引言

基因疗法（gene therapy）是近年来医学界的前沿技术之一，通过将健康的基因引入患者体内，旨在纠正遗传疾病。然而，免疫系统（immune system）的反应成为了这一技术应用中的重大障碍。每当病毒载体（viral vector）携带健康基因进入人体时，免疫系统往往会识别并攻击这些外来入侵者。这种免疫反应不仅可能摧毁疗法本身，还可能对患者造成进一步的伤害。因此，一旦患者接受了基因疗法，他们可能无法再次接受相同的治疗，因为再次注射会引发危险的免疫反应。

多纳万·德克尔（Donavon Decker）曾参与一种基因疗法的试验，他并非为了自身的康复，而是为了评估疗法的安全性。这种实验性治疗采用病毒将健康基因传递至他脚部的肌肉细胞，但这种治疗不会扩散到全身。此外，德克尔的免疫反应可能会使他无法接受未来的治疗，因为他的免疫系统可能会对这种病毒发动攻击，从而破坏疗法的效果甚至对他自身造成伤害。尽管如此，德克尔还是志愿参与了试验，他希望研究人员最终能够找到方法来抑制免疫系统对病毒的反应，从而使像他这样的患者能够在未来获得更多的基因疗法。

然而，近四分之一个世纪过去了，研究人员仍未找到解决方案。德克尔对此感到非常失望，正如他所说：“我真的没想到25年后，我仍然无法接受再次注射。”尽管基因疗法领域在过去十年中取得了显著进展，获得了多项官方批准并且临床试验管道不断扩展，但无法多次给药这一问题极大地限制了基因疗法的应用。

在2024年5月于马里兰州巴尔的摩召开的美国基因与细胞治疗学会（American Society of Gene and Cell Therapy）年会上，研究人员提出了多种可能的解决方案，从抑制免疫反应到掩盖病毒，甚至完全不使用病毒载体。这一问题在基因疗法领域中被视为一个重大挑战。

随着对基因疗法研究的深入，研究人员发现，某些基因疗法的效果会随着时间的推移而减弱；有些则可能需要多次给药才能在短期内提供显著的益处。此外，由于之前接触过腺相关病毒（AAV），许多人无法参与临床试验。腺相关病毒是一种相对无害的病毒，在许多基因疗法中被用作载体，并且广泛存在于环境中。

研究表明，30-70%的人群体内存在能够中和AAV的抗体。一些家庭为了让亲人能够参与临床试验，甚至选择多年自我隔离，以尽量减少接触AAV的风险。尽管如此，研究人员仍在努力寻找抑制基因疗法免疫反应的方法，希望能够使这项技术更广泛地应用于临床治疗。

总的来说，基因疗法在治疗遗传疾病方面展现了巨大的潜力，但如何解决免疫系统对病毒载体的反应仍是一个亟待解决的难题。研究人员正积极探索多种方法，以期能够安全有效地重新注射基因疗法，使更多患者受益于这一革命性的治疗手段。（5月28日 Nature “The immune system can sabotage gene therapies — can scientists rein it in?”）

基因治疗是当今医学研究中的一个重要领域，旨在通过将健康的基因引入患者体内以纠正基因缺陷。然而，基因治疗在实际应用中遇到了重大挑战，其中最突出的是免疫系统的反应。免疫系统对基因治疗载体（通常是病毒）产生的强烈反应，常常阻止了再次治疗的可能性，严重限制了基因治疗的应用前景。

初次尝试与免疫挑战

唐纳文·德克（Donavon Decker）是一位基因肌肉疾病患者，他自愿参加了一项基因治疗的临床试验。这项试验的目的是评估治疗的安全性，而非其疗效。研究人员将健康基因通过病毒载体引入德克的细胞中，注射部位在他脚上的一块肌肉。然而，德克的免疫系统对这种病毒产生了反应，这不仅可能使治疗失效，还可能对他的健康造成伤害。

