- 《基因傳+癌癥傳》普利策獎穆克吉作品
- (美)悉達多·穆克吉
- 13243字
- 2019-01-04 03:30:19
第四章
“克隆或死亡”
如果你知道問題所在,那么就已經理解了一半。
——赫伯特·博耶
先進技術與神奇魔法有異曲同工之妙。
——阿瑟·C.克拉克(Arthur C. Clarke)
在阿西洛馬會議中,斯坦利·科恩與赫伯·博耶不僅是受邀嘉賓,他們還共同參與討論了重組DNA的未來。但是他們二位對這場會議大失所望。博耶無法忍受與會者彼此傾軋與人身攻擊,他將那些科學家稱為“自私”小人,而整個會議簡直就是場“噩夢”。科恩干脆拒絕在阿西洛馬協議書上簽字(不過作為美國國立衛生研究院項目的受資助者,他最終還是被迫對此表示認可)。
科恩與博耶返回自己的實驗室后,隨即開始研究在阿西洛馬會議中被遺漏的問題。1974年5月,科恩的實驗室發布了“青蛙王子”實驗,也就是將青蛙基因轉移至細菌細胞。當某位同事問及如何鑒定表達青蛙基因的細菌時,科恩開玩笑地說道,他可以通過親吻來檢驗哪些細菌能夠變成王子。
起初該實驗只是一種學術行為,只能吸引生物化學家的注意。[生物學家喬舒亞·萊德伯格(Joshua Lederberg)既是諾貝爾獎獲得者,也是科恩在斯坦福大學的同事。作為當時幾位頗有預見性的科學家之一,萊德伯格曾經寫道,該實驗“可能徹底改變制藥工業生產生物制劑的方法,例如胰島素與抗生素等”。]隨著時間推移,媒體也逐漸意識到了這項研究的潛在影響。同年5月,《舊金山紀事報》登載了一篇關于科恩的文章,其主要內容是轉基因細菌在未來的應用,它們可能成為生產藥品或化學制劑的生物“工廠”。很快《新聞周刊》與《紐約時報》就刊登了基因克隆技術的相關文章。而科恩也旋即經歷了冰與火的洗禮。他曾經花了一下午時間向報社記者深入淺出地講解重組DNA與細菌基因轉移的原理,結果他第二天清早醒來后看到的卻是個聳人聽聞的頭條:“人造病菌即將毀滅地球。”
供職于斯坦福大學專利辦公室的尼爾斯·賴默斯(Niels Reimers)曾是一位精明能干的工程師。賴默斯通過新聞媒體獲知了科恩與博耶的工作,他對于其中蘊含的巨大潛力非常著迷。與其說賴默斯是位從事專利工作的職員,倒不如說他是一名人才發掘者。賴默斯為人積極主動,從不坐等發明者送上門來,他會通過檢索文獻獲得可能的專利知識。賴默斯主動與博耶和科恩溝通,敦促他們申報基因克隆工作的聯合專利[而斯坦福大學與UCSF(加利福尼亞大學舊金山分校)作為他們兩人所在的研究機構也將獲得部分專利權]。科恩與博耶對此感到非常意外。他們在悶頭做實驗的時候根本沒有想過重組DNA技術還可以用來“申請專利”,更不用說該技術在未來可能存在的商業價值了。1974年冬季,盡管這兩位科學家還有點將信將疑,但是他們還是愿意聽從賴默斯的建議,提交了重組DNA技術的專利申請。
基因克隆申請專利的消息不脛而走,而這也讓科恩伯格與伯格勃然大怒。伯格寫道,科恩與博耶聲稱“其擁有克隆所有可能DNA技術的商業所有權,包括在所有可能的載體、所有可能的生物體內,以及使用所有可能的聯合克隆方式,(這種)說法根本不切實際,完全是自以為是的主觀臆測”。他們認為該專利將會導致公共資金支持的生物學研究成果私有化。此外,伯格還擔心阿西洛馬會議的共識無法在私企中得到充分貫徹與實施。但是在博耶與科恩看來,伯格的顧慮不過是杞人憂天。他們申請的重組DNA技術“專利”只是在法務辦公室內部流轉的一摞材料而已,它們或許還不如打印這些紙的墨水值錢。
1975年秋季,盡管用于專利申請的大量文書工作還在走法律程序,但是科恩與博耶已經在科學道路上分道揚鑣。他們在合作期間著作頗豐,兩個人在5年間共發表了11篇重量級的文章,可是最終彼此的志趣還是出現了分歧。科恩后來成為加州西特斯公司的顧問,而博耶則回到舊金山的實驗室,繼續從事細菌基因轉移的研究。
