奥黛丽的父母第一次注意到有些不对劲时，她才六个月大。毫无征兆地，她的身体僵硬起来，她的眼睛在眼窝里翻了好几个小时。尽管去看了很多专家，但没有人知道是哪里出了问题。医生给她开了大量的癫痫药物，这让她镇静下来，但并没有阻止她翻白眼。最后，他们承认他们不知道如何帮助奥德丽和她的父母，并送了一些关于残疾人生活的小册子回家。
基因测试后来诊断奥黛丽患有芳香酰氨基酸脱羧酶(AADC)缺乏症，这是由单个基因突变引起的。这种极其罕见的疾病出现在婴儿时期，会降低AADC的活性，AADC是制造大脑信号化学物质多巴胺和血清素的关键酶。它会导致严重的发育和运动障碍，以及睡眠和情绪问题。大多数患有这种疾病的儿童无法说话、坐起来或支撑自己的体重。
经过多年的挫折，奥黛丽的父母让她参加了一项由加州大学旧金山分校和俄亥俄州立大学医学院神经外科教授Krystof Bankiewicz领导的临床试验。Bankiewicz和他的同事正在测试的基因疗法使用一种无害的病毒作为载体，引入负责制造AADC酶的完整版本的基因。7名儿童参与了试验。研究人员将病毒直接注射到每个孩子的大脑神经元附近，他们希望这些神经元能够开始产生AADC，然后产生多巴胺。
试验开始时，这些孩子的年龄从4岁到9岁不等(奥黛丽当时6岁)。结果是戏剧性的:手术后3个月，7个孩子中有6个不再有眼疾——这种独特的翻白眼现象是这种疾病的标志。第7个孩子最初也有所改善，但7个月后死于疾病本身的并发症，班克维奇说。术后一年，所有幸存的6名儿童都能正常控制头部，其中4名能独立坐着。一年半后，奥黛丽和另一个孩子可以用手支撑着走路，并学会使用他们以前无法控制的肌肉。到目前为止，这些孩子都没有出现严重的副作用。
如果没有几十年的研究和自愿接受实验治疗的患者(他们知道自己可能会冒着生命危险)来帮助推进基因治疗，像奥黛丽这样的结果是不可能出现的。严重的副作用，有些甚至是致命的，威胁到该领域在早期的发展，促使研究人员后退一步，重新考虑他们的方法。他们深信基因治疗的前景以及找到更安全、更精确的基因传递方法的潜力，因此坚持了下来。
从那时起，基因疗法取得了一些显著的成功[见"成功的故事”)。然而，控制副作用的探索远未结束。就像在任何医学科学的前沿领域一样，研究人员必须在增进有助于治愈毁灭性疾病的知识和谨慎地保护患者之间取得平衡。
首先不做伤害
1999年，杰西·盖尔辛格18岁，当时他参加了基因治疗的第一个临床试验。基因修复”)。盖尔辛格患有一种被称为鸟氨酸酰基转氨酶(OTC)缺乏症的遗传遗传病，这种病会导致血液中氨的毒性水平升高。如果不治疗，这种积聚会导致呕吐、嗜睡，严重时甚至会死亡。每5万名婴儿中就有1人患有这种疾病，是由基因突变引起的场外基因。这种疾病的标准治疗包括限制饮食和补充剂，称为替代途径疗法。Gelsinger当时正在接受治疗，病情轻微，但他偶尔会出现高氨血症，甚至一度陷入昏迷。
他参加的基因治疗试验使用了一种被称为腺病毒的感冒病毒，这种病毒被设计成可以传递一种有效版本的场外基因转移到他的肝细胞。Gelsinger是接受最高剂量的两名参与者之一。然而，在接受治疗的几天内，他的病情迅速恶化。他的身体产生了严重的炎症反应，导致器官衰竭，最终导致脑死亡。
几年后，几名接受基因疗法治疗严重免疫疾病的儿童患上了癌症。
研究资金枯竭，许多研究人员放弃了这一领域。但那些留下来的人在病毒载体的安全性和有效性方面开始有所改善。他们还开始探索一种名为CRISPR的基因编辑方法，这种方法可以实现更有针对性的治疗，但也带来了一系列新的风险。
格尔辛格去世后，基因治疗取得了长足的进展——奥黛丽就是活生生的例子。然而，研究人员仍然对副作用的幽灵保持警惕。“我们现在的情况完全不同了，”医生马克·巴特肖(Mark Batshaw)说，他在20多年前帮助领导了涉及盖尔辛格的试验，现在是国家儿童医院(Children’s National Hospital)的发育儿科医生。*“我们对向量了解得更多。我们知道更多与之相关的免疫。我认为有更多的关心。”
