合成生物学的医学应用研究进展

人工病毒/噬菌体的诊疗应用

病毒是最简单的生命体，对病毒的基因改造非常有助于我们对特定基因的认识和利用。新兴的合成生物学为研究病毒及开发诊疗策略提供了新的思路和手段。

人工病毒用于减毒疫苗构建

北京大学团队通过合成生物学方法构建减毒活疫苗的策略被称为“合成减毒病毒工程技术”。研究人员利用琥珀密码子（终止密码子）可以识别非天然氨基酸的原理，将病毒复制基因的部分编码密码子突变成终止密码子，使其在感染人体细胞后，不能进行完整的蛋白质翻译，从而获得了活病毒疫苗。所获得的病毒疫苗具有安全性和有效性。进一步突变 3 个以上三联密码子，使病毒由预防性疫苗变为治疗病毒感染的药物，且其药效随着三联密码子数目的增加而增强。这一发现颠覆了病毒疫苗研发的理念，成为活病毒疫苗的重大突破。与依赖于少数的几个氨基酸突变所获得的传统减毒活病毒相比较，合成减毒病毒的减毒效果来源于多达几百处的密码子变化所产生的累积效应，因此几乎不可能回复突变到野生型病毒，其安全性大大提高；同时，获得减毒病毒株所需时间短，极大地缩短了疫苗的研发周期。中国科学院武汉病毒研究所团队成功利用该技术研制出新型的寨卡病毒（ZIKV）弱毒疫苗，单次免疫后就可以刺激小鼠产生高滴度中和抗体，获得完全的攻毒保护，并且可以阻止 ZIKV 通过母体垂直传播给子代。由于其基因组中引入了 2 568 个同义突变，回复突变的风险极低。

人工病毒用于肿瘤治疗

人工改造的溶瘤病毒可以通过选择性肿瘤细胞杀伤和抗肿瘤免疫的双重杀瘤机制，选择性地复制和杀死癌细胞而不伤害健康组织。其原理在于，肿瘤驱动突变往往特异性地增加肿瘤细胞中病毒复制的选择性，且许多肿瘤细胞具有抗病毒 I 型干扰素信号传导的缺陷，因此支持选择性病毒复制。肿瘤微环境中的病毒复制，可以克服肿瘤的免疫抑制，并促进抗肿瘤免疫。例如，北京奥源和力生物技术有限公司研发的重组人 GM-CSF 单纯疱疹病毒注射液（OrienX010），其基因组中删除了 HSV-1的致病基因，并插入了编码人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）的DNA 片段，使产品只特异性在肿瘤细胞中复制，导致肿瘤细胞裂解死亡，同时释放肿瘤抗原，并通过载体表达的 GM-CSF 蛋白激活全身抗肿瘤抗原的特异性免疫反应。OrienX010 已进入了国家优先审评药品目录，最快有望于 2019 年批准上市，用于瘤内注射治疗恶性黑色素瘤。目前已上市的溶瘤病毒产品有上海三维生物技术公司的安科瑞（腺病毒）用于头颈瘤治疗、美国安进公司的 T-VEC（单纯疱疹病毒）用于黑色素瘤治疗等。目前，我国已进入临床试验阶段的还有中山大学团队的甲病毒 M1，可用于 13 种高发肿瘤的疗效及安全性评估；北京市神经外科研究所的溶瘤病毒 ON-01，可用于复发脑胶质瘤的治疗评估等。

人工噬菌体用于耐药菌治疗

Sample6 Technologies 公司利用合成生物学技术改造噬菌体，可使噬菌体直接识别并杀死细菌，或产生特定酶来破坏细菌保护膜，从而使细菌被抗生素或机体免疫系统杀灭。

上海噬菌体与耐药研究所 2018 年 8 月成功治愈了一例超级细菌感染患者。患者是一位膀胱肿瘤术后复杂性、反复性尿路感染者，2014 年因全尿路内滋生了多重耐药的肺炎克雷伯菌（以下简称“肺克”），肺克在左、右肾盂和膀胱中分别建立了感染，3 处的肺克有联系又有差异，治疗难度很大。治疗团队最终确定了治疗方案：肾盂造瘘后通过造瘘管进行噬菌体冲洗合并抗生素静滴治疗 1 周，而后停抗生素并继续噬菌体治疗 1 周，最后全部停药并连续观察 1 个月。最终，患者泌尿系统的肺克被彻底杀灭，尿路刺激症状显著改善，生活质量得到了明显提高。