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1975年冬季,28歲的風險投資人羅伯特·斯旺森(Robert Swanson)出乎意料地打電話給赫伯特·博耶提出會面。斯旺森非常癡迷于科普期刊與科幻電影,而他也聽人說起過這項名為“重組DNA”的新技術。雖然斯旺森并不了解生物學原理,可是他對該技術的前景具有一種敏銳的直覺,并且意識到重組DNA為基因與遺傳學發展帶來了根本性的轉變。他搞到一本已經破舊的阿西洛馬會議手冊,并整理出一份研究基因克隆技術重要參與者的名單,然后他開始按照字母順序來聯系這些專家。伯格(Berg)的姓氏筆畫本來排在博耶(Boyer)之前,于是伯格并沒有耐心接聽投機商人冷不丁打進實驗室的電話,于是他毫不客氣地拒絕了斯旺森。而斯旺森鍥而不舍地繼續在名單中尋覓合適的人選。在首字母為B的名字中下一個就是博耶。那么博耶會同意見面嗎?斯旺森在某天上午致電博耶時,他正沉浸在實驗研究的樂趣中。所幸,他同意在周五下午抽出10分鐘的時間。
1976年1月,斯旺森來到加州大學舊金山分校拜會博耶。博耶的實驗室位于醫學院大樓布滿灰塵的深處。斯旺森當天穿著深色西裝并且打著領帶,博耶則身著牛仔褲與名牌皮馬甲,他的實驗室里到處都是細菌培養皿與孵化器。博耶對斯旺森的背景一無所知,他只是聽說面前這位風險投資人打算圍繞重組DNA技術成立公司。如果博耶做過進一步調查,那么他會發現斯旺森此前的投資項目幾乎全軍覆沒。那時斯旺森已經失業,他住在舊金山的某個合租公寓里,開著一輛破舊的達特桑,午飯與晚飯都是冷切三明治。
原本約定的10分鐘見面變成一場馬拉松式的長談。他們來到附近的酒吧,暢想著重組DNA與生物學的未來。斯旺森提議成立一家利用基因克隆技術生產藥物的公司,而博耶對于這個想法非常著迷。由于兒子被診斷患有某種潛在的生長障礙,因此他一直在關注人類生長激素的研制工作(治療此類生長缺陷的蛋白質)。博耶對自己開發的克隆技術(將基因縫合后插入細菌細胞)充滿信心,他甚至可以在實驗室中制備生長激素,但是這種努力在旁人看來似乎都不切實際,正常人不會將實驗室試管中長滿細菌的培養基注射到自己的孩子體內。為了實現這個目標,博耶需要成立一家使用基因技術生產藥品的新型制藥公司。
斯旺森與博耶在3個小時內喝掉了3瓶啤酒,然后兩人達成了一項臨時協議。他們將各自投入500美元用于支付創建此公司的法律費用。隨后斯旺森完成了這份篇幅為六頁的商業計劃書。他找到之前曾經供職的風險投資公司凱鵬華盈(Kleiner Perkins),向其申請了50萬美元的種子基金。公司管理層在快速瀏覽商業計劃書之后,決定將預算削減至原來的五分之一,也就是10萬美元。(凱鵬華盈隨后在信中向加利福尼亞州的監管機構致歉道:“雖然這項投資具有高風險,但是我們從事的就是高風險投資的生意。”)
除了公司的產品與名稱尚未落實之外,博耶與斯旺森籌備新公司的工作已經基本完成。由于糖尿病患者與日俱增,他們早就盯上了胰島素的生物合成。盡管人們曾經嘗試了各種替代方法來合成胰島素,但是其主要來源仍然依靠牛與豬內臟的提取物,當時從8 000磅胰腺組織中僅能獲得1磅胰島素,這種落后的工藝不僅效率低下而且成品價格昂貴。如果博耶與斯旺森可以在細胞中通過基因操作來表達胰島素蛋白,那么這種方法對于新公司來說將具有重要的意義。現在剩下的問題就是公司的名稱了。博耶拒絕了斯旺森提議的“HerBob”一名,其原因在于它聽起來就像卡斯楚街上的美發沙龍。經過一番冥思苦想之后,博耶建議采用簡寫的基因工程技術一詞,即“基因泰克”(Gen-en-tech)。
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胰島素是激素家族的重要一員,其地位相當于美國影星葛麗泰·嘉寶(Greta Garbo)。保羅·朗格漢斯(Paul Langerhans)是一位在柏林就讀的醫學生,他于1869年在顯微鏡下觀察胰腺(隱藏在胃后方,其組織質地脆弱呈葉狀分布)時發現,許多形態獨特的細胞相互環繞形成小島。這些細胞島隨后被命名為“朗格漢斯島”,但是它們的功能并不為人所知。20年后,外科醫生奧斯卡·閔科夫斯基(Oskar Minkowski)與約瑟夫·馮·梅林(Joseh von Mering)通過手術切除狗的胰腺來鑒定該器官的功能。術后狗在表現出嚴重口渴的同時開始在地板上撒尿。
