“逆天改命”的生物工程

許靖斐

曾幾何時(shí)，乙型肝炎（乙肝）病毒感染了中國(guó)10%的人口，因乙肝而死亡的患者更是不計(jì)其數(shù)。但隨著生產(chǎn)乙肝疫苗的技術(shù)于1989年引入中國(guó)，現(xiàn)在全國(guó)只有、%的人口攜帶乙肝病毒，而新生兒感染乙肝病毒的概率更是從10%降到了不到0.1%。在乙肝疫苗惠及國(guó)人的這引年間，生物工程的進(jìn)步更是讓諸多“絕癥”的治療獲得了驚人改變，生物工程也因此被很多醫(yī)學(xué)家視為“逆天改命”的“終極武器”。

抗癌藥里的“核彈頭制導(dǎo)導(dǎo)彈”

提到癌癥治療，化療、放療、手術(shù)這傳統(tǒng)的“三板斧”早已為人所熟悉，而新興的靶向藥物、免疫治療（參見(jiàn)本刊2016年第7期《拂曉之箭——免疫治療》）等手段，也為人類努力實(shí)現(xiàn)攻克癌癥的目標(biāo)做出了巨大貢獻(xiàn)。然而在治療手段遍地開(kāi)花的今天，大家是否知道，將聽(tīng)起來(lái)讓人“聞風(fēng)喪膽”的化療和“高大上”的靶向藥物結(jié)合在一起，改造出專門對(duì)付癌細(xì)胞的“制導(dǎo)導(dǎo)彈”，已經(jīng)成為抗癌藥里的一股“新生力量”？

化療之所以會(huì)讓人“聞風(fēng)喪膽”，主要還是因?yàn)?，大部分的化療藥物?duì)人體細(xì)胞的毒性作用缺乏選擇性，在殺死大量癌細(xì)胞的同時(shí)也會(huì)殺傷一定量的正常細(xì)胞，從而引起各種不良反應(yīng)。而在化療新藥的篩選中，這個(gè)問(wèn)題就更加極端化了——有些新藥對(duì)癌細(xì)胞的殺傷力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)抗癌藥，但直接給人使用這些藥物，卻會(huì)因?yàn)樗鼈兎沁x擇性的細(xì)胞殺傷作用，而讓醫(yī)療人員和患者面臨“殺敵一百，自損八千”的尷尬局面。

不過(guò)，隨著一種名為抗體-藥物偶聯(lián)物（ADC）的技術(shù)的“橫空出世”，這些曾經(jīng)的“雞肋”藥物，在如今也有了用武之地。所謂的ADC，就是將一種可以殺死癌細(xì)胞的毒素，和一種可以結(jié)合癌細(xì)胞上的通道蛋白的單克隆抗體，用特殊的化學(xué)物質(zhì)作為“膠水”“黏合”在一起的產(chǎn)物。這聽(tīng)起來(lái)似乎很復(fù)雜，但ADC的作用原理其實(shí)極其簡(jiǎn)單——

單克隆抗體在結(jié)合癌細(xì)胞上的通道蛋白以后，會(huì)被癌細(xì)胞當(dāng)作“貨物”運(yùn)輸進(jìn)細(xì)胞內(nèi)部，與此同時(shí)，被“黏合”的毒素也隨之混進(jìn)癌細(xì)胞。在ADC進(jìn)入癌細(xì)胞后，“粘合”抗體與毒素的“膠水”會(huì)被癌細(xì)胞內(nèi)的酶“融化”，毒素就此從抗體上釋放出來(lái)，導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡。由于ADC一般只能結(jié)合特定癌細(xì)胞上的通道蛋白，所以它幾乎不會(huì)進(jìn)入無(wú)關(guān)細(xì)胞內(nèi)，也就此避免了毒素對(duì)正常細(xì)胞的傷害，這一特性令A(yù)DC獲得了“核彈頭制導(dǎo)導(dǎo)彈”的美稱。

目前最為成功的ADC藥物，是用于治療惡性淋巴瘤的維布妥昔單抗（Brentuximabvedotin，BV）。BV可以和淋巴瘤細(xì)胞表面的CD30通道蛋白結(jié)合，并且在被“放行”后，即刻在細(xì)胞內(nèi)水解出毒素MMAE，使細(xì)胞分裂停滯而死亡。自2011年BV獲得美國(guó)監(jiān)管部門批準(zhǔn)以來(lái)，BV已經(jīng)獲得多國(guó)監(jiān)管部門批準(zhǔn)用于治療至少6種類型的惡性淋巴瘤，可謂是風(fēng)頭無(wú)兩。

由于ADC的作用機(jī)制和臨床效果均有獨(dú)到之處，目前全世界正在進(jìn)行數(shù)百個(gè)和ADC有關(guān)的臨床研究，而自維布妥昔單抗之后，又有數(shù)種治療各類腫瘤的ADC獲得監(jiān)管部門批準(zhǔn)，其中就包括2020年1月獲得中國(guó)國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)的，對(duì)早期和晚期乳腺癌都具有突破性效果的恩美曲妥珠單抗（T-DMl）。