格尔辛格去世后，美国食品和药物管理局禁止詹姆斯·威尔逊(James Wilson)及其所在的宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究所在至少五年内进行人体试验。威尔逊的实验室开发了格尔辛格接受的治疗方法。FDA的一份通知指出，该公司多次蓄意违反了一种试验性药物的试验规程。该机构也暂停了威尔逊研究所的所有研究。
但这并不是基因治疗或威尔逊事业的终结。“支持该领域的热情急剧下降，”威尔逊说。尽管如此，“我们中的一些人仍在继续研究基因疗法，”他说。“我们从临床应用转向了基因传递的基础科学。”威尔逊和他的同事们回到实验室长凳上，想弄清楚盖尔辛格的死到底出了什么问题。他们最好的假设是，他之前接触过这种病毒，所以有抗腺病毒的抗体，这些以前感染的残余增强了他的免疫系统对腺病毒载体的反应。
威尔逊和其他研究人员认真研究了副作用的问题以及如何将副作用降到最低。因为病毒载体似乎是最大的风险，他们转向了腺相关病毒(aav)，这被证明是更安全的。今天，aav被用于多种疗法，包括一种被批准的治疗脊髓性肌萎缩症的药物。“我很高兴我们坚持了下来，”威尔逊说。
从失败中学习
与盖尔辛格试验几乎同时，法国和英国的科学家们正在研究一种治疗严重联合免疫缺陷综合征(SCID)的疗法，这种遗传疾病至少影响50,000名婴儿中的一名。这种病有时被称为“泡泡男孩病”，因为那些患有这种病的人，主要是男孩，出生时就没有免疫系统，必须生活在隔离、无菌的环境中才能避免生病。它可以通过从匹配的捐赠者那里移植骨髓来治愈，但只有大约四分之一的受影响儿童找到了匹配的骨髓。如果不进行治疗，患有SCID的儿童通常会在出生后的一年内死亡。
作为载体，研究人员转向了一组被称为γ转录病毒的病毒，因为他们相信它们能有效地将遗传物质传递给细胞。在两项临床试验中，他们瞄准了一种通过X染色体从母亲遗传给婴儿的SCID，称为SCID- x1。它是由编码一种名为IL2RG的蛋白质的基因错误引起的。在这两项试验中，患者自己的骨髓干细胞都被收集和分离。研究人员使用γ -逆转录病毒载体插入一个工作副本IL2RG基因注入细胞，然后再注入经过改造的细胞。最初的治疗似乎有些成功:接受治疗的10名儿童中的大多数开始产生功能性T细胞——免疫系统工作的重要组成部分。但在三到六年内，半数受试者患上白血病，其中一人死亡。据信，病毒载体激活了一种已知的致癌基因。美国食品和药物管理局停止了所有涉及旨在修饰骨髓干细胞的逆转录病毒载体的美国试验。
“我们的知识来自动物模型，”巴黎笛卡尔大学Necker医院的儿科医生和血液学家Marina Cavazzana说，她为法国的临床试验撰写了临床方案，并处理了患者随访。她说，问题在于动物模型无法预测人类的毒性。“我停止了临床试验，我们回到实验台上，试图解释这些副作用的原因。我们又回到了诊所，”她说。
波士顿儿童医院血液学和肿瘤学主任大卫·威廉姆斯(David Williams)参与了早期的SCID试验。“最后，”他在谈到SCID试验和Gelsinger的试验时说，“你必须在人类身上试验这些东西，才能完全了解它们的利弊。”
当威廉姆斯和他的同事们在十年后继续研究SCID时，他们创造了一种改良版的γ逆转录病毒，以避免激活致癌基因。然而，它仍然只促进了一种类型的免疫细胞的发展，接受者需要持续的静脉注射来维持生产。但近十年后，所有受试者都没有出现白血病或其他副作用的迹象。
这是另一个病毒载体，帮助推动SCID努力越过终点线。2016年，孟菲斯圣犹大儿童研究医院的骨髓移植专家Ewelina Mamcarz领导的一个团队，使用一种慢病毒(一种与HIV相关的病毒)作为载体，启动了SCID-X1的试验。研究人员在其中建立了一个“防火墙”，以防止可能导致白血病的基因组任何部分的激活。Mamcarz和她的同事还对患者进行了化疗预处理，为改良骨髓干细胞腾出空间。