梅林與閔科夫斯基對此感到十分困惑:為什么切除一個腹腔器官會迅速產生這些奇怪的癥狀呢?其實線索就來自一個不起眼的現象。就在手術結束后幾天,某位助理發現實驗室里到處都是嗡嗡作響的蒼蠅,它們非常喜歡聚集在那些已經凝固且黏稠的狗尿(類似于糖漿)上。當梅林與閔科夫斯基檢測了狗的尿液和血液,他們發現這兩者中所含的糖分均超標。與此同時,這些狗在胰腺切除術后患上了嚴重的糖尿病。他們意識到,胰腺合成的某種因子一定可以調節血糖,胰腺功能障礙則會導致糖尿病。后來人們發現血糖調節因子就是一種激素,它實際上是由朗格漢斯鑒定的“島狀細胞”分泌進入血液的一種蛋白質。這種激素先是被命名為導素(isletin),隨后被改胰島素(insulin),其字面意思就是“島蛋白”。
胰島素的發現讓人們競相加入提純這種物質的競賽,然而直到20年后人們才從動物體內分離出此類蛋白質。1921年,班廷與貝斯特終于從數十磅牛胰腺中提取出幾微克的物質。當人們將胰島素注射到糖尿病患兒體內后,該激素可以讓血糖水平迅速恢復正常,同時口渴與多尿的癥狀也隨即消失。但是胰島素的性狀非常難以把握,這種由島狀細胞分泌的神秘激素具有不可溶、不耐熱以及不穩定的特點。又過了30年,也就是到了1953年,弗雷德里克·桑格才解析出胰島素的氨基酸序列。桑格發現,胰島素蛋白由長短兩條多肽鏈組成,它們二者通過化學鍵交聯呈U型,仿佛一只由分子構成的微型小手,其結構包括收攏的手指與對生拇指,這種奇特的蛋白質似乎隨時都會去撥動體內調控糖代謝的旋鈕與轉盤。
博耶合成胰島素的計劃非常簡單。盡管他手頭并沒有人類胰島素基因的序列(尚未完成測序),但是他可以利用合成DNA的化學反應從頭構建該基因,并且在該過程中嚴格遵循核苷酸與三聯體(ATG,CCC, TCC)之間的規律,同時按照從頭到尾的順序生成三聯體密碼。他將先合成產生A鏈的基因,接著再合成產生B鏈的基因,然后將兩個基因插入細菌細胞中誘使它們合成人類蛋白質。最后他將兩條蛋白質鏈提純后用化學方法縫合在一起獲得U型分子。博耶設計的重組DNA方案簡明扼要,他正是通過這種聚沙成塔的方式合成出了臨床醫學領域最熱門的胰島素分子。
然而即便是勇往直前的博耶也刻意回避直接向合成胰島素發起沖擊。博耶想要找個相對簡單的項目進行測試,也就是在嘗試征服分子世界的珠穆朗瑪峰之前,他希望能夠先從某個攀登條件較為理想的山峰開始。博耶將注意力集中在生長抑素上,雖然這種蛋白質也是一種激素,但是卻看不出有什么商業價值。生長抑素作為研究對象的優勢在于其自身尺寸大小。胰島素的結構比較復雜,它由51個氨基酸組成,其中一條鏈有21個氨基酸,另一條鏈有30個氨基酸。與之相比,生長抑素可以被視為身材矮小的近親,它僅包含有14個氨基酸。
為了從頭合成生長抑素基因,博耶從舊金山希望之城醫院聘來了兩位DNA合成領域的高手,他們分別是化學家板倉圭一和阿特·里格斯(Art Riggs)。由于斯旺森擔心合成生長抑素會導致精力分散,因此他對整個計劃表示強烈反對,并且希望博耶直接投入到合成胰島素的研究中。基因泰克公司靠借款才租下了當時的辦公場所。只要稍微細心一點就可以發現,這家“制藥公司”不過是在舊金山的辦公區里租了一個小隔間,門口掛著加州大學舊金山分校微生物學實驗室分部的牌子,同時在另外某家實驗室工作的兩位化學家受雇于此構建基因,因此這讓旁人感覺到該項目仿佛是制藥界的龐氏騙局。好在博耶還是說服了斯旺森給合成生長抑素一個機會。他們聘請了湯姆·基利(Tom Kiley)律師來負責協調加州大學舊金山分校、基因泰克與希望之城之間的協議。雖然基利從未聽說過“分子生物學”一詞,但是他憑借代理特殊案件的記錄令眾人充滿信心,在受雇于基因泰克公司之前,基利最有名的委托人當屬美國裸體小姐大賽(Miss Nude America)。
當時基因泰克公司的處境非常艱難。博耶與斯旺森知道有兩位遺傳學大咖也加入了合成胰島素的競爭。來自哈佛大學的沃爾特·吉爾伯特是一位研究DNA的化學家,他曾經與伯格和桑格共同獲得過諾貝爾獎,現在正領導著一個強大的科學家團隊通過基因克隆技術來合成胰島素。而在加州大學舊金山分校,也就是博耶自己的后院,另一個團隊也在向著基因克隆胰島素全速前進。博耶的一位合作者回憶道:“我認為在大部分時間里,每個人的腦海中只縈繞著一件事……幾乎每天都困擾著大家。反正我無時無刻不在想:我們是不是就要聽到吉爾伯特宣告成功的聲明了?”