德克决定参加试验不仅是为了自己，更是为了他的家人，他的四个姐妹和两个侄女都患有同样的肢带型肌营养不良症。他希望研究人员能够找到方法来抑制免疫反应，使他和其他患者未来能够接受基因治疗。

然而，近25年过去了，研究人员仍未找到有效的方法来完全抑制免疫反应。德克感到失望，他原本以为研究人员早就能解决这个问题，让他能再次接受基因治疗。

基因治疗的进展

基因治疗的早期突破

基因治疗的概念最早在20世纪70年代提出，并在90年代初开始进行首次临床试验。1990年，美国国家卫生研究院（NIH）启动了首例人体基因治疗试验，成功治疗了一名患有严重联合免疫缺陷症（SCID）的四岁女孩。这标志着基因治疗的一个重大突破。

腺相关病毒（AAV）载体的发展

腺相关病毒（AAV）是目前基因治疗中最常用的病毒载体之一。AAV因其安全性高、免疫原性低、可长期表达基因等优点，成为研究和临床应用的热门选择。通过AAV载体，研究人员已经在多种遗传性疾病中取得了显著进展，包括脊髓性肌萎缩症（SMA）、血友病和视网膜色素变性等。

CRISPR-Cas9技术的应用

CRISPR-Cas9是一种强大的基因编辑工具，它使得基因治疗更加精准和高效。通过CRISPR-Cas9，研究人员能够直接在细胞中修复或替换缺陷基因。近年来，CRISPR-Cas9已经在多种动物模型中展示了其潜力，并开始进入人体临床试验。例如，2020年，首例利用CRISPR技术治疗的镰状细胞贫血症患者在治疗后显示出积极的疗效。

基因治疗产品的批准

近十年来，基因治疗产品逐渐获得官方批准并进入市场。例如，2017年，欧洲药品管理局（EMA）批准了首个用于治疗遗传性视网膜疾病的基因疗法Luxturna。这些产品的批准标志着基因治疗从实验室研究走向临床应用，为患者提供了新的治疗选择。

基因治疗的局限

免疫反应

尽管基因治疗在许多方面取得了进展，但免疫反应仍然是一个主要的挑战。当病毒载体进入体内时，患者的免疫系统可能会识别并攻击这些外来物质，从而降低治疗效果，甚至导致严重的副作用。这种免疫反应还会阻止患者接受第二次治疗，这对需要多次注射以维持疗效的疾病来说是一个重大问题。

基因递送效率

基因递送效率是基因治疗成功的关键。虽然AAV和其他病毒载体在许多方面表现出色，但如何确保健康基因能够准确、高效地递送到目标细胞仍然是一个挑战。不同类型的细胞和组织对基因递送的要求不同，找到合适的递送载体和方法是基因治疗研究中的重要课题。

长期安全性

基因治疗的长期安全性仍需要进一步验证。尽管短期临床试验显示出积极的结果，但对基因治疗的长期效果和潜在风险仍需进行长期随访研究。例如，某些基因疗法可能引发癌症风险，这需要特别关注和监测。

高昂的成本

基因治疗的研发和生产成本高昂，这使得治疗费用十分昂贵。例如，Luxturna的治疗费用高达85万美元，这对大多数患者来说是难以承受的负担。如何降低基因治疗的成本，使其更加普及和可负担，是未来需要解决的重要问题。

基因治疗的伦理问题

基因治疗特别是涉及胚胎基因编辑的研究，涉及到许多伦理问题。例如，如何确保基因编辑技术的安全性，如何防止其被滥用等。这些问题需要在科学界和社会各界的共同努力下进行探讨和解决。

免疫反应的成因

基因治疗中的免疫反应是指患者的免疫系统对基因治疗载体（通常是病毒）以及其递送的外源性基因产生的防御性反应。这种免疫反应可能导致基因治疗效果减弱或失效，甚至引发严重的副作用。