Mamcarz的团队已经用这种基因疗法治疗了18个婴儿。到目前为止，在接受治疗约5年后，没有人患上白血病。Mamcarz说:“我们希望我们现在已经脱离了困境，但我们将继续密切监测患者。”“当我们开始(试验)时，我的焦虑程度要高得多，因为有太多的未知，”她说。“在对婴儿进行基因治疗多年后，我想我现在可以安心睡觉了，但我们从未休息过。”
对基因疗法副作用的担忧也一直是研究其他疾病的研究人员首先考虑的问题。镰状细胞病影响着每年出生的约30万名婴儿，在非洲人后裔中更为常见，长期以来一直是基因治疗的主要目标，因为它也是由单基因缺陷引起的。这种情况会导致红细胞呈镰刀状并聚集在一起，使它们无法有效地运输氧气。患有这种疾病的人会经历衰弱的疼痛危机、中风和其他问题，它可能是致命的。虽然有治疗方法，但唯一的治愈方法是有风险的骨髓或干细胞移植。
马萨诸塞州剑桥市的蓝鸟生物技术公司。该公司在2020年底报告了其镰状细胞基因疗法的临床试验结果。19名患者接受了一种慢病毒载体的治疗，该载体含有一种编码成人血红蛋白组成部分的有效基因版本，所有19名患者在6个月内都停止了严重的疼痛危机。但五年多后，另一个队列中的两名患者患上了一种罕见的血癌——急性髓系白血病。
FDA暂停了蓝鸟生物公司的临床研究，以及几项类似的试验，而该公司正在调查这些病例。蓝鸟生物公司自己的调查发现，白血病不太可能与基因治疗有关。蓝鸟生物首席医疗官里奇·科尔文(Rich Colvin)表示，在其中一个案例中，癌细胞中没有发现病毒载体，而在另一个案例中，病毒DNA存在，但没有整合到任何已知与白血病发展有关的基因中。2021年6月，FDA取消了对试验的控制，此后试验恢复。
蓝鸟生物公司也在测试一种基因疗法，用于治疗x -关联肾上腺脑白质营养不良症(ALD)患者。ALD是一种主要影响男孩的毁灭性疾病，只能给他们带来5到10年的预期寿命。在那次试验中，67名患者中有一名患上了骨髓增生异常综合征，这是一种可导致白血病的疾病，而这一次被发现与病毒载体有关。美国食品和药物管理局现在暂停了该试验。科尔文说，这种疗法的好处仍然大于ALD的风险，后者可能会被证明是致命的。但他知道这是一种微妙的平衡:“我认为，当你操纵人类基因组时，你必须保持谦逊。”
风险与收益
病毒载体，就其本质而言，可以将自己插入目标细胞基因组中不需要的部分。但新技术使对基因进行更精确的编辑成为可能。CRISPR技术已经被用于一些基因治疗。尽管在基因组的其他部分存在所谓的脱靶效应的潜在风险，但在早期临床试验中尚未观察到这些风险。
在马萨诸塞州剑桥市赞助的一项试验中。根据未发表的数据，美国的CRISPR Therapeutics公司和波士顿的Vertex制药公司涉及CRISPR基因治疗，两名镰状细胞病患者和20名相关疾病-地中海贫血患者的症状几乎完全改善。虽然还需要更长期的随访，但Vertex制药的首席科学官David Altshuler称这一结果是“医学和科学的里程碑”。
对于所有的新疗法，副作用的风险必须在被治疗疾病的背景下加以考虑。AADC缺乏这样的情况可能是致命的，奥德丽的母亲凯莉(Carrie)在为女儿报名参加加州大学旧金山分校的临床试验时就知道这一点。她很绝望，认为任何改善都会比现状好。
在让奥黛丽参加试验三年后，凯莉说她的女儿是一个“完全不同的孩子”。她不再翻白眼了。她正在学习用嘴吃食物和说一些话。多亏了她的说话设备——一个触摸板机器，它允许她激活计算机生成的口语短语——她可以交流。凯莉说，在接受治疗之前，她的女儿能听懂别人在说什么，但她无法表达自己的想法。“现在她可以真正说出自己的想法了，”嘉莉说。
奥黛丽仍然在一些事情上挣扎，包括平衡和语言能力。但她今天的生活与原本可能的样子相去甚远。Carrie说，从这个基因疗法的成功中，其他家庭可以找到希望。“如果我们不这么做，我们知道最终的结果，”她说。但“如果它能做点什么，哪怕只是一点点，它就已经是一场胜利了。”
本文是“创新:基因疗法，这是一篇独立编辑的特别报道，得到了来自辉瑞．
*编者注(10/20/21):这句话在发布后被编辑，以包括马克·巴特肖目前的隶属关系。