到了1977年夏季,在博耶急切地關注下,瘋狂工作的里格斯與板倉已經為合成生長抑素備齊所有的反應物。制備完成的基因片段已經插入細菌質粒。細菌也經歷了轉化與增殖的過程,并且為合成生長抑素做好了準備。1977年6月,博耶與斯旺森乘飛機來到舊金山見證最后的步驟。當天早晨,整個研究團隊在里格斯的實驗室里各就各位,他們身體前傾注視著檢驗細菌中生長抑素的分子探測器。計數器的屏幕閃了一下,隨后又陷入一片沉寂。整個實驗室鴉雀無聲。最終他們沒有發現任何生長抑素存在的跡象。
斯旺森徹底崩潰了。第二天早上,他就因急性消化不良被送到了急診室。而研究團隊的科學家只是簡單補充了一點咖啡與甜甜圈,他們仔細審視了整個實驗計劃以便發現問題所在。對于從事了數十年細菌研究的博耶來說,他知道微生物經常會消化自己的蛋白質。作為微生物在人類遺傳學家面前最后的抵抗,也許生長抑素已經被這些細菌破壞掉了。他據此猜測,解決方案可以采用以其人之道還治其人之身的手段:將合成生長抑素的基因與某個細菌基因結合在一起,隨后可以生成一種聯合蛋白,接著再使用化學方法切下生長抑素。這種偷梁換柱的概念被成功地應用于遺傳學領域:細菌將認為它們是在制備細菌蛋白,然而實際上它們最終(秘密地)分泌的是人類蛋白。
于是他們又花費了3個月的時間來裝配誘餌基因,現在生長抑素就藏在另一個由細菌基因構建的“特洛伊木馬”體內。1977年8月,該研究團隊第二次在里格斯的實驗室齊聚。斯旺森無法忍受顯示器上閃爍的燈光,隨即他將臉轉向一側。此時人們身后的蛋白質檢測儀再次噼啪響起。板倉回憶道:“我們獲得了大約10個或15個樣本。同時放射免疫檢測結果清晰地證實生長抑素基因得到了表達。”然后他轉身對斯旺森說:“生長抑素就在那里。”
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基因泰克的科學家們根本無暇慶祝生長抑素實驗的成功。他們只用了一個晚上就合成出了一個新型人類蛋白質,到了第二天早上,科學家們已經開始重新分組并準備攻克合成胰島素這個難題。當時來自各方的競爭非常激烈,坊間傳言也是滿天飛:有人說吉爾伯特的實驗室顯然已經從人類細胞中克隆出胰島素基因,即將準備大量合成胰島素蛋白;還有人說加州大學舊金山分校的競爭者已經合成出幾微克胰島素并準備將其注射給患者。或許合成生長抑素的研究的確拖了后腿,而斯旺森與博耶對此決定均追悔莫及,他們懷疑自己選錯了方向并且已經在合成胰島素的競爭中處于下風。即便在平時也會出現消化不良的斯旺森,現在再次被焦慮與腹瀉困擾。
但具有諷刺意味的是,恰好是阿西洛馬會議(博耶對此表示強烈鄙視)令研究柳暗花明。就像大多數接受聯邦基金資助的大學實驗室一樣,吉爾伯特在哈佛大學的實驗室也受到阿西洛馬會議關于重組DNA限令的約束。由于吉爾伯特試圖將“自然”狀態的人類基因克隆至細菌體內,因此這些限制對于他的研究更為嚴格。與之相反,里格斯與板倉根據合成生長抑素獲得了經驗,他們決定采用化學合成的方法以核苷酸入手從頭構建胰島素基因。根據阿西洛馬會議的精神,通過化學手段合成基因恰好規避了相關限制。此外,基因泰克公司作為私營企業亦不受聯邦指南的約束。綜上所述,所有這些因素組合在一起為公司提供了制勝法寶。某位工作人員回憶道:“吉爾伯特像平時一樣緩步走向潔凈區的入口,然后在進入實驗室開始工作之前還要將鞋子浸在甲醛溶液里進行消毒。而在基因泰克公司,我們只是通過簡單的化學方法來合成DNA并將其轉移至細菌內,在這里甚至不需要遵守美國國立衛生研究院的相關指南。”在后阿西洛馬的遺傳學世界里,“自然”
反而成為重組DNA實驗的負擔。
