开发治疗人类疾病的方法一直是生物医学研究和创新的主要目标。在过去的一个世纪里，对基因结构的理解以及基因编辑和重组技术（TALEN、ZFN和CRISPR/Cas9）的发展，使得利用基因作为治疗剂的新策略成为可能。生物医学领域的巨大技术进步，例如人类基因组测序及高通量技术的发展，有助于在人类环境中有效地应用基因疗法。最近，一些基因治疗药物在欧洲和美国及国内获得批准，明确地建立了人类疾病治疗的新范式，开启了基因治疗的新时代，基因治疗再次成为临床和基础研究的焦点。

概念：

基因疗法是指利用基因作为“药物”来治疗人类疾病。简单地说，基因治疗可以被定义为一套改变基因表达或纠正突变/缺陷基因的策略，其中包括给细胞注入核酸(DNA或RNA)。然而，可以找到更详细和完整的基因治疗定义，特别是由监管机构产生的定义。根据欧洲药品管理局(EMA)和欧盟(EU)指令2001/83/EC，基因治疗产品由生物药品组成，具有以下特征[1]:(a)含有活性物质，包括或由用于或施用于人类的重组核酸组成，目的是调节、修复、替换、添加或删除基因序列;(b)其治疗、预防或诊断作用与其所含的重组核酸序列或该序列基因表达的产物直接相关。基因治疗药品不包括预防传染病的疫苗。对于美国食品和药物管理局(FDA)来说，基因治疗是指利用遗传物质来修饰或操纵基因产物的表达或改变活细胞的生物学特性以达到治疗目的[2]。

基因治疗产品类型[2]

1、质粒DNA：环状DNA分子可以通过基因工程将治疗基因携带到人类细胞中。

2、病毒载体：病毒具有将遗传物质输送到细胞内的天然能力，修饰后的病毒去除了其引起传染性疾病的能力，然后用作载体，将治疗性基因携带到人类细胞中。

3、细菌载体：对细菌进行修饰，以防止它们引起感染性疾病，然后用作载体，将治疗性基因携带到人体组织中。

4、人类基因编辑技术：基因编辑的目的是破坏有害基因或修复突变基因。

5、患者来源的细胞基因治疗产品：从患者体内取出经过基因修饰(通常使用病毒载体)的细胞，然后返输回患者体内。

基因治疗策略[3]

1、基因增强疗法：添加补偿突变或改善细胞稳态的新功能性基因

2、基因沉默疗法：抑制突变基因的表达，如在遗传显性疾病中

3、基因编辑疗法：删除突变或整个基因和/或引入正确的基因

4、自杀基因疗法：引入会导致细胞凋亡的毒性基因，如在癌症中

治疗靶点的选择[3]

基因治疗靶点的选择不是线性的，取决于病情/疾病的发病机制。

在细胞治疗的情况下，很容易认为靶标是患病或有缺陷的细胞。然而，必须考虑以下问题:（a）用作治疗的细胞是否需要基因治疗?（b）如果使用干细胞，分化阶段是什么?（c）细胞的来源是什么?

给药途径[3]

1、体内治疗：将基因直接递送至生物体靶细胞、器官或全身，这可能是一种侵入性较小的方法，但更容易产生脱靶效应。

2、体外治疗：将基因递送至细胞，细胞是在体外治疗，然后将细胞移植到生物体体内，这样可以对治疗细胞进行更多的控制，但在技术上较为复杂。

递送系统[3]

基因调控系统[4]

基因和细胞治疗中在靶细胞之间引入的基因拷贝数往往是不同的，会导致靶细胞之间的表达差异以及相对于基础条件的表达水平增加。因此，在临床环境中实施基因疗法必须确保对转基因表达进行非常严格和一致的调控，而这可以通过可调控的启动子实现。

基因调控系统应该表现出几个特征: （a）转基因的低基础表达；（b）这种表达应该由一种分子的施用触发，并对广泛的剂量有反应；（c）对靶细胞/器官有特异性；（d）不干扰内源性基因表达；（e）允许快速和有效地诱导或抑制转基因表达。

示例：四环素(Tet)调节系统[4]：

细胞靶向策略[5]

1、物理策略：使用装置(如导管)将基因/细胞局部和细胞直接递送到目标区域。

2、生理策略：基于自然生理分布机制，如利用内源性生理机制(如血液循环)递送治疗性基因。

3、生物策略，基于载体的修饰等生物学改变来实现特定的定位：（a）治疗性基因和载体可对靶细胞或器官具有自然趋向性；（b）使用特定的分子被特定的靶细胞受体识别，从而特异性地将治疗基因递送到这些细胞；（c）使用细胞特异性启动子也可以限制治疗基因在靶细胞中的表达。

克服免疫反应策略[6]

1、避免递送的基因在抗原呈递细胞(如树突状细胞、B细胞或巨噬细胞)中表达。

2、调节表达转基因，方法是延迟基因的表达，直至组织从与载体施用相关的炎症中恢复。

3、将基因传送到免疫特权的部位，如大脑或眼睛。

4、对所用载体进行修饰。

5、基于免疫抑制，类似于器官移植后的操作。

应用现状[3, 7]

截至2017年底，全球共有超过2500项批准的基因治疗临床试验：

不同的基因治疗策略已经应用于不同的人类疾病治疗，尤其是癌症（65%）、单基因疾病（11.1%）和心血管疾病（6.9%）：

总结

自1990年第一次临床试验以来，基因治疗经历了多种成功和失败，涉及伦理问题、争议和辩论，方法也有许多缺点，走过了漫长的曲折道路。但在科学家、临床医师和生物技术公司的巨大努力下，基因治疗应用的技术、系统和安全性得到了发展和不断改进，欧洲和美国最近几年批准的基因和细胞治疗产品表明基因治疗将继续发展前进。

参考文献：

[1]What is gene therapy? U.S. Food & Drug Administration. Available at https://www.fda.gov/BiologicsBloodVaccines/CellularGeneTherapyProducts/ucm573960.htm

[2]Nóbrega, C., Mendonça, L., & Matos, C. A. (2020). A handbook of gene and cell therapy (Vol. 3). Basel, Switzerland:: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-41333-0

[3] Gossen M, Freundlieb S, Bender G, Muller G, Hillen W, Bujard H (1995) Transcriptional activation by tetracyclines in mammalian cells. Science 268:1766–1769