前些日子,我去探望了一位高中同学。她刚过而立之年,事业小成,新婚燕尔,却被乳腺癌这个麻烦找上了门。虽然手术很成功,但是紧张和疑虑还是爬满了她的面庞。
毫无疑问,癌症已经成为当今人类健康头顶的一朵乌云。由于环境因素,工作压力等等因素的影响,加上人口预期寿命的延长,癌症已经成为人类疾病中的头号杀手。
与此同时,传统的治疗癌症的手段却不尽如人意,不管是放射性疗法,还是化学疗法,都存在“杀敌一千,自损八百”的弊端。虽然这些治疗手段可以有效解决很多早期癌症,延长患者的寿命。但是,在杀灭癌细胞的同时,大量的健康细胞也受到牵连。于是,癌症患者在治疗过程中,需要忍受各种药物副作用的袭扰,生活质量也会大大折扣。对于那些发现较晚的癌症,目前的治疗手段更是捉襟见肘。
还好,一项研究为我们提供了解决癌症问题的新思路,这就是 RNA 干扰(RNAi)技术。那么,什么是 RNAi 技术?这种治疗手段与以往的有何不同呢?
设计手册和生产图纸
要搞清楚 RNAi 技术,我们还需要从人体的遗传物质说起。大家现在比较熟悉的就是 DNA(脱氧核糖核酸)了,这是我们人体,乃至整个动物界和植物界所有生命体的设计蓝图。如果把我们的身体比作一个工厂的话,那么 DNA 就像是产品的设计手册,上面记载了所有蛋白质的设计和制造信息,我们把每一个蛋白质的信息都叫做“基因”。有了 DNA 这个设计手册,人体就可以生产出合适的蛋白质,保证能量代谢和物质代谢的正常进行(简单说,就是吃喝拉撒),维持生命的正常运转。
但是,人体不是个小作坊,而是有着数不清地流水线的大工厂。人体需要合成的蛋白质多达多达 10 万种以上,如果每次都把 DNA 这个设计手册搬到生产现场,不仅费时费力,而且还有磨损的可能。所以,解决的办法就是,给每条生产线单独的生产图纸。只要把这条流水线所要生产的零件描述清楚即可,而这种生产图纸正是信使 RNA(mRNA)。
在生产蛋白质之前,人体细胞会根据 DNA 信息,制造携带同样信息的 mRNA,这个过程叫做转录。与 DNA 的双螺旋结构不同,合成的这些 mRNA,就像单独的一根鞋带。并且,与 DNA 的大而全不同,mRNA 显得短小精悍,职有专司。
图纸出问题怎么办
在通常情况,我们的身体工厂都会依靠 DNA 这个设计手册,RNA 这个生产图纸去制造合适的蛋白质。但是,我们的 DNA 并非是总能精确地指导生产,并且它们本身也会出现问题。比如在强烈紫外线的照射下,组成 DNA 的核苷酸会缺失,于是错误的 DNA,转录成了错误的 RNA,错误的 RNA 又变成了错误的蛋白质,最终让细胞丧失了正常的功能。
细胞丧失了原有的功能,远不止自行死亡那么简单。其中,有些细胞变成了好吃懒做的吸血鬼,增殖成了它们唯一要做的事情。它们会同正常细胞抢夺营养,抢夺氧气,甚至会把正常细胞挤出正常的位置。对!这些破坏性的变异细胞就是癌细胞。
可能有人会说,既然癌细胞的产生,是因为他们的设计图出现了问题,那么把这些设计图修好不就行了。不光是癌细胞,所有的因为基因缺陷引起的疾病,理论上都可以用这种方法治愈。
实际上,早在 20 世纪 70 年代,美国科学家 Frienmann 和 Roblin 就提出了基因治疗的概念。
最初,科学家想法是,把正常的基因植入异常的细胞中,这样就可以解决疾病的问题了。从 20 世纪 80 年代末期开始在,这项工作就一直在进行,并且确实产生一些成功的案例。比如,1990 年,美国国立卫生研究所(NIH)临床中心利用转基因技术,将责合成腺苷脱氢酶(ADA)的正常基因导入了一名 4 岁女孩的白细胞,最终,成功治愈了的疾病。