病毒载体的免疫原性

基因治疗通常使用病毒载体（如腺相关病毒AAV）将健康基因递送到目标细胞。虽然AAV相对无害，但它依然能够引发免疫系统的反应。AAV感染细胞后，宿主免疫系统会识别并攻击这些病毒颗粒，导致产生针对AAV的抗体，从而中和病毒，阻止其再次感染细胞。这种反应会影响基因治疗的效果，特别是在需要多次注射的情况下。

宿主对外源性基因的免疫反应

外源性基因引入体内后，宿主的免疫系统可能会将其视为外来物质，从而产生免疫反应。这种反应不仅会攻击病毒载体，还可能攻击表达外源性基因的细胞，导致基因治疗的效果减弱甚至失效。

既往感染的记忆

很多人在生活中可能已经接触过自然界中的AAV，这会在他们体内形成针对AAV的免疫记忆。再次接触AAV时，宿主的免疫系统会迅速做出反应，产生大量抗体，从而中和病毒。这种既往感染形成的免疫记忆使得部分患者在接受基因治疗前就已对AAV产生免疫，无法参与相关的临床试验。

新的希望：双重打击

免疫抑制的新方法

在2024年5月于巴尔的摩举行的美国基因和细胞治疗学会年会上，研究人员展示了一些动物研究的结果，显示出潜在的更有效的免疫抑制方法。来自纽约Regeneron公司的免疫学家尼古拉斯·乔瓦诺尼（Nicholas Giovannone）介绍了一种新的抗体，这种抗体能够阻断CD40。CD40是B细胞和T细胞共同使用的蛋白质，在免疫反应中起着关键作用。

在乔瓦诺尼的研究中，小鼠在接受AAV（腺相关病毒）治疗前先接受了这种CD40阻断抗体。结果显示，这些小鼠体内的抗体水平与未接触AAV的小鼠相当。这意味着这种抗体成功地抑制了B细胞和T细胞的免疫反应，从而防止了抗体的产生。乔瓦诺尼表示，这是他见过的最有效的方法之一，为基因治疗中的免疫抑制提供了新的希望。

T细胞抑制研究

南卡罗来纳州医科大学的马丁·康（Martin Kang）和他的团队也在尝试抑制T细胞反应。他们的研究集中在一种针对遗传性肺病——表面活性蛋白B缺乏症的基因治疗上。该团队发现，通过在基因治疗病毒中插入特定的基因序列，可以在一剂治疗中抑制一些免疫反应。虽然这种方法不能完全消除免疫反应，但令人惊讶的是，第二剂基因治疗仍然有效。这可能是因为治疗直接注入肺部而非血液，从而减少了免疫系统的整体反应。

组合策略的前景

西雅图华盛顿大学的基因治疗研究员朱莉·克鲁德尔（Julie Crudele）认为，最终可能需要多种方法的组合才能实现基因治疗的再次注射。她指出，单一的方法可能不足以完全抑制免疫反应，而多种方法的结合，如使用免疫抑制剂、阻断关键蛋白、改造病毒载体以及开发非病毒载体，可能会提供更全面的解决方案。

在巴尔的摩会议上展示的数据表明，阻断CD40蛋白和抑制T细胞反应的双重打击策略在动物模型中显示了显著效果。虽然这些研究目前还处于早期阶段，但其结果令人鼓舞，为解决基因治疗中的免疫反应问题提供了新的思路。

未来，研究人员将继续探索这些方法在人类中的应用，并进行更大规模的临床试验，以验证其安全性和有效性。如果这些方法能够成功应用于临床，将为基因治疗的普及和发展带来重大突破，特别是在那些需要多次注射以维持疗效的疾病治疗中。

非病毒载体的潜力

在基因治疗中，病毒载体如腺相关病毒（AAV）虽然常用，但其免疫原性问题和限制性的基因容量限制了其应用范围。因此，研究人员也在积极探索非病毒载体，以期克服这些局限。