攻克遺傳病，我們真的能“人定勝天”？

提到人類遺傳病，很多人可能會(huì)第一時(shí)間想起著名的“皇室病”——血友病，這種因維多利亞女王的政治聯(lián)姻而聞名世界的遺傳病，會(huì)讓人喪失在受傷時(shí)及時(shí)凝固血液的能力，患者經(jīng)常因難以控制的內(nèi)出血而死亡，大多幸存者也在一生中飽受關(guān)節(jié)炎的折磨。

其實(shí)早在20世紀(jì)，甲型和乙型血友病的發(fā)病機(jī)理就相繼被發(fā)現(xiàn)。以最常見(jiàn)的甲型血友病為例，患者因遺傳缺陷，體內(nèi)凝血過(guò)程中極其關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)——活化凝血因子IX催化凝血因子×轉(zhuǎn)為活化形式的過(guò)程，會(huì)由于缺乏橋接二者的凝血因子Ⅷ而無(wú)法進(jìn)行。所以最早的治療血友病的針對(duì)性方法，就是給患者輸注含有凝血因子Ⅷ的血漿，或者注射從血液中提取或人工合成的凝血因子Ⅷ，以暫時(shí)性補(bǔ)充人體內(nèi)缺失的凝血因子Ⅷ，恢復(fù)正常的凝血功能。

盡管補(bǔ)充凝血因子的策略，已經(jīng)大大降低了血友病的致死率和致殘率，但不幸的是，這種療法的缺點(diǎn)也特別明顯：患者可能因?yàn)檩斪⒉缓细竦难褐破范旧蟼魅静。ㄓ绕涫前滩『捅透窝祝?長(zhǎng)期治療后，患者的身體可能產(chǎn)生針對(duì)凝血因子的抗體，從而使治療效果變差，甚至發(fā)生過(guò)敏性休克;無(wú)論是提取自健康人血液，還是生物工程合成的凝血因子，造價(jià)都非常昂貴，且一次輸注只能維持?jǐn)?shù)天效果。

對(duì)于這些缺點(diǎn)，科學(xué)家其實(shí)早已料到，并曾設(shè)想過(guò)各種解決方法（例如將凝血因子聚乙二醇化），然而大家很快發(fā)現(xiàn)，這些方法會(huì)讓血友病的治療費(fèi)用大幅上升，但并不能從根源上解決傳統(tǒng)療法存在的大部分的問(wèn)題（尤其是治療失效）。不過(guò)功夫不負(fù)有心人，來(lái)自日本的一隊(duì)科學(xué)家靠著自己的“另類思維”，為血友病治療帶來(lái)了突破性進(jìn)展。

這隊(duì)日本科學(xué)家在研究單克隆抗體時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果將單克隆抗體通過(guò)生物工程手段修改結(jié)構(gòu)，就能讓原本只能結(jié)合一種特定物質(zhì)的抗體，可以同時(shí)結(jié)合兩種不同物質(zhì)，并且可以為兩種物質(zhì)之間的接觸“牽線搭橋”。這樣一來(lái)，艾美賽珠單抗便應(yīng)運(yùn)而生。

艾美賽珠單抗是一種經(jīng)過(guò)改造的單克隆抗體，它的一端可以結(jié)合凝血因子X(jué)，另一端則可以結(jié)合活化凝血因子Ⅸ，在把藥物輸注入人體以后，它便可以在血液中尋找并結(jié)合兩種凝血因子，為它們之間的催化反應(yīng)提供“橋梁”，進(jìn)而使人體內(nèi)原本由凝血因子Ⅷ應(yīng)該完成的反應(yīng)得到恢復(fù)。更加令人欣喜的是，艾美賽珠單抗本身在血液中可以停留數(shù)周，患者只需每星期至每月注射一次即可;并且由于艾美賽珠單抗和凝血因子Ⅷ的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異極大，已經(jīng)對(duì)凝血因子療法失去反應(yīng)的患者，同樣可以靠它來(lái)抵御出血。

鑒于艾美賽珠單抗有著相比于傳統(tǒng)療法極其明顯的優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)均在短時(shí)間內(nèi)批準(zhǔn)了該藥的臨床應(yīng)用。美國(guó)于2017年批準(zhǔn)了艾美賽珠單抗預(yù)防成人和兒童的甲型血友病發(fā)作，中國(guó)也于2019年批準(zhǔn)了艾美賽珠單抗預(yù)防對(duì)凝血因子治療無(wú)效的甲型血友病出血。當(dāng)然，艾美賽珠單抗的意義其實(shí)遠(yuǎn)不止血友病，因?yàn)樗鼘?shí)際上是人類第一個(gè)靠生物工程所“仿制”的人體內(nèi)功能性蛋白質(zhì)，它的成功也為其他遺傳病的新型療法的研究，甚至于人工合成生命的探索提供了寶貴的資料。

