醫學

基因治療走出寂靜

基因療法經過無數次挫敗後,科學家應用基因療法治療失聽終於有了進展。

撰文/馬隆(Dina Fine Maron)
翻譯/鄧子衿

醫學

基因治療走出寂靜

基因療法經過無數次挫敗後,科學家應用基因療法治療失聽終於有了進展。

撰文/馬隆(Dina Fine Maron)
翻譯/鄧子衿


重點提要
■失聽是最常見的一種先天缺陷,大部份是基因缺陷所致。基因療法這種有著曲折歷史的實驗性療法,將是重要的治療之道。
■最近基因療法的安全性和有效性提升了,也獲得美國食品及藥物管理局(FDA)的准許應用於治療幾種人類疾病,現在科學家正把基因療法應用領域擴展到失聽。
■科學家把攜帶基因的病毒注射到小鼠體內,失聽小鼠慢慢聽得到了,這項結果為失聽者帶來希望。


柯德曼(Hannah Corderman)想填補她生活中的空白,可是空白卻逐漸擴大。她無法聽清楚別人說的話,得經由觀察交談的人,尋找適合點頭或微笑的時機。就算最近醫生把她的助聽器音量調大,她也越來越難聽到個別字詞。她說:「在跟別人說話時,很多字句的片段都聽不到了,但是我盡力去聽。」聽清楚別人說話變得越來越費力。柯德曼罹患的是遺傳疾病「尤塞氏綜合症」(Usher syndrome),這疾病會慢慢剝奪她的兩種主要感官︰視覺與聽覺。基因突變使內耳細胞和視網膜細胞中偵測聲音和光的蛋白質越來越少,柯德曼除了聽力流失,視力也越來越差。她10幾歲時便無法在夜間開車,這幾年情況更糟。現在她才24歲,由於視野中出現了一些盲點,連在白天也不容易看得清楚。目前沒有任何療法能夠治癒這種疾病,她很清楚自己在10年內便會失去聽覺與視覺,如果病情惡化得慢,可能是在20年內。


柯德曼童年時只有聽力出問題。中學某個夏天,她在美國麻州尼德罕的家中眺望夜空,星星似乎一顆顆消失了,她以為可能是被雲遮住了。不過狀況持續惡化,最後醫生診斷出她罹患尤塞氏綜合症2A型,並告訴她,接下來許多年,耳聾目盲的狀況會越來越明顯。我採訪她時,她說當時已平靜接受了這個噩耗。她說了解這個狀況後,決定還是要好好過日子。從確診到現在已經七年,柯德曼完成了大學學業,在自家經營的建設公司從事行銷工作。她說她不會受限於這個疾病,會盡力對抗。醫生能做的事情很少。柯德曼將來會植入人工電子耳(cochlear implant),這種儀器繞過毛細胞,直接刺激聽覺神經,讓她產生一些聽覺。但這儀器不夠靈敏,只是堪用而已。而視網膜晶片(retinal implant)能模擬感受光的視網膜細胞,但很少人使用,因為產生的視覺和真實視覺差太多了。


柯德曼不常看學術期刊,但是她知道在離家不遠的波士頓,有幾百隻年輕小鼠養在實驗室裡。科學家刻意培育出與她有相同聽覺問題的小鼠,而現在牠們的狀況好轉了。生物學家利用基因療法把正常DNA送到小鼠體內,取代製造缺陷蛋白質的DNA片段。2017年,波士頓兒童醫院的生物學家吉雷克(Gwenaelle Geleoc)和同事報告,他們成功把DNA送到小鼠內耳,「前所未有的復原」讓小鼠的聽覺恢復到將近正常的水準。大約同時,哈佛醫學院另一個團隊也報告,他們用類似的遺傳技術,讓患有另一種遺傳疾病的小鼠恢復了部份聽覺。波士頓還有第三個團隊最近使用了基因剪輯技術,剔除了「貝多芬小鼠」的損壞基因,這種小鼠和德國古典作曲家貝多芬(Ludwig van Beethoven)一樣,有聽力逐漸喪失的症狀。遺傳性失聽是美國最常見的一種先天缺陷,這些進展帶來了一線希望,讓我們能夠治療這些疾病,甚至阻止源頭。


