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1700648762 朱恩和莱文继续他们的研究,这些观察让他们印象深刻。朱恩将他们的实验室迁到宾夕法尼亚大学,并在2004年接待了一位老朋友的拜访。这位老朋友是戴尔·安多。在该年落脚于桑加莫生物科技公司之前,安多曾短暂任职于好几家不同的生物科技公司。他为朱恩带来了一个疯狂的点子:用“星际大战法”来治疗HIV。安多假设,他们“如果能打倒HIV进入T细胞所需要的辅助受体呢”?这主意听起来疯狂,但更疯狂的是安多拥有的数据。他们能够打倒辅助受体的效力只有1%。耗费时间和金钱在这样没效率的技术上真是疯了。若是其他人,而不是他的朋友安多提出来,朱恩有可能否决整个想法。但事实就是,朱恩告诉莱文这个点子,然后不屑一顾地加了一句:“是啦,最好这样行得通。”
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1700648764 1995年,爱德华·兰菲尔创立了桑加莫生物科技公司。出于对基因疗法的强烈兴趣,兰菲尔曾为索马堤克斯工作,这是搭上基因疗法风潮的创投公司中的一家。就基因疗法而言,这是一个充满挑战性的时期。几乎每个兰菲尔想要取得的基因都已经有人拥有,知识产权上的限制正在弱化这个新产业。兰菲尔坦言:“这很不理想,你只能取得你有办法得到的东西。”
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1700648766 在协商这些复杂交易的过程中,兰菲尔开始关注斯里尼瓦桑·钱德拉塞加兰的研究。钱德拉(朋友都这么叫他)曾是约翰霍普金斯大学杰瑞里·博格实验室的博士后研究员,当时他创造了锌指核酸酶(ZFN)并且取得了专利,这是一种小型的基因编辑机器。为了制造它们,钱德拉将两种从自然界借来的机制组合在一起。第一种是锌指,锌指在研究非洲爪蟾的RNA时首度被发现。科学家纳闷这种生物的RNA如何坚固地黏附在特定一种蛋白质上。他们发现,秘密在于一种蛋白质的特殊结构,它有着拉长如指状的结构,以锌离子为中心连接在一起。在自然界中,这是一个完美的例子,说明了如何瞄准特定的DNA并将之抓起来,这个东西就是锌指。钱德拉将几种锌指蛋白质缝合在一起,然后将它们附着于一种能切割DNA的酶上。这些被称为限制性核酸内切酶的酶,最早是在细菌里发现的。神奇的是,细菌用这些酶来击退病毒。酶将入侵者的DNA从原生的DNA内切除。这些酶是分子生物学和克隆的有力工具,让科学家能够切割他们正在研究的DNA,并重新排列。钱德拉将锌指的DNA抓取特征和限制性核酸内切酶的DNA切割能力结合,创造了一种全新的工具。
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1700648768 不过,索马堤克斯对锌指核酸酶兴致索然,但这没有阻碍兰菲尔,他知道自己已经找到一种强大的新科技。在被知识产权法所困扰,使基因疗法陷入瘫痪之后,兰菲尔很感激有了这个全新方法来塑造基因。他决定孤注一掷,成立自己的公司。靠着家人和朋友,他筹措了75万美元来开创他的事业。回想那些年时,兰菲尔说他“应当很害怕才对”。不过,那些年却令人感到振奋。
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1700648770 用这个来对付HIV的想法是数年后,戴尔·安多加入公司时才有的。他和桑加莫的科学主管菲利普·格里高利构思了一项计划,想利用锌指核酸酶的专一性来攻击HIV进入T细胞所需的辅助受体。每个锌指都被设计成只黏附在基因的特定部位。桑加莫为HIV设计的锌指核酸酶专门瞄准CCR5,而且只会瞄准CCR5。锌指会与DNA的12个碱基——A、T、G、C——相匹配。若要去除CCR5基因,只抽出一条DNA链是不够的,因为细胞会修复它。应该要将编码CCR5的两条DNA链切割,因为细胞无法好好修复双链断裂。我们的修复酶需要互补单链所包含的信息才能重建基因。这就像是破坏一栋建筑,如果只拆掉一面墙,只要依靠剩余的墙的结构也能修复。但假使我们拆掉所有墙,建筑就完了。
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1700648772 因为这个理由,两个锌指核酸酶被送入细胞核。每个锌指朝着它特定的目标前进:编码CCR5基因的单链DNA(见图25.1)。锌指黏住DNA,将分子牢牢抓住。只有当DNA已经在其掌中,锌指核酸酶才会开始进攻。如果各自行动,任何一个酶都没有切割DNA的能力。但当两个锌指核酸酶完美排列,它们就成了一个二聚体,两半合一,能精准地切割双链DNA。这就是对付HIV的方法。使用专门针对CCR5的锌指核酸酶,它们就能将T细胞表面的CCR5一扫而尽,阻挡HIV进入细胞。
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1700648774 基因疗法有潜力作为疫苗,防止接触病毒的健康人士受到感染。它也可以是一种治疗方法,将病毒从那些蕴藏病毒的人体内消灭。这是一种极为创新的方法,可能太过创新了。对于大部分头一次听说这一方法的科学家而言,实在太疯狂了。
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1700648779 图25.1 锌指核酸酶将CCR5移除的方式
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1700648781 两个锌指核酸酶被送入一个细胞,每个都包含能够黏附CCR5基因的区域。当它们都黏着在基因上,伴随着它们的限制性核酸内切酶会结合并且让双链DNA断裂。被施予锌指核酸酶的细胞没办法制造CCR5蛋白质,因此将HIV阻于门外。
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1700648789 朱恩也不例外。尽管如此,因为命运之故,朱恩的背景可说是为这项不寻常的计划量身定制的。20世纪90年代培养T细胞的那些日子,让他有了处理CCR5和HIV的经验。他正在积极寻求治疗癌症患者的基因疗法,并对如何将其应用在HIV上感兴趣。他有操纵和移植血液细胞的经验。这些要素结合在一起,让他有完全适切的经历,来进行这项看起来疯狂又复杂的计划。事实上,以这项计划所需的混合研究经验来说,很难想象有其他研究人员有办法应付。