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血友病多數(shù)是遺傳性的疾病，造成人體無(wú)法凝血形成血塊來(lái)止血。很少數(shù)的血友病是因?yàn)榘l(fā)育過(guò)程中的新突變。另外還有可能是因?yàn)槭褂每股睾髮?dǎo)致產(chǎn)生針對(duì)凝血因子的抗體。后天得到的血友病與癌癥、自體免疫疾病或懷孕有關(guān)。通過(guò)測(cè)試凝血能力及凝血因子的濃度可以診斷。

這項(xiàng)技術(shù)，讓病菌無(wú)所遁形

在最近的新冠疫情之中，想必不少人聽(tīng)過(guò)最多的一個(gè)詞便是“核酸檢測(cè)”。作為診斷新冠肺炎的“金標(biāo)準(zhǔn)”，“核酸檢測(cè)”挽救了無(wú)數(shù)人的生命。不過(guò)，“核酸檢測(cè)”只是這項(xiàng)用于檢測(cè)病原體的技術(shù)——聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）的俗稱，而它也隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，逐步成了診斷感染性疾病不可或缺的工具。

在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中，倘若標(biāo)本中含有的病原體核酸實(shí)在太少，檢驗(yàn)試劑就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法與足量的目標(biāo)核酸相結(jié)合，從而無(wú)法提供準(zhǔn)確結(jié)果。而PCR技術(shù)，就是為了解決這種困境而生的。

眾所周知，在人體內(nèi)，DNA聚合酶負(fù)責(zé)將零散的核苷酸（用來(lái)復(fù)制DNA的“零件”）拼接在一起，從而完成復(fù)制DNA的過(guò)程。而在PCR技術(shù)中，通過(guò)耐熱DNA聚合酶和高溫（高溫可以打開(kāi)DNA的雙鏈，從而促進(jìn)其復(fù)制）的“一唱一和”，就可以在體外對(duì)標(biāo)本中的核酸進(jìn)行再次復(fù)制，從而讓原本因數(shù)量不足而隱匿的病原體核酸再次“現(xiàn)形”。例如在新冠病毒的檢測(cè)中，PCR技術(shù)可以讓患者標(biāo)本中的病毒核酸在體外大量復(fù)制，再使用熒光技術(shù)“標(biāo)記”出這些屬于病毒的核酸，就可以在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)一個(gè)患者體內(nèi)是否存在新冠病毒。（具體是怎么“標(biāo)記”的？原理又是什么？請(qǐng)繼續(xù)看下一篇文章吧?。?/p>

而在科學(xué)進(jìn)步的大背景下，PCR技術(shù)也變得越來(lái)越準(zhǔn)確、高效和簡(jiǎn)便。例如著名的Xpert技術(shù)，就直接將PCR所需的全部試劑裝在了一個(gè)小盒子里，只需要往試劑盒中加樣，再將其送入儀器，就可以“坐等”檢驗(yàn)結(jié)果出爐，大大減少了檢驗(yàn)人員的工作量。不僅如此，在該技術(shù)“加持”的檢驗(yàn)中，檢測(cè)患者是否感染肺結(jié)核只需要120分鐘，且準(zhǔn)確度可以與傳統(tǒng)的耗時(shí)48小時(shí)的技術(shù)相媲美;至于在流感流行季節(jié)，Xpert更可以只用20分鐘，便可以分辨出患者是否感染有流感或其他呼吸道病毒，這在沒(méi)有PCR的時(shí)代，簡(jiǎn)直是令人難以想象的。

自古以來(lái)，傳染病就是人類健康的重大威脅。盡管抗生素、預(yù)防接種和公共衛(wèi)生干預(yù)等措施已經(jīng)大大降低了傳染病對(duì)人類的威脅，甚至于消滅了曾經(jīng)令無(wú)數(shù)王公貴族喪命的天花，但我們離消滅傳染病的目標(biāo)，其實(shí)還有很遠(yuǎn)。

但在現(xiàn)代生物工程的基礎(chǔ)上，醫(yī)學(xué)界在傳染病的疫情響應(yīng)、預(yù)防到治療等各方面，都獲得了巨大的進(jìn)步。前文中基于核酸檢測(cè)的“傻瓜式”結(jié)核診斷技術(shù)Xpert，已經(jīng)在短短幾年內(nèi)成為全球數(shù)萬(wàn)大中小型醫(yī)院和資源欠發(fā)達(dá)地區(qū)鄉(xiāng)村醫(yī)生的抗結(jié)核利器;而利用基因嵌合技術(shù)所制造出的新型疫苗Ervebo，更是成為遏止埃博拉病毒肆虐的利器……

從對(duì)抗癌癥到遏止傳染病肆虐，從治療復(fù)雜遺傳病到幫助經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)抵抗病魔，曾經(jīng)“高屋建瓴”的形象，在今天早已不是生物工程的代名詞。正如美國(guó)生物工程公司賽沛（CeDheid）的廣告所說(shuō)，生物工程存在的意義，就是“讓這里，更多希望”。