從病毒開始做起


基因療法的發展過程備極艱辛,經歷了高峰與低谷。1999年發生了一樁惡名昭彰的事件:18歲的肝病患者基爾辛格(Jesse Gelsinger)在基因療法的早期試驗中過世了。當時這項試驗由賓州大學的研究人員進行,他們利用病毒把基因送入基爾辛格體內,但病毒數量和種類刺激了基爾辛格的免疫系統,陷入瘋狂狀態的免疫系統攻擊體內器官。這個悲劇澆熄了大眾對於基因療法的熱情、遏止了資金來源,也讓許多科學家裹足不前。


但有些科學家繼續默默嘗試這項技術,最初在細胞和動物模式上測試,希望能夠發展出治療複雜疾病的方式,這些疾病包括骨關節炎(osteoarthritis)、癌症以及第一型糖尿病。為了安全起見,他們減少了攜帶基因的病毒數量,使免疫系統不致過度反應;他們也不再使用當年應用在基爾辛格身上的腺病毒(adenoviruse)。在這些試驗中,另一種病毒表現得特別好,是腺相關病毒(adeno-associated virus, AAV),它能夠攜帶基因卻不會刺激人類免疫系統或傷害人體細胞。有時候,科學家也會先把這些病毒包裹在細胞中才進行注射。美國基因與細胞療法協會會長、國家衛生研究院(NIH)的研究員鄧巴(Cynthia E. Dunbar)說,現在這個領域的研究重點變成「找到匹配疾病與目標細胞的病毒,以及了解病毒劑量多寡和在身體中的分佈。」


這些改善工作終於有了回報。美國食品及藥物管理局(FDA)最近核准了一波人體基因療法,意味著基因療法的時代可能來臨了。2017年8月,FDA放行了CAR-T療法Kymriah,這種療法可以治療某一種兒童白血病,其中應用了病毒來運送基因。同年12月,FDA核可了第一種基因療法,這種療法可治療一種罕見的遺傳性失明。鄧巴說,現在許多藥廠和創投家把大量資金投入基因療法領域。美國基因與細胞療法協會2018年年會約有3400人參加,五年前只有1200人。


現在這股熱潮延伸到失聽領域,這種疾病通常是遺傳所致。雖然一般人認為失聽的原因是年老或意外事件,但失聽其實是美國最常發生的一種先天缺陷,美國每1000名新生兒約有三名患有聽力缺陷,其中一半以上是遺傳所致,包括尤塞氏綜合症這類疾病。尤塞氏綜合症受到矚目,原因在於患者只有一個基因發生了突變,修復了這個基因就等於治好了疾病。有些案例疾病惡化是漸進的,如同柯德曼,在確診後還有一段時間能阻止遺傳造成的傷害。柯德曼和其他尤塞氏綜合症患者的缺陷基因,會使內耳中傳遞外界聲波到腦部的毛細胞退化。哈佛醫學院的科學家科瑞(David Corey)說,這些毛細胞像是「耳朵的汽車火星塞,若缺損就無法產生聽覺。」


採用高科技的助聽器只是治標,基因療法才是根治疾病的方式。並未參與上述工作的加州大學聖地牙哥分校小兒科教授佛里特曼(Theodore Friedmann),是該校基因療法研究聯盟的主持人,他表示最近「基因療法有顯著的進展,應用於失聽領域的初步研究頗具希望。」小鼠當然不是人類,但佛里特曼說,失聽的基因療法研究首度開啟由遺傳方式治療失聽的大門。


治療聽覺毛細胞


2017年某個早晨,我在哈佛醫學院的一間實驗室中,看到科瑞的博士後研究員高吉(Bence Gyorgy)彎著腰走出門外,手上拿著一些毛細胞有缺陷的小鼠。這些小鼠已經麻醉了,高吉在小鼠耳後切一道細小的傷口,推開像紙那麼薄的組織,露出中耳通往內耳的門戶圓窗膜(round window membrane)。高吉把細細的針頭插入圓窗膜,慢慢注入粉紅色液體,液體中約有2000億顆AAV顆粒,每顆都攜帶了導致小鼠失聽的致病基因的修正版本。利用AAV運送寶貴藥物,提高了基因進入內耳目標細胞的機率,這些經遺傳工程改造、已去除毒性的病毒依然擅長感染細胞。


研究人員已知不能任意採用AAV。許多種AAV都能把DNA運送至內毛細胞,這些毛細胞負責把訊息傳遞到神經元。但是這些病毒難以感染外毛細胞,聲波一開始要靠這些毛細胞放大。科瑞對於毛細胞的功能進行了一些重要研究,他說為了讓聽力完全恢復,載送基因的病毒必須能夠感染內耳中的內毛與外毛兩種毛細胞。......