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基因泰克位于舊金山的“辦公室”(對于這個小隔間的美稱)已經無法滿足使用需求。斯旺森開始在城里為這家嶄露頭角的創業公司尋覓新的實驗場地。1978年春季,他幾經周折之后在灣區發現了一個合適的地點。此處位于舊金山以南幾英里一個名為工業城的地方,旁邊的褐色山坡常年暴露在炙熱的加州陽光下。盡管這里叫作工業城,但是無論是工業還是城市規模都名不副實。基因泰克公司的實驗室位于圣布魯諾大道460號,這里曾是個面積為10 000平方英尺的原料倉庫。它周圍分布著存儲倉庫、垃圾場以及貨運機場停機庫。而倉庫的后半部分是個色情影片經銷商的儲藏室。某位公司早期雇員寫道:“你要是穿過基因泰克的后門,就可以看到貨架上全是這些電影。”為了彌補人手不足的問題,博耶又額外聘請了一些研究人員(其中有些不過是剛畢業的學生)開始進行設備安裝。他們通過隔斷墻將巨大的空間進行劃分,同時在部分屋頂上吊起黑色防水布來搭建臨時實驗室。當年實驗室里第一個用來繁殖大量微生物污泥的“發酵罐”就是個升級版的啤酒桶。戴維·戈德爾(David Goeddel)是公司的第三位正式員工,他腳踩運動鞋身著黑色T恤在倉庫里走了一圈,衣服上印著“克隆或死亡”(CLONE OR DIE)。
到目前為止,科學界尚無成功合成人類胰島素的先例。斯旺森知道,吉爾伯特在波士頓已經做好了充分的準備。由于厭倦了哈佛大學對重組DNA的限制(在學校所在劍橋市的街道上,年輕的抗議者們經常手持寫有反對基因克隆的標語游行),因此在獲得英國某處高安全性生物武器基地的使用權后,吉爾伯特將手下最優秀的科學家派到那里開展研究。軍事基地的管理極為嚴格,吉爾伯特回憶道:“你必須徹底換掉衣服,進出前后均需沐浴。這里備有防毒面具,一旦警報響起,你就可以給整個實驗室消毒。”與此同時,來自加州大學舊金山分校的研究團隊也不甘落后,他們選派了一位研究生來到制藥公司位于法國斯特拉斯堡的實驗室,希望可以在防護設備齊全的法國實驗室中合成胰島素。
此時此刻,吉爾伯特的團隊距離成功僅有咫尺之遙。1978年夏季,博耶得知吉爾伯特的團隊即將宣布成功分離出人類胰島素基因的消息。而斯旺森則為第三次可能襲來的打擊感到惴惴不安。不過令他得到巨大安慰的是,吉爾伯特克隆的基因并非來源于人類,他煞費苦心只得到了大鼠胰島素基因,原因在于消毒過的無菌克隆設備發生污染。克隆技術使基因在穿越物種間屏障的過程變得易如反掌,但是這種便利也意味著不同物種的基因可以在生化反應中發生污染。
對于吉爾伯特來說,移師英國以及克隆出大鼠胰島素基因的錯誤令其稍有耽擱。與此同時,基因泰克公司卻實現了突飛猛進。這是一個以弱勝強的神話:學術界的歌利亞對陣制藥界的大衛,龐然大物受到各種條框的限制,而小巧靈活的對手游走在政策的邊緣。1978年5月,基因泰克團隊已經可以在細菌中合成出胰島素DNA雙鏈。同年7月,科學家從細菌碎片中成功提純出胰島素蛋白。8月初,他們將附著的細菌蛋白剪掉后分離出兩條獨立的蛋白質鏈。1978年8月21日深夜,戈德爾在試管里將蛋白質鏈拼接在一起,在世界上首次合成出重組胰島素分子。
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1978年9月,就在戈德爾于試管中合成胰島素的兩周后,基因泰克開始為重組胰島素申請專利。但是公司從開始就面臨著一系列前所未有的法律難題。自1952年起,《美國專利法》規定可以在四個不同的領域授予專利:方法(methods)、機器(machines)、產品(manufactured materials)與組合物(compositions of matter),而律師則喜歡將該分類稱為“4M分類”。可是胰島素應該歸為哪一類呢?雖然人們將胰島素稱為一種“產品”,但是事實上在沒有基因泰克幫助的情況下每個人都可以產生這種物質。如果將胰島素歸為“組合物”的范疇,那么它毫無疑問只是一種天然產物。胰島素蛋白質或基因專利申請與其他人體部位(例如鼻子或膽固醇)的專利申請有何不同呢?
