家單位中，杭州市腫瘤醫院等5家醫院正在進行中，其餘4家還在計劃階段。和抗PD-1藥物給惡性腫瘤患者帶來希望一樣，PD-1基因敲除的T細胞免疫治療正在臨床患者身上被證實安全、有效。康奈爾大學威爾康奈爾醫學院生理學和生物物理系副教授克里斯托弗·梅森說，這是一種前沿的個體化腫瘤治療方法，它將永久改變我們治療癌症的方式。「吳式琇研究團隊在做的臨床試驗是走在全球前列的。」中國醫學科學院腫瘤醫院副院長王綠化說，T淋巴細胞PD-1基因編輯後擴增回輸治療腫瘤是免疫治療的全新方向，我國在這個領域開展的研究領先於全球，將為免疫治療提供新的思路和方向。加利福尼亞大學洛杉磯分校的唐納德·科恩也表示：「如果能夠真正取得較好的成果，中國科學家無疑將在這一應用領域處於領先地位。」「人體的免疫細胞除了淋巴細胞外，還有很多，他們遇到腫瘤時為何沒有作出反擊，它們是如何被腫瘤細胞『挾持』的，還有待科學家深入研究，找到更多靶點。」專家們認為，將CRISPR技術應用於臨床治療胃癌、肺癌和食管癌等實體腫瘤，也許還需要很多年。未來隨著科研的深入，不同的癌症可以用不同的治療方法，這些方法的療效將超越現有的手術和放化療。近一年的臨床試驗也讓吳式琇研究團隊意識到，T細胞在體外編輯、培養、擴增後回輸到體內，整個過程大約要2到3周，很多病人根本等不及。吳式琇希望，未來可以用臍帶血生產腫瘤特異T細胞，直接輸入患者體內與癌細胞作戰。「臍帶血不存在抗原抗體，不會產生排斥反應，可以批量出產，快速供患者使用。」如果這種方法能實現，就有希望讓更多實體惡性腫瘤患者，以更快的速度和更低的費用接受治療。砥礪創新　腫瘤醫院新氣象九層之台，始於壘土。杭州市腫瘤醫院在CRISPR臨床試驗中取得成果不是偶然。我國是食管癌高發地區，平均每年有15萬人死於食管癌。腫瘤的傳統治療方法主要包括手術、放療和化療，雖不斷完善發展，卻難以徹底清除癌細胞，癌症的複發率和死亡率仍居高不下。吳式琇從事食管癌的臨床與基礎研究將近18年，從單純放療到放化療同時進行，再到靶向治療，但效果都不夠理想。「眼睜睜看著不少食管癌患者無葯可治，被癌細胞吞噬而離開人世，我心裡非常難過。革新傳統治療模式，積極探索和尋求腫瘤治療新方法勢在必行。」吳式琇說。吳式琇是溫州市拔尖人才，34歲成為我省一家省級大醫院的科主任，49歲擔任杭州市腫瘤醫院院長。3年來，吳式琇牽頭建立了杭州市腫瘤研究所，引進培養了一批思維敏捷、善於創新的青年學者，形成了一支聚焦腫瘤學臨床與基礎轉化研究的科研團隊。在以腫瘤放射治療為主的腫瘤綜合治療、腫瘤微環境和腫瘤基因測序等領域不斷取得突破創新，他們相繼拿到國家自然基金項目、省自然基金項目、省科技廳、省部共建項目等15項課題。「很多想法，都是在捧著咖啡的時候產生的。」在採訪吳式琇的3天時間裡，總能看到他和同事進行頭腦風暴。而吳式琇的同事也表示，吳院長的想法很多，總能別出心裁。走進吳式琇的辦公室，案頭、茶几上堆得高高的文獻中，《科學與生活》《科學美國人》等國外期刊吸引了記者的目光。「平時除了看專業文獻，我還喜歡翻翻給普通人講故事的科普讀物，寫得很有水準。」萬花筒似的科普讀物和專業書籍碰撞出的火花，大概就是吳式琇「奇思妙想」的來源。在一次和醫院病理科同事周榮璟的交流中，吳式琇了解到放療後的腫瘤里居然會進入很多T淋巴細胞，這讓他聯想到抗PD-1藥物的機理。「抗PD-1藥物療效只有20%左右，與T淋巴細胞沒有進入腫瘤也有關係，但有了射線的催化作用，T細胞還是有潛力發揮出更大作用。」在吳式琇的建議下，周榮璟對多例癌症患者放療前後的病理組織進行比對，發現放療後T細胞能主動進入癌組織，並佔到整個腫瘤的5%至10%。「缺乏炎症細胞的腫瘤被稱為『免疫沙漠』，而射線可以激發腫瘤炎症，吸引T細胞進入腫瘤，為免疫治療增加導向性。」這個思路在腦海里迸發的同時，由海歸人士創建的安徽柯頓生物科技有限公司也帶著PD-1基因剪輯相關的國家專利找到吳式琇。他們共同意識到這個全新的治療方法有望為癌症患者開闢一條生路。經過認真考察後，吳式琇組建了研究團隊，5位核心成員包括3位博士和2位碩士，都是腫瘤領域的專家。