一、概述

基因治疗技术是一种通过引入、修正、替换或调控遗传物质（DNA 或 RNA）来治疗或预防疾病的‌革命性医学方法‌。通过基因转移技术，将外源正常基因导入人体靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷或异常引起的疾病，实现对致病根源的干预而非仅缓解症状。

基因治疗是通过纠正或补偿缺陷基因来治疗疾病的技术，其核心原理是将正常基因或治疗性核酸序列导入靶细胞，以恢复或增强细胞功能。

基因治疗正从单基因病扩展至肿瘤、慢性病等领域‌510，而定制化编辑（如首例体内个体化基因治疗‌7）和AI辅助设计‌将推动精准医疗发展。未来需突破载体递送效率、降低成本，并加强临床转化安全性验证。

图片1:基因治疗概述

二、基因治疗的两种主要策略

（一）基因添加疗法：是将健康的基因拷贝导入患者细胞，以补充缺失或缺陷基因功能的一种基因治疗策略。

1.核心原理与作用机制

(1) ‌功能性基因导入‌

通过病毒载体（如腺相关病毒AAV、逆转录病毒）或非病毒载体，将正常基因序列递送至靶细胞核内，使细胞持续表达所需功能蛋白，弥补基因缺陷导致的疾病。

(2)‌载体类型‌：

第一、‌AAV载体‌：常用血清型有AAV9（如治疗SMA的Zolgensma8）、AAV2（如治疗视网膜病变的Luxturna10），安全性较高且可长期表达。

第二、‌慢病毒/逆转录病毒载体‌：适用于体外改造细胞（如干细胞），用于治疗ADA-SCID（Strimvelis10）与β-地中海贫血（Zynteglo10）。

第三、‌非整合载体‌：基因片段游离于染色体外，避免插入突变风险。

（3）‌靶向细胞与表达调控‌，根据疾病类型选择靶细胞：

第一、‌造血干细胞‌：用于血液系统遗传病（如ADA-SCID、地中海贫血）。

第二、‌神经元/肌肉细胞‌：治疗神经肌肉疾病（如SMA）。

第三、‌视网膜细胞‌：修复遗传性眼病。                           

（二）基因编辑疗法(Gene Editing)

基因编辑疗法是利用基因编辑技术对患者细胞进行精准修饰，以治疗遗传性或难治性疾病的新型医疗手段。其核心是通过插入、缺失或替换特定基因序列，修正致病突变或增强细胞功能。

1.基因编辑疗法技术原理

基因编辑疗法技术原理的核心，在于利用特定工具精确修改基因组DNA序列，以纠正遗传缺陷或增强基因功能，从而治疗疾病。

过程主要涉及目标序列定位、DNA切割及细胞修复机制三个关键环节。

（1）‌目标DNA序列识别与切割‌

工程化核酸酶（如CRISPR-Cas9系统）通过向导RNA（gRNA）识别并结合基因组中的特定靶点序列，在目标位置诱导双链断（DSB）。这一步骤依赖于分子“剪刀”（如Cas9蛋白）的精确定位切割能力。

（2）‌DNA双链断裂后的修复机制‌

第一、‌非同源末端连接（NHEJ）‌：细胞直接连接断裂末端，但此过程易产生随机插入或缺失突变，导致基因功能失活，常用于基

因敲除疗法（如破坏致病基因）。

第二、‌同源定向修复（HDR）‌：若提供外源修复模板（如单链DNA或病毒载体），细胞可进行精确修复，实现基因替换、插入或碱基修正，适用于修复缺陷基因（如镰状细胞病的HBB基因矫正）。

（3）‌主要编辑工具与技术进展‌

① ‌CRISPR-Cas9系统‌：最常见工具，利用gRNA引导Cas9切割DNA，效率高且易于设计，但存在“脱靶”风险（即误切非目标位点）。

② ‌碱基编辑与先导编辑‌：进阶技术（如CRISPR 2.0），避免双链断裂，直接修改单个碱基或插入长片段，减少突变风险（碱基编辑器通过脱氨酶实现C→T或A→G转换）。