环状病毒（Anelloviruses）

在2024年于巴尔的摩举行的美国基因和细胞治疗学会年会上，来自马萨诸塞州剑桥市Ring Therapeutics的克里斯·赖特（Chris Wright）展示了一类新型的环状病毒（anelloviruses）。环状病毒具有以下几个显著特点：

免疫逃避能力：环状病毒能够避开宿主的免疫系统。这意味着在多次注射后，宿主的免疫系统不会产生强烈的免疫反应，从而避免了AAV载体所面临的免疫排斥问题。

基因递送效率：环状病毒可以有效地将DNA运送到小鼠细胞中，显示出良好的基因递送能力。这为将来在人类中的应用提供了重要的实验基础。

多次注射的安全性：研究表明，环状病毒在多次注射后依然能够保持安全性，没有引发显著的免疫反应或其他副作用。这对于需要重复治疗的慢性疾病患者来说，是一个重要的进展。

脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）

脂质纳米颗粒（LNPs）作为非病毒基因递送载体，近年来也受到了广泛关注，特别是在COVID-19 mRNA疫苗中取得了显著成功。LNPs具有以下优势：

低免疫原性：与病毒载体相比，LNPs具有较低的免疫原性，不易被宿主免疫系统识别和攻击，从而降低了免疫反应的风险。

灵活的载荷容量：LNPs能够携带不同类型的核酸分子，包括DNA、RNA和siRNA。这使得它们在各种基因治疗和基因编辑应用中具有广泛的适用性。

可定制化设计：LNPs的组成和表面特性可以根据需要进行定制，以优化其在特定细胞和组织中的递送效率。例如，通过调整脂质成分，可以提高LNPs在特定器官（如肝脏或肌肉）中的靶向能力。

聚合物纳米颗粒（Polymer Nanoparticles）

除了LNPs，聚合物纳米颗粒（Polymer Nanoparticles）也是一种具有潜力的非病毒基因递送载体。这些纳米颗粒由生物相容性聚合物材料制成，具有以下特点：

高载荷稳定性：聚合物纳米颗粒能够稳定地携带和保护核酸分子，防止其在体内降解，从而提高基因治疗的有效性。

靶向递送能力：通过在聚合物纳米颗粒表面修饰特定的靶向分子，可以实现对特定细胞或组织的精准递送。这对于需要特定靶向治疗的疾病（如肿瘤）具有重要意义。

可调控的释放速率：聚合物纳米颗粒的组成和结构可以进行调控，从而控制核酸分子的释放速率，实现长效和可控的基因表达。

电穿孔技术（Electroporation）

电穿孔技术是一种利用电场将基因物质引入细胞的技术，具有以下优势：

高效递送：电穿孔可以在短时间内将大量基因物质引入细胞，效率较高。

广泛适用性：该技术适用于各种类型的细胞，包括难以转染的原代细胞和干细胞。

非特异性：电穿孔不依赖于特定的载体，因此不会引发针对载体的免疫反应。

非病毒载体在基因治疗中展现出了巨大的潜力，特别是在解决免疫反应和提高基因递送效率方面。然而，仍有许多挑战需要克服，包括：

优化递送效率：尽管非病毒载体具有较低的免疫原性，但其基因递送效率仍需进一步提高，以确保足够的基因物质进入目标细胞。

长期安全性：非病毒载体的长期安全性需要在更多的临床试验中验证，确保其在长期使用中的稳定性和无毒性。

成本控制：开发和生产高效的非病毒载体涉及复杂的工艺，如何降低成本使其更具经济性是未来需要解决的问题。

参考文献

Ledford H. The immune system can sabotage gene therapies - can scientists rein it in? Nature. 2024 May 28. doi: 10.1038/d41586-024-01483-w. Epub ahead of print. PMID: 38806772.

https://www.nature.com/articles/d41586-024-01483-w