基因療法的難預期錯誤

知識新知 10/01/2011


基因治療過去曾發生的嚴重後果,因為鋅指核酸酶技術的發展而有改善,然而最新的研究卻指出,這其中仍存有不可預測的問題。

八月七日,一篇發表在《自然:生物技術》與另一篇於《自然:研究方法》的論文指出,儘管鋅指核酸酶具有高度專一性,目前用來預測可能偏誤的技術,卻可能出了差錯。

鋅指核酸酶是一種可以設計來在基因組中尋找特定DNA片段的酵素,並能將該片段切下、刪除,或是與其它片段互換。臨床實驗上,研究員甚至利用鋅指核酸酶來移除誘導HIV病毒進入免疫細胞的基因,以治療愛滋病。

傳統基因療法中,通常利用病毒幾近隨機地將基因片段植入目標基因組內。鋅指核酸酶被發現以後,便大幅改善了這項缺失。如果基因片段隨機插入基因組,可能會發生許多問題:早期基因療法的臨床實驗中,五名嘗試以基因療法治療罕見免疫性疾病的小孩,就因為病毒載體將基因植入致癌基因附近,因而引發白血症。

然而,儘管鋅指核酸酶的專一性較病毒載體高出甚多,他們仍可能具有潛在的危險。加州大學戴維斯分校的分子生物學家西格(David Segal)表示,人們必須要確定鋅指核酸酶是不是真的都能成功到達我們所期望的位置。沒有人會希望鋅指核酸酶在細胞內隨意行動,因為這可能會導致致癌基因的突變。

大海撈針

德國海德堡癌症研究中心的腫瘤學家馮凱爾(Christof von Kalle)正是前述白血症事件中,負責追蹤病因的研究員。他決定找出鋅指核酸酶所引發的錯誤。
因為鋅指核酸酶可能潛伏在數千個目標細胞之中,加上它們很少出錯,所以很不容易發現它們的釀出的禍。若要對每一個細胞的基因組做地毯式搜索,檢查有無斷裂的DNA,更是不切實際的事。

過去,研究人員會檢驗鋅指核酸酶可能結合的基因,看看是否發生DNA斷裂的現象,來尋找鋅指核酸酶出的差錯。

馮凱爾與他的同事採用另一種方法,他們測試兩種與臨床使用的酵素相似的鋅指核酸酶。他們將試驗細胞暴露在一種病毒之中,這種病毒會將自己的基因插入宿主基因組中斷裂的位置。接著,他們再去檢查這些被病毒基因插入的位置,是否受鋅指核酸酶作用過。藉此,研究小組發現了許多非目標基因片段斷裂,那是利用傳統方法無法找到的。

猶他大學的生化學家卡洛(Dana Carroll)表示,這是該領域一項重要的里程碑,讓世人知道,唯有實際檢測細胞中的斷裂基因片段,才會發現過往無法預測的結果。

錯失目標

哈佛大學的生化學家劉大衛(David Liu)發展了另一種尋找非預期基因片段斷裂的方法。他的研究團隊首先掃描試管中一批基因片段的資料庫,檢驗他們是否能由前述兩種鋅指核酸酶之一造成。接著,他們在人類基因組中搜尋類似的片段,並且測試這些片段能否在人工培養的細胞中被打斷。

劉大衛發現,鋅指核酸酶切割DNA的範圍比預期中更廣。在極少數的情況下,一種近似於愛滋病臨床試驗中所使用的酵素,會切斷致癌基因附近的序列。但是,西格認為,由於劉的實驗是以白血病細胞作為測試載體,而非臨床實驗時藥物針對的免疫T細胞,我們很難藉由這項發現推斷鋅指核酸酶確實會對病患造成危險。

該試驗藥物的設計者,加州聖加莫生物科技公司(Sangamo Biosciences)的主任科學長格雷戈里(Philip Gregory)表示,自從劉大衛與馮凱爾的研究發表以後,該公司相關的臨床實驗藥品也獲得大幅改良。

在正式臨床試驗前,聖加莫生物科技公司為了測試該酵素的安全性,將超過十億株基因改造細胞轉植入一百五十隻動物身上,再投以藥物,觀察是否有不利的副作用產生。

格雷戈里認為,馮凱爾與聖加莫共同研發的方法,未來對於檢測臨床實驗受試者相當有效。但是他以為美國食品藥物管理局不會輕易接受,因為他們對先進的分子技術不感興趣,比較喜歡如「將基因改造細胞植入動物體內」等傳統方法,所以仍會要求他們進行一系列的動物實驗,以確保安全性。
【知識通訊評論月刊一○八期】2011.10.01

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