图片2:基因疗法两种策略

2.‌其它工具‌：

（1）锌指核酸酶（ZFN）由锌指蛋白识别DNA序列，结合FokI核酸酶切割。613

（2）转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）通过TAL效应子识别碱基对，附加核酸酶切割DNA。这些工具原理相似，但CRISPR因设计简便性已逐步成为主流。

3.‌疗法实现方式‌：

编辑通常在体外进行（如提取患者造血干细胞），使用病毒载体（如慢病毒）递送编辑组件（如gRNA、Cas9及修复模板）至细胞，编辑后回输体内。疗法通过慢病毒载体“拷贝-粘贴”改良基因至造血干细胞，纠正血红蛋白缺陷。

综上，基因编辑疗法通过分子工具精准切割DNA并利用细胞修复机制实现基因修改，其有效性依赖于工具靶向精度和修复路径控制，但仍需优化递送系统以减少脱靶和安全性风险。

图片3:基因治疗方法

三、基因治疗的核心技术原理

基因治疗的技术原理是通过生物工程技术修正或调控致病基因，从根本上治疗疾病。其核心技术体系包含以下核心模块：

（一）基因修正机制

1.‌基因替代‌

将正常功能基因导入靶细胞，取代缺陷基因的功能。例如，利用腺相关病毒（AAV）载体向耳聋患者内耳毛细胞递送正常基因，恢复听力功能。

2.‌基因修复‌

通过基因编辑工具（如CRISPR-Cas9、ZFNs）精准修复基因突变序列。例如，CRISPR技术直接修正镰状细胞贫血患者的血红蛋白基因突变。

3.‌基因沉默‌

抑制异常基因表达，常用RNA干扰（RNAi）或反义寡核苷酸（ASO）技术阻断致病蛋白产生。

4.‌基因补充‌

为缺失特定蛋白的疾病（如酶缺乏症）补充功能性基因产物。

图片4:基因治疗 基因药物制备

（二）载体递送系统

1.‌病毒载体‌

（1）‌腺相关病毒（AAV）‌：安全性高、靶向性强，适用于体内递送（如双AAV系统突破大基因片段装载限制）。

（2）‌慢病毒‌：可感染分裂与非分裂细胞，用于体外细胞改造（如造血干细胞基因疗法）。

（3）‌腺病毒‌：瞬时表达能力强，但易引发免疫反应。

2.‌非病毒载体‌

包括脂质体、纳米颗粒等，安全性高但转染效率较低。

（三）递送与整合路径

1.‌体外法‌

提取患者细胞（如造血干细胞）→ 体外基因修饰 → 回输至体内（如CRISPR疗法治疗遗传病）。

2.‌体内法‌

载体直接注射至靶组织（如视网膜、肝脏），实现局部基因递送。

图片5:基因体外 体内治疗

（四）关键技术支撑

1.‌载体整合监测‌：采用nrLAM-PCR技术追踪载体在宿主基因组的整合位点，评估安全性。

2.‌表达调控系统‌：确保治疗基因在靶细胞内稳定、可控表达，避免脱靶效应。

四、技术前景广阔

1.‌疾病治疗范围持续扩展‌

从单基因遗传病（如镰状细胞病、β-地中海贫血）向实体瘤、心血管代谢疾病（如PCSK9靶点疗法）、慢性病及罕见病（如尿素循环障碍）拓展，覆盖领域日益多元化。‌CAR-T疗法‌在血液瘤治疗中成熟应用，‌干细胞疗法（MSC）‌在组织修复、抗炎领域占比达72.4%，聚焦非肿瘤疾病。

2.‌技术迭代驱动精准化与安全化‌

3.‌CRISPR-Cas9技术‌商业化落地（如Casgevy疗法治疗镰状细胞病），碱基编辑技术避免DNA双链断裂，显著降低脱靶风险。

4.递送系统优化：新生儿体内基因治疗"黄金窗口期"的发现（循环造血干细胞活跃期），提升体内编辑效率；慢病毒载体结合减毒预处理方案，降低治疗毒性。

5.‌个性化医疗成为核心方向‌

首例定制化基因编辑婴儿治疗成功案例，针对罕见遗传病（CPS1缺乏症）实现"一对一"修复，为无药可治患者提供新路径。

五、中国基因治疗研究机构（部分）

1.中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）‌

（1）‌定位‌：聚