摘要：近年来, 分子生物学技术逐渐应用于医学研究、疾病诊断及治疗, 但与之相关的问题也越来越多地显现出来。由于目前人类认知水平的局限, 尚不能对分子生物学技术尤其是基因调控及改造技术的应用给人类带来的严重后果做出准确的评估。本文对分子生物学技术在医学中的应用及潜在风险进行分析, 认为应该对分子生物学技术进行有限制、有程度的研究及开发。
关键词：分子生物学技术; 基因诊断; DNA重组;
Application of molecular biological technology in medicine and its potential risks
PEI Yinhui LI Lin
School of Basic Medicine, North China University of Science and Technology
Abstract：
In recent years, molecular biological technology has been gradually applied in medical research and disease diagnosis and treatment, but meanwhile, more and more problems related to it have appeared as time goes by. For the limited knowledge at present, we could not make exact assessments on the severe results caused by the application of molecular biological technology, especially gene regulation and reconstruction. This article analyzed the application of molecular biological technology in medicine and its potential risks. It was recommended that the research and application of molecular biological technology should be limited to some extent.
Keyword：
molecular biological technology; gene diagnosis; DNA recombination;
1953年, 詹姆斯·沃森与弗朗西斯·克里克发现了DNA双螺旋结构, 揭开了人类遗传的奥秘。此后, 进一步的研究表明:以DNA为模板, 经过转录合成信使RNA, 然后在tRNA的作用下, 氨基酸依照mRNA中的序列合成肽链, 最终形成大分子蛋白质, 蛋白质在适宜的环境下发挥其生物学功能。自上世纪50年代开始直到80年代, 经历了短短30年的时间, 人们已经对由遗传物质到蛋白质一系列的发生过程、调控机制等进行了深入细致的研究。自上世纪90年代后, 科学家通过对生物基因组学、蛋白质组学的系列研究, 已开始详细绘制非细胞型微生物病毒直至高等动物——人类的基因图谱。此后, 每当一种新的引起人类感染的病原体被发现, 研究人员即可迅速利用分子生物学手段绘制其基因谱[1]。在此基础上, 一系列与功能及致病相继的基因相续被发现, 研究人员利用分子生物学手段开始在疾病的发生机制、预防、诊断和治疗方面进行了大胆的尝试[2]。但在应用过程中出现了较多问题, 不得不引起我们对分子生物学技术在医学中的应用进行认真思考。
1 分子生物学技术在医学中的应用逐步深入