基因泰克巧妙地利用擦邊球解決了上述難題。它并沒有將胰島素作為“物質”或“產品”來申請專利,而是大膽地將其作為一種特殊的“方法”來申請。基因泰克在申請書中聲稱,該專利設計了一種用于攜帶基因進入細菌細胞的“DNA載體”,然后通過該方法在微生物中合成重組蛋白質。基因泰克的創意非常新穎,當時還從未有人能在細胞中生產醫用重組人類蛋白質,因此這種毅然決然的果敢行為也獲得了回報。1982年10月26日,美國專利及商標局(US Patent and Trademark Office)授予基因泰克使用重組DNA技術的專利,允許公司利用上述技術在微生物體內合成諸如胰島素或生長抑素這類蛋白質。正如某位觀察家所寫的那樣:“作為一項發明,該專利聲稱可以有效地制備出(各種)轉基因微生物。”而此項專利很快就成為技術專利申請史上最具商業價值且飽受爭議的案例之一。
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重組胰島素是生物技術產業上的重要里程碑,同時也成為基因泰克公司的暢銷產品。但是顯而易見的是,這種藥物并不能令基因克隆技術家喻戶曉。
肯·霍恩(Ken Horne)是一位來自舊金山的芭蕾舞演員。1982年4月,他因為出現一系列無法解釋的癥狀去看皮膚科醫生。幾個月來,霍恩一直感到身體虛弱并且出現咳嗽的癥狀。他發生過幾次嚴重的腹瀉,同時體重減輕使臉頰變得塌陷,而頸部肌肉顯得非常突兀。此外霍恩的頸部淋巴結也出現了腫大。當他將襯衫撩起的時候,可以看到皮膚上密布的網狀腫塊,這些藍紫色的凸起仿佛源自恐怖卡通片里的蜂巢。
霍恩的病例并非個案。1982年5月到8月間,隨著熱浪席卷美國東西海岸,舊金山、紐約與洛杉磯也報道了類似的怪異病例。亞特蘭大疾病預防控制中心(CDC)的一位技術人員收到了9份使用噴他脒的申請,而該藥是一種用于治療卡氏肺孢子蟲肺炎(Pneumocystis pneumonia,PCP)的特殊抗生素。由于PCP是一種罕見的感染性疾病,并且通常出現在伴有嚴重免疫系統缺陷的腫瘤患者中,因此這些集中提交的申請令人感到十分費解。況且上述患者均是此前身體非常健康的年輕人,而他們的免疫系統突然間莫名其妙地陷入災難性的崩潰。
與此同時,霍恩被診斷為卡波西肉瘤(Kaposi’s sarcoma),這種惰性皮膚腫瘤主要見于地中海附近的老年男性。在霍恩被確診后的4個月里,又有9例患者相繼被發現患有此病,雖然既往文獻描述的卡波西肉瘤進展緩慢,但是上述病例的臨床表現卻大相徑庭。這些生長迅速的腫瘤侵襲性很強,能夠在皮膚中迅速播散并轉移至肺部,其好發人群似乎集中于居住在紐約與舊金山的男同性戀者。霍恩的病例令醫學專家們感到手足無措,他們仿佛置身于某個復雜的拼圖游戲中,然而霍恩已經出現卡氏肺孢子蟲肺炎與腦膜炎。到了1982年8月末,人們才意識到一場頗具災難性的流行病正在蔓延開來。醫生們注意到患病主體為男同性戀者,于是開始將這種疾病稱為“男同性戀免疫缺乏癥”(GRID)。此外,還有許多報紙將其指責為“同性戀瘟疫”。到了1982年9月,GRID這個稱謂的局限性已經暴露無遺:在三位免疫系統衰竭的A型血友病患者體內,人們也發現了卡氏肺孢子蟲肺炎與特殊類型的變異腦膜炎病毒。現在讓我們回顧一下相關內容,血友病是流行于英國王室內部的一種出血性疾病,其根源在負責凝血的Ⅷ因子基因發生了單一突變。長期以來,血友病患者始終生活在對出血危象的恐懼中,即便是輕微的皮膚劃傷也可能導致災難連鎖發生。不過到了20世紀70年代中期,血友病已經可以通過注射濃縮Ⅷ因子得到治療。提取凝血因子需要耗費大量的血液,而單次劑量就相當于進行一百次輸血。因此血友病患者接受的凝血因子可能來自成千上萬名供者。對于需要接受多次輸血治療的患者來說,其病因(可能是某種新型病毒)指向了影響Ⅷ因子供應的血源性因素,它可以導致免疫系統出現神秘衰竭。最終該疾病被重新命名為獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS,即艾滋病)。
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1983年春季,在早期研究艾滋病患者的基礎上,基因泰克的戴維·戈德爾開始致力于克隆Ⅷ因子基因。就像解決胰島素的問題一樣,克隆技術的優勢不言而喻:與其從大量人類血液中提純缺失的凝血因子,為什么不使用基因克隆技術人工合成這種蛋白質呢?如果Ⅷ因子可以通過基因克隆的方法制備,那么它將完全不會受到供者血液攜帶病原微生物污染的威脅,其本質比任何血源性蛋白質都要安全,我們將有可能遏制血友病患者不斷出現的感染與死亡。此時,戈德爾舊T恤上的“克隆或死亡”口號迸發出嶄新的活力。