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1700648791 朱恩和他的团队勉强地从桑加莫那里取得CCR5锌指核酸酶,并在直接由病人身上提取的T细胞上开始进行测试。他们私底下嘲笑这种方法,称其为对付HIV的星球大战。他们处理难搞的人类细胞,然后找到办法让干扰CCR5的方式更为完善。而后,他们将细胞注射到小鼠模型中。不过这不是随便一个小鼠模型:朱恩和他的团队选了一个人源化小鼠模型。
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1700648793 人源化小鼠是动物模型领域的最新趋势。在动物身上模拟疾病的问题是,其永远无法完全模仿人体内的病原体。人类疾病在小鼠身上的表现与在人类身上的不一样。以HIV来说,问题相当严重。小鼠不会感染HIV,因此我们转而使用猴子感染模型来替代。但即使是在我们的灵长类表亲身上,我们也遇到了问题。除了黑猩猩,猿猴类不会感染HIV,但由于它们在野外濒临绝种,黑猩猩已经不得再被用作动物模型。反之,我们用的猴子模型感染的是SIV,亦即猴免疫缺陷病毒。SIV是HIV的近亲,其行为与人类的相似,但绝非一模一样。SIV有超过40种病毒株,各自原生于不同的灵长类物种。尽管有多样的病毒株可供选择,但从基因上看,最常用于研究的SIV病毒株中只有50%与HIV的病毒株相符。
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1700648795 HIV和SIV之间最大的不同,可能在于大部分的SIV不会导致疾病。病毒在猴子体内繁殖,却没有太大影响,猴子依然可以正常生活。随着时间的推移,病毒和猴子的共生逐渐修正,进化替病毒与宿主之间稳定的休战状态铺平了道路。猴子可以如此,但人类不行,原因在于它们与SIV共存的时间比人类久,可能超过3.2万年。相较之下,HIV只有100年来适应我们,而SIV有的是时间来解决这些问题。
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1700648797 因此,大部分SIV模型并不太适合用来研究HIV。因此,研究人员开发了SIVmac,将一种从白颈白眉猴身上提取到的SIV,置入恒河猕猴体内。恒河猕猴是一种在野外不会自然感染SIV的猴子。因此它们还没有时间适应病毒,尤其是来自另外一种猴子的病毒。这就是为什么SIVmac行为更像HIV:它会致病,甚至致死。
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1700648799 所有进入临床试验阶段的HIV疫苗,都是通过SIVmac模型进行的。虽然导致疫苗失败的因素不计其数,但通往这些失败疫苗的道路都是铺在恒河猕猴身上的。尽管疫苗能让猴子幸免于感染SIV,但研究人员无法将之成功转换至人类身上。这两种病毒,还有猴子和我们之间,存在太多差异。
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1700648801 人类通常要7年到10年才会发展成AIDS。在SIVmac模型中,通常6个月内就会达到罹患AIDS的状态。这6个不安的月份,特征是极端高量的病毒,还有恶化的CD4+ T细胞。比较这两种病毒的病程,SIVmac只不过貌似HIV而已。
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1700648803 使用猴子模型产生的其他问题是费用(安置灵长类,以及对灵长类进行实验,需要大型且具有足够资金的猿猴中心),还有取得足够的猴子本身也是个全然不切实际的事情。在统计数据全然依赖研究规模的科学界,这是个难以化解的问题。即使如此,SIVmac仍是唯一的选择。它可能不是最好的,但它是唯一能测试HIV疗法的动物模型。
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1700648805 情况本是如此,但后来人源化小鼠模型出现了。小鼠一直是动物研究的宠儿,因为要取得大量小鼠很容易,而且维护它们也不贵。然而,小鼠的问题是,它们和人类并不太像。最常用于研究的小鼠品系称为B6,与人类的基因组有85%的相似度。相较之下,恒河猕猴的相似度是95%。差异不只存在基因中,也存在于那些基因的表达上,有许多并不相似,特别是在免疫系统方面。一项针对炎症性疾病的研究表明了这一点。在这项研究中,人类基因和鼠类基因的表达并不相符。这些差异产生了临床后果:利用小鼠测试研发出来的150种败血症药物中,没有一种在人体试验中有效。
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1700648807 要是有一种动物模型,能结合小鼠模型的简易和费用,还有猴子模型的临床相关性,那该有多好。既然自然界并不存在这种例子,研究人员只能自己制造:人源化小鼠模型于焉而生。简单来说,这个模型对小鼠的基因进行了改良,使它没有自己的免疫系统,然后为它植入人类的细胞和组织。因为小鼠没有免疫系统,它不能抗拒人类组织,反而会让人类细胞繁殖,在小鼠体内形成一个稳定的人类免疫系统。
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1700648809 该模型有时是用干细胞制成的。人类干细胞会找到小鼠的骨髓,并将自己安置在骨髓中。从这里,它们形成了人类免疫系统的所有细胞,在全身的血液、肾脏、肝脏、胸腺、肠道、淋巴结,甚至大脑中形成了复杂的组织网络。在某些小鼠身上,它们会创造出原本不存在的组织。例如,在某些没有胸腺的小鼠身上,干细胞可以自己形成该器官,一簇紧密的全新人体组织,不断地供应成熟的T细胞。
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