通过对疾病分子生物学发生机制的研究, 人们发现了与基因表达异常有关的多种疾病的发生机制, 并尝试利用基因干预手段, 如基因敲除、基因打靶等技术改造疾病相关基因[3]。在疾病的治疗领域, 人们通过不断的深入研究, 目前已取得了大量成果[4]。如在基因工程抗体的研究中, 人们从最初的嵌合抗体 (只对鼠源抗体的Fc段基因进行改造, 置换为人源性基因片段) , 到改型抗体 (仅保留鼠源抗体基因CDR1、CDR2、CDR3区域, 其他片段包括Fc段及FR基因为人源性) , 然后开展噬菌体抗体库技术及核酸展示技术 (无需免疫动物, 自人淋巴细胞基因文库中筛选多种特异性抗体) [5]。近年来, 随着人们对载体研究的发展, 由最初的只能插入数十、数百kb的DNA片段载体如质粒、粘粒等[6], 逐渐发展为功能更为强大、能够加载数千kb甚至数万kb的载体, 如近年来发展的酵母菌人工染色体载体, 在理论上可以加载的目的DNA片段甚至无上限[7]。这些技术的应用, 为疾病发生机制研究、疾病预防、诊断及治疗提供了崭新的思路。
2 分子生物学技术在医学应用中的问题
分子生物学技术的发展为人类从分子水平预防、诊断及治疗疾病展现了一个美好的前景。研究人员为之一振, 迅速投入了大量的人力、物力, 开展了大量的基础研究工作。但在实际应用过程中, 效果并未如人们所期待的那样使难题迎刃而解, 而是新的问题不断出现。
首先在运用分子生物学手段对疾病进行诊断的过程中, 相比传统的诊断方法, 尽管其诊断敏感性得到极大提高, 但其诊断特异性的降低限制了其在临床中的应用。此外, 高昂的试剂及仪器成本, 耗时较多的实验步骤使临床一线人员很难为其喝彩[8]。如在上世纪90年代初, 人们应用当时较为先进的PCR技术作为很多病原体如淋病奈瑟氏菌、结核分枝杆菌的诊断手段。在实际操作过程中, PCR诊断被过度使用于疾病诊断, 扩增产物污染普遍, 导致假阳性比率较高。因此, 上世纪90年代, 当时的卫生部叫停了这项分子生物学技术的应用。此后, 利用基因测序预测某一个体罹患癌症、遗传性疾病等的非规范手段被广为宣传, 甚至开始了临床应用[9]。人们在欣喜的同时, 对其结果也产生了莫名的担忧。2014年2月14日国家食品药品监督管理总局和国家卫计委联合发布通知, 全面叫停基因测序作为诊断技术在人群中的应用, 要求在相关准入标准、管理规范出台前, 任何医疗机构不得开展基因测序的临床应用, 已经开展的应立刻停止。
其次, 分子生物学技术在疾病干预治疗研究中困难重重。研究人员在利用基因工程抗体进行靶向治疗的研究中, 运用分子生物学手段改造的基因工程抗体尽管人源化程度增大, 由此引起人体中产生人抗鼠抗体 (human anti-mouse antibody, HAMA) 的几率大大降低, 但由于在鼠源化抗体的基因改造过程中, 异源基因的大比率增加, 其直接后果是基因表达产物改型抗体亲和力大大降低, 捕获并结合抗原决定簇的能力也随之降低, 失去其应用价值[10]。
3 对分子生物学技术在医学中应用的担忧
鉴于分子生物学手段在疾病研究及防治过程中出现的问题, 迫使我们对其应用进行深入思考。
3.1 目前对分子生物学理论认知的局限性
由于人类认知水平的有限性, 无法对分子生物学技术在疾病治疗中所带来的严重甚至灾难性后果进行正确评估。人们在进行分子生物学水平操作的过程中遇到了一个又一个难题, 科研人员解决了一个既有问题后, 新的问题接踵而至。人们在研究过程中借助的主要依据是DNA→mRNA→蛋白质这一生物遗传规律, 所有实验设计的原理均源于此。但由于人类认知水平有限, 是否有其他形式的生物大分子编码合成模式我们不得而知[11]。但近年来发现的一些生物现象按照这样的模式显然无法解释, 如人们在对病毒的研究中发现一类称为阮病毒的微生物, 至今仍未检测到该病毒的基因, 其内部由蛋白质构成, 故又称之为蛋白质浸染子[12]。按照上述的遗传模式, 其结构中的蛋白质从何而来?是如何启动其合成途径的?因此, 生物是否存在其他途径的大分子物质的合成过程及编码机制?限于目前的认知水平, 人们无从解释。这正如近年来人们对转基因食品引发的安全问题担忧一样:如果按照目前的认知水平, 转基因食品中的遗传物质及生物合成的大分子被人们食用消化后, 最终摄入人体并被吸收并不是完整的基因及大分子物质, 而是被分解以后的小分子物质, 然后在人体细胞内被加以利用, 重新按照人类的DNA编码程序合成人体所需的大分子物质[13]。果真如此, 人类为何对此恐慌?转基因食品的安全问题为何又总是争论不断?归根结底, 是由于人们的认知水平有限, 也许存在尚未被人们发现的其他生物合成途径。