確定實驗計劃，選擇食管癌作為一期試驗的唯一病種，通過醫院醫學倫理委員會醫學倫理審查及臨床準備，招募患者，一切都按部就班地進行。CRISPR臨床試驗也是杭州市腫瘤醫院在科研領域砥礪奮進、勇於創新的縮影。這家市級醫院的科研成果曾經是科研的荒漠，最近6年卻碩果累累：醫院在CancerResearch、Oncogene等國際權威腫瘤學雜誌上發表SCI論文近100篇；由吳式琇主持的「以放療為主的食管癌綜合治療模式研究」等多項研究成果受到國外同行高度關注並達成多個合作意向；2017年，醫院已拿到2個國家自然科學基金、1個省科技廳重點研發項目。新技術新挑戰唐夢霞幾千年來，人類一直在改造大自然。現在，有了被譽為「基因魔剪」的CRISPR基因組編輯技術，人類有望以前所未有的能力改造自身。我們先介紹一下基因編輯的概念。實際上，「基因編輯」這四個字是比較簡化的，嚴格來說我們應該稱它為「基因組定點編輯技術」。這裡我們要注意兩個關鍵詞，一個是「基因組」，另一個是「定點編輯」。在細胞核的基因組裡面，不同的基因都有不同的位點。對特定DNA片段的敲除、加入以及定點突變，就是基因組編輯技術。讓我們回憶一下初中的生物課內容，生物的基因中含有名為「鹼基」的物質，A、T、C、G四種類型的鹼基通過兩兩配對來承載信息。細胞中則含有能與鹼基相結合的物質。基因組編輯技術就是利用了該物質的這種性質，把能與待編輯基因相結合的物質傳遞到細胞內，令其與目標基因相結合。開發基因組編輯技術的過程持續了很多年，這項技術的開發要點在於，如何才能準確擊中想要操作的基因。大約20年前，科學家研究出第一代基因編輯技術ZFN（鋅指核酸酶，ZincFingerNuclease）。在使用ZFN時，研究者首先必須針對蛋白質的特定部分（鋅指）進行分析和設計，使其能與想要編輯DNA的鹼基序列相結合，然後製備出該鋅指蛋白，並將其送入細胞之中。它會從數萬基因中找到目標基因，並與之結合。2010年左右出現的第二代基因編輯技術TALEN（transcriptionactivator-likeeffectornuclease，轉錄激活因子樣效應物核酸酶）技術實現了相當大的突破。每一個鹼基都與一個TALrepeat（蛋白）相結合。TALEN很少會發生誤切斷非目標DNA序列的情況，直到如今，它獲得的評價依然很高。第三代基因編輯技術CRISPR，是以美國和瑞典兩位女博士的研究組發現CRISPR-Cas9並於2012年發表的一篇論文為誕生標誌的新技術。CRISPR-Cas9常被稱為「基因魔剪」，它由兩部分組成，一部分是可以切割基因的「手術刀」蛋白Cas9，另一部分是拖著「手術刀」在基因組的「茫茫大海」中精確定位的嚮導RNA（核糖核酸）。正是因為CRISPR-Cas9的出現，基因組編輯才獲得了全球性的普及。隨後，基於CRISPR-Cas9開發出的CRISPR工具包躍升為生物學研究新寵，這主要得益於它以下幾個優點：一是設計比較簡單；二是效率比較高；三是價格相對便宜；四是應用範圍更廣泛，能針對的靶基因比較多。CRISPR與ZFN、TALEN並列稱為三大基因編輯工具，但目前都存在一定的技術局限性。第一個比較明顯的局限性就是脫靶效應。比如原本設計是對某一個DNA靶點進行基因編輯，但沒有找到正確的靶點，卻跑到相似的位點去了，這就出現了脫靶。不過，中國科學家表示，他們會對編輯後的細胞進行驗證，確保回輸到患者體內的T細胞是敲除正確的。第二個問題是編輯效率。基因編輯技術對同一基因可能會造成不同的基因突變類型。不同的基因突變類型混合在一起，會讓檢測工作變得複雜很多。基因組編輯向我們展示了一個全新的世界，基因測序和編輯基因改變了人類與自然之間的關係。在獲得基因編輯工具的前提下，知道了基因序列也就對應地能夠開發出對其進行改造的嚮導。如果這項技術能夠發展到安全而有效，是可以造福人類的，但也可能給人類遺傳基因資源帶來一定的風險和不確定性。評分
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