人類自身細(xì)胞的設(shè)計(jì)改造

人體由體細(xì)胞與生殖細(xì)胞共同組成。體細(xì)胞作為人體結(jié)構(gòu)和功能的基本單元，其數(shù)量達(dá)?40?萬(wàn)億—60?萬(wàn)億個(gè)，決定著人體的健康狀況。生殖細(xì)胞則影響著下一代的健康狀況。在體外細(xì)胞模型和動(dòng)物模型中，經(jīng)基因線路改造的人工細(xì)胞在單基因遺傳病、癌癥診斷、癌細(xì)胞識(shí)別、代謝性疾病（如痛風(fēng)、糖尿病和高血壓等）、感染性疾病治療和干預(yù)等方面已取得重大突破，為進(jìn)一步開展臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

人工細(xì)胞用于遺傳病的基因治療

醫(yī)學(xué)史上有一些改變疾病治療范式的大事件，比如外科手術(shù)的發(fā)明、抗生素的發(fā)現(xiàn)，而下一個(gè)大事件很可能是正在成熟的基因治療。2017?年，美國(guó)?FDA?首次批準(zhǔn)一種針對(duì)眼科遺傳病的療法?Luxturna。不久的將來(lái)，更多的基因治療方法將從實(shí)驗(yàn)室走向臨床，掀起一場(chǎng)新的醫(yī)學(xué)革命，以往無(wú)法治愈的遺傳疾病將從根源上得到緩解。

從原理上來(lái)說(shuō)，基于小分子藥物或蛋白的療法需要反復(fù)給藥（例如糖尿病患者需要反復(fù)注射胰島素），而如果可修復(fù)病人的錯(cuò)誤基因，那么單次治療就可產(chǎn)生持續(xù)的治療效果，達(dá)到控制甚至逆轉(zhuǎn)遺傳疾病的療效。基因治療有兩大先決條件：①需要有遞送新基因的載體，最有臨床前景的是逆轉(zhuǎn)錄病毒和腺相關(guān)病毒載體；②需要有編輯、修復(fù)錯(cuò)誤基因的手段，介導(dǎo)基因添加、基因刪除、基因校正，以及細(xì)胞內(nèi)其他高度靶向的基因組修飾，一般是采用三大基因編輯技術(shù)——鋅指核酸酶技術(shù)（ZFN）、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)子核酸酶技術(shù)（TALEN）和規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)技術(shù)（CRISPR）。

基因治療可以指針對(duì)體細(xì)胞所攜帶的單基因遺傳病，在體內(nèi)原位進(jìn)行的基因療法，也可以在體外改造血紅細(xì)胞并回輸人體內(nèi)的療法（亦稱細(xì)胞療法）。由于涉及人工細(xì)胞的設(shè)計(jì)改造以實(shí)現(xiàn)特定治療功能，因此屬于合成生物學(xué)范疇。基因治療在臨床治療中非常有潛力，是合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重大成果，許多不治之癥有望得到緩解，近期案例包括：

2017?年，Sangamo?公司開展了全球首例人體內(nèi)基因編輯治療。44?歲的?Brian Madeux?患有先天新陳代謝異常疾病亨特氏綜合征，被通過(guò)靜脈注射將數(shù)十億份矯正基因及精準(zhǔn)基因編輯工具注入患者體內(nèi)。研究人員表示治療效果很好，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的副作用或安全問(wèn)題。2018?年2月，Sangamo?公司被批準(zhǔn)實(shí)施第二位患者的體內(nèi)基因治療。

輝瑞公司在臨床實(shí)驗(yàn)中用鋅指轉(zhuǎn)錄因子（ZFP-TFs）來(lái)治療?C9ORF72?基因突變引起的肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ALS），也稱為漸凍人癥，以及另一種叫額顳葉大葉性變性（FTLD）的神經(jīng)變性疾病。

賽諾菲集團(tuán)旗下子公司?Bioverativ?從患者體內(nèi)收集造血干細(xì)胞（HSCs），然后利用?ZFN?技術(shù)在體外對(duì)調(diào)控?BCL11A?基因的紅細(xì)胞增強(qiáng)子進(jìn)行精確切割，促使?BCL11A?基因的表達(dá)下降。接受過(guò)基因編輯的?HSCs?會(huì)被重新注回患者體內(nèi)，它們可以繼續(xù)增殖并且分化為成熟的血紅細(xì)胞，從而緩解鐮狀細(xì)胞病患者的癥狀。這種自體細(xì)胞療法的優(yōu)勢(shì)在于不依靠病毒載體對(duì)基因進(jìn)行編輯，從而避免病毒載體可能帶來(lái)的副作用。

英國(guó)制藥公司?Shire?開發(fā)出了亨廷頓氏病基因療法。亨廷頓氏病是由單個(gè)基因htt?基因中的特定類型突變引起的。該療法通過(guò)鋅指蛋白特異性下調(diào)?htt?突變體基因，從而選擇性地抑制突變型亨廷頓蛋白（HTT）的表達(dá)，同時(shí)保持正常基因拷貝的表達(dá)水平不變，以期逆轉(zhuǎn)亨廷頓氏病的癥狀，阻止病情惡化。該療法目前正在臨床前研究階段。

除了治療目的，還有生物黑客正利用基因治療技術(shù)改造自身細(xì)胞，期望獲得增強(qiáng)的人體功能。例如，原?NASA?科學(xué)家?Josiah Zayner?采用?CRISPR?技術(shù)，在自己身體內(nèi)引入?Myostatin?基因突變，以增強(qiáng)肌肉生長(zhǎng)。還有生物黑客在自己視網(wǎng)膜引入視紫紅質(zhì)基因，試圖增強(qiáng)視力。