3.2 对分子生物学技术进行有限制的开发
尊重生命的奥秘, 限制对其过度的开发利用。自从人类社会产生, 人们对生命奥秘的探索从未停止。封建社会人们利用迷信解释一些生命现象, 直至今天人们在分子生物学水平探索生命的奥秘, 并试图在分子生物学水平进行干扰。在研究过程中, 人们取得了一系列有重大价值的成果, 解决了与人类健康有关的重大问题, 在保障健康、提高生活质量方面取得了积极意义。但分子生物学手段的应用同其他事物一样, 它是一把双刃剑。一旦利用这把利刃打开了生命奥秘的潘多拉盒子, 不可预知的灾难也许会在不久的将来发生, 可能会给人们带来灾难性后果。人类在同自然界作斗争的过程中, 优胜劣汰, 利于人们生存的基因逐渐在人群中稳定地遗传下来, 而那些不利于生存的基因逐渐被淘汰。而一旦人们开始了基因水平的操作, 将改变这一自然选择的结果, 从而导致不可预测的结果发生。如果任由这种研究恣意进行下去, 也许若干年后在科幻电影中出现的怪物就会出现在人们面前, 给人们带来可怕的后果。如在对人类MHC基因研究过程中发现, 一条单倍体中MHC基因座位共有224个, 共有碱基对3 600 kb, 其在某一个体中的组合方式存在连锁不平衡现象[14]。某些基因组合在人群中出现的频率远远超过平均水平, 而某些基因组合在人群中已经不存在, 通过对这些基因的研究发现, 凡是在人群中出现频率高的MHC组合其表达的HLA分子提呈细菌、病毒等抗原性物质的能力很强, 借助于这一过程, 抗原特异性B淋巴细胞或T淋巴细胞被激活, 进一步通过分泌特异性抗体或活化特异性T淋巴细胞, 依赖ADCC、调理吞噬、Fas蛋白及FsaL途径完成异物清除过程[15]。凡是在人群中消失的MHC组合, 其抗原提呈能力非常低, 不利于人们对感染的清除, 携带此基因组合的个体往往由于严重感染而死亡, 这样的基因在群体中逐渐消失[16]。这种现象是优胜劣汰的结果, 是人类在长期进化过程中形成的。近年来, 随着分子生物学手段的应用, 人们似乎已经开始无所顾忌, 试图利用分子生物学手段在基因水平上进行操作, 通过基因扩增或cDNA文库技术, 分离目的DNA片段, 然后使之与适当载体结合, 通过酶切手段打开宿主细胞DNA链, 利用DNA连接酶将目的基因导入宿主细胞, 这样的研究逐渐由最初的应用于生物制药获得高产量细胞因子、特异蛋白等逐渐开始尝试导入大的基因片段, 以实现对物种的改造。基因敲除疾病相关基因, 导入外源功能性基因。这些相关的研究已经在实验动物中开展起来, 如果我们在今后不加限制, 任其深入进行下去, 首先可能会引起物种退化, 利用分子生物学手段导入的外源基因会对我们人体高度和谐的基因组合构成威胁;其次可能带来物种的变异, 甚至向着我们不希望看到的方向变异[17]。尽管基因插入过程中人们利用先进的手段使其定位插入某一位置, 但面对着如此庞大及高度螺旋化的DNA链, 并不是所有的外源基因都能如我们所期望那样实现精确定位, 如果插入到其他位置, 并且能够进行功能表达, 这就会给我们带来灾难性后果。
4 结语
人们在应用分子生物学手段为人类服务的过程中, 应尊重自然规律, 不要试图打开生命的所有奥秘 (这或许永远也不可能) 。在研究过程中, 对生命的奥秘怀着敬畏之心, 进行有限制、有程度的开发及研究, 否则正如人们对自然资源的过度开发导致的自然环境灾难事件一样, 这种恶果可能会再次降临在人类自身, 导致不可预知的灾难性后果。
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