戈德爾與博耶并非唯一關注Ⅷ因子研究領域的遺傳學家。與克隆胰島素相同,這項研究也演變成為一場競爭,只不過此次的對手跟以往不同。在馬薩諸塞州的劍橋市,由哈佛大學的湯姆·馬尼亞蒂斯與馬克·普塔什尼率領的團隊也加入了構建Ⅷ因子基因的競爭。他們自己也成立了公司,并且命名為遺傳研究所(Genetics Institute, GI)。上述兩個團隊都心知肚明,Ⅷ因子項目將挑戰基因克隆技術的底線。生長抑素、胰島素以及Ⅷ因子分別由14個、51個以及2 350個氨基酸組成。構成Ⅷ因子的氨基酸數量是生長抑素的160倍,而這相當于林德伯格(Lindbergh)飛越太平洋與威爾伯·萊特(Wilbur Wright)首次駕駛飛機在基蒂霍克(Kitty Hawk)上空盤旋之間的差距。
氨基酸數量的多少并不是主要問題,如果想要在這場競爭中取勝,研究人員必須采用全新的克隆技術。生長抑素與胰島素基因的構建方法如出一轍,它們均是通過化學方法將DNA的堿基從頭縫合而成,也就是A與T或者C與G分別結合。可是對于DNA化學手段來說,Ⅷ因子基因的結構過于復雜。為了分離出Ⅷ因子基因,基因泰克與GI公司都需要從人類細胞中獲取天然基因,而整個分離過程就像抽絲剝繭一樣精細。
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但是想獲得完整的Ⅷ因子基因組并非易事。讓我們回想一下,對于人類基因組中的大多數基因來說,它們會被稱為內含子的DNA片段隔開,而這些內含子就像安插在遺傳信息中的無序填充片段。如果我們以“genome(基因組)”這個單詞舉例說明,那么基因的實際序列應該是“gen......om......e(基……因……組)”。由于人類基因中組成內含子的堿基數量通常十分巨大,并且在DNA上占據了相當可觀的長度,因此研究人員無法直接克隆基因(由于含有內含子的基因過長,因此無法插入細菌質粒)。
馬尼亞蒂斯找到了一個巧妙的解決辦法:他率先嘗試了一種新型技術手段,使用逆轉錄酶以RNA為模板構建基因,然后逆轉錄酶可以從RNA中轉錄出DNA。人們通過該方法能夠大大提高基因克隆的效率。逆轉錄酶可以通過細胞剪切裝置將插入的填充序列去除后再克隆基因,這樣細胞就可以順利完成全部克隆過程。即便是像Ⅷ因子這樣含有大量堿基與內含子的基因,人們也可以通過細胞中的基因剪切裝置來完成克隆。
1983年夏末,這兩個研究團隊在嘗試了各種技術手段后均克隆出Ⅷ因子基因,此時他們之間的競爭已經到了最后的沖刺階段。1983年12月,勢均力敵的兩個團隊都宣稱完成了全部序列的裝配并且已經將基因插入質粒。隨后質粒被導入源自倉鼠卵巢的細胞,后者可以大量合成蛋白質。1984年1月,第一批裝載有Ⅷ因子的細胞進入體外培養階段。同年4月,也就是美國首次報道艾滋病群體后整整兩年,基因泰克與GI公司同時宣布,他們已經在實驗室提純出重組Ⅷ因子,且該凝血因子將不會受到人類血液中病原微生物的“污染”。
吉爾伯特·懷特(Gilbert White)是一位來自北卡羅來納州血栓中心的血液學家,他于1987年3月首次開展了倉鼠細胞來源的重組Ⅷ因子臨床試驗。第一位接受治療的患者名叫G.M., 他是一位43歲的男性血友病患者。當最初幾滴含有重組Ⅷ因子的液體進入他的血管時,懷特緊張地徘徊在G.M.的床邊,以便隨時防范可能發生的藥物不良反應。就在靜脈輸液持續了幾分鐘后,G.M.突然變得沉默不語,與此同時他的雙眼也閉上了,下巴幾乎垂到胸口。“快說說話。”懷特著急地催促道,但是G.M.卻沒有任何反應。就在懷特馬上要呼叫醫務人員進行搶救的時候,G.M.卻悄然無息地轉過身來,然后發出了爽朗的笑聲。
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G.M.治療成功的消息迅速在絕望的血友病患者群中傳播開來。感染艾滋病對于深陷災難中的血友病患者來說無疑是雪上加霜。與男同性戀者的消極態度不同,血友病患者已經迅速針對艾滋病做出了一致的回應,他們抵制公共浴室與夜總會,提倡安全的性行為,并且呼吁使用避孕套。由于血友病患者無法拒絕接收血液制品治療,因此他們只能在恐懼中目睹艾滋病的陰影逐漸靠近。1984年4月至1985年3月間,在FDA(美國食品藥品監督管理局)首個檢測病毒污染血液制品項目發布之前,每位住院治療的血友病患者都在面對恐怖的選擇,他們要么死于嚴重出血,要么將感染這種致命病毒。在此期間,血友病患者的艾滋病感染率令人難以置信,其中高達90%的重癥患者因血液污染而感染艾滋病。
對當時絕大多數的血友病患者而言,重組Ⅷ因子的姍姍來遲使得他們失去了治療機會。早期感染HIV的血友病患者幾乎全部死于艾滋病并發癥。盡管上述結果令人非常遺憾,但是通過基因重組生產Ⅷ因子至少突破了理論的束縛。時至今日,人們在阿西洛馬會議上對基因技術應用的恐懼被徹底扭轉。最終,HIV這種“自然”存在的病原體成為威脅人類的浩劫。基因克隆技術堪稱奇思妙想,它可以將人類基因插入到細菌內,然后再用倉鼠細胞制造出蛋白質,并且將成為醫用制品生產領域中最為安全的方法。