但是,直接修改 DNA 这个方法并没有我们想象的那么完美。由于,例如病毒插入基因片段的位置是随机的,所以,很可能会干扰正常基因的活动。在 2002 年,这种担心成为事实,在法国的一项临床试验中,有 4 名患者由于一个基因被意外激活,患上了T细胞性白血病。另外,还有患者可能因为对“运输”外来 DNA 的腺病毒产生严重过敏反应,诱发死亡。
于是,基因治疗几乎陷入了僵局。
新的道路,从生产图纸下手
值得庆幸庆幸的是,我们还有备选方案。在文章开头,我们就提到,实际指导合成工作的还是 mRNA,所以只要抑制了错误 mRNA 的活动,一样可以起到治疗的效果。特别是,对治疗癌症而言,这样的定向打击显得更为重要,也就更具有优势。这种方法正是 RNA 干扰技术(RNAi)。
在正常情况下,指挥蛋白质合成 mRNA 是一根单链。科学家发现一个有趣的现象,如果添加一根可以与目标 mRNA 互补结合的 RNA 链的话,两者结合形成 RNA 双链就会被细胞内的蛋白质裁剪,最终降解掉。我们可以简单想象一下,mRNA 就像是一条单独的拉链,上面的编码遗传信息的碱基就像是拉链的齿。当一条 mRNA 独自存在的时候,并不会引起细胞中那些清洁工(主要是一些酶)的注意。但是,一旦有配对的 RNA 出现,它们就有可能像被拉拉索一样被拉紧起来。于是,这样拉在一起的拉锁就会被细胞清洁工识别为异常的垃圾,切成小段,送出细胞。
结果就是,适当地加入这些外源 RNA 就可以“关闭”基因,或者说让它们一直“沉默”下去了。虽然那些基因坏 DNA 仍然完整地存在于细胞之中,但是它们再也不能兴风作浪了。这就是 RNAi,一项划时代的技术。
再后来,科学家发现,如果直接放入与目标 mRNA 序列相同的,已经“拉好拉锁”的双链 RNA,可以更高效地降解目标 mRNA。更有意思的是,这些输入的双链 RNA 在被裁切之后,又会重新进行合成完整的双链 RNA,之后再去摧毁更多的 mRNA。这样一来,坏基因就被很好地控制了。
本次公布的药物 ALN-VSP 中就含有人工合成的双链 RNA,它与肝脏肿瘤用于编码两种蛋白质的信使 RNA 相匹配,那两种蛋白质分别是促进肿瘤血管生长的血管内皮生长因子(VEGF)和加速肿瘤细胞快速分裂的纺锤体驱动蛋白(KSP)。 这些未来的 RNA 和任何与之匹配的、与肿瘤生长相关的 mRNA,阻止蛋白质的继续产生,从而使肿瘤停止生长。
沉默的机会和风险
RNAi 技术的出现和发展,为我们对抗癌症提供了有力的武器。就目前来看,RNAi 技术至少有几个好处,首先,这种治疗有很强的针对性,在杀灭癌细胞的同时,很少会误伤正常细胞;其次,经过改造的外源 RNA 可以携带指示剂或者药物,一方面可以在早期诊断中发挥作用,另一方面,可以更加猛烈快速地消灭癌细胞。
目前,相关药物的研究已经进行的如火如荼,有些已经进入了二期临床试验。比如,Santaris 生物制药公司研制的,针对慢性粒细胞白血病的 SPC2996,杜克大学研究的,针对转移黑色素瘤的 NCT00672542 等等,这些药物均被寄予厚望。
不过,RNAi 技术并非尽善尽美的,它不可避免地存在自己的局限性。比如,外来的 RNA 对机体来说仍然是异物,因此会引起免疫反应。如果免疫反应严重的话,同样会影响患者的正常生活。同时,引入的外来 RNA 也会有“眼花”的时候,它们可能找错了配对对象,从而使正常的 RNA 被降解,影响了细胞的正常生理功能。
不管怎么样,RNAi 药物的出现,以及临床试验的突破,对于急需对抗癌症的我们来说都是好消息。只是,我们对生命机理的了解仍然太少。如何避免风险,取得更好的疗效,还有很多工作等待我们去做。