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通過產品來書寫技術的歷史令人浮想聯翩,例如車輪、顯微鏡、飛機以及網絡。但是通過轉換來描繪技術的歷史更具啟發意義,例如從直線運動到圓周運動、肉眼空間到微觀空間、陸地運動到天體運動以及物理連接到虛擬連接。
而對于醫學技術的歷史來說,通過重組DNA合成蛋白質正是這種具有里程碑意義的轉換。為了理解這種轉換(從基因到藥物)造成的影響,我們需要了解藥用化學品的歷史。就其本質而言,藥用化學品(即某種藥物)無非是一種能夠對人體生理功能產生治療效果的分子。藥物可能源自某些結構非常簡單的化學物質,例如我們賴以生存的水,如果在恰當的條件下以正確的劑量使用,那么它也可以成為具有療效的藥物,此外藥物還可以由多種具有復雜功能的分子組成,當然這種類型的化學物質在實際情況中非常罕見。盡管從表面上看人類使用的藥物種類成千上萬(僅阿司匹林就有幾十種劑型),但是實際上這些藥物所針對的分子反應數量只占人體中化學反應總數的極少部分。正常人體中包含有數以百萬計的生物分子變異體(例如酶、受體以及激素等),然而我們能夠使用的藥物僅能對其中大約250種(0.025%)分子產生治療效果。如果將人類生理功能比作遍及全球的電話網絡系統,那么現代藥物化學能夠起到的作用僅僅是滄海一粟;藥物化學就像是威奇托小城的一位接線員,只能在龐大的網絡空間里充當無足輕重的角色。
缺乏特異性是造成藥物治療手段裹足不前的主要原因。幾乎所有藥物的作用原理均與靶點結合有關,它們通過開啟或者關閉分子開關使靶點活化或失活。為了發揮治療作用,藥物必須與靶點上某些特定的開關結合才能發揮作用,而缺乏特異性的藥物無異于毒藥。盡管大多數化學分子都無法對此進行鑒別,但是蛋白質從設計伊始就具備選擇的特性。眾所周知,蛋白質是生物世界的樞紐,它們是細胞反應的推動者、阻斷者、策劃者、調控者、守衛者以及操作者。它們就是大多數藥物尋求開啟或關閉的分子開關。
鑒于上述原因,蛋白質有望成為藥物世界中最具療效與特異性的產品。但是為了合成某種蛋白質,我們必須要先了解其基因序列,而重組DNA技術就是通往成功的關鍵橋梁。克隆人類基因使得科學家能夠大規模合成蛋白質,同時這些產物又為特異性作用于人體內數以百萬計的生化反應提供了可能。因此從事藥物研究的化學家就可以通過蛋白質對人體生理功能進行前所未有的干預。綜上所述,重組DNA技術用于生產蛋白質的意義不僅是單個基因到治療方法的轉變,更是從遺傳領域到藥物世界的飛躍。
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1980年10月14日,基因泰克公開發行了100萬股股票,并且以“GENE”為交易代碼在證券交易所掛牌。而本次股票發行也成為華爾街歷史上技術公司最為炫麗的登場,基因泰克公司只用了幾個小時就獲得了3 500萬美元的認購。與此同時,制藥巨頭禮來獲得了生產與銷售重組胰島素的許可,為了與來自牛或豬的胰島素進行區分,重組胰島素被命名為優泌林(Humulin)。禮來公司迅速擴大其市場份額,銷售業績從1983年的800萬美元上升至1996年的9 000萬美元,并且于1998年躥升至7億美元。《時尚先生》雜志將時年36歲的斯旺森描述成“一位矮胖且臉頰圓潤”的商界精英,而他與博耶都成功躋身于億萬富翁的行列。1977年夏季,曾經有位研究生在公司協助克隆生長抑素,他后來也持有少量的基因泰克股份,并且在公司上市后一夜之間發現自己成為新晉富翁。
1982年,基因泰克開始生產人類生長激素(HGH),并且用于治療特定類型的侏儒癥。1986年,該公司的生物學家克隆出α干擾素,這是一種可以有效治療血液腫瘤的免疫蛋白。1987年,基因泰克成功制備了重組組織型纖溶酶原激活劑(TPA),這是一種用于治療中風或者心臟病的溶栓劑。1990年,該公司開始利用基因重組技術制備疫苗,并且將乙型肝炎疫苗作為首個研究目標。1990年12月,羅氏制藥出資21億美元收購了基因泰克公司的大部分股權,隨后斯旺森不再擔任公司的首席執行官,博耶也于1991年辭去了副總裁的職務。
2001年夏季,基因泰克公司成為世界上最大的生物技術研究體。基因泰克現在的公司園區由多座玻璃建筑物組成,四周被茂密的綠色植物覆蓋,人們可以看到年輕的研究生們在這里玩著飛盤,而此番情景與任何一座大學校園毫無二致。在巨大綜合體的中心地帶矗立著一座青銅雕塑,其中西服革履的男士正在向桌子對面那位身著喇叭牛仔褲與皮馬甲的科學家示意。我們可以看到前者的身體微微前傾,但是那位遺傳學家看起來有些迷茫,眼神仿佛越過他的肩膀凝視著遠方。
令人遺憾的是,斯旺森沒能參加這座紀念他與博耶初次會面雕像的揭幕儀式。1999年,52歲的斯旺森被診斷為腦部多形性膠質母細胞瘤。1999年12月6日,斯旺森于希爾斯堡的家中去世,距離基因泰克的園區僅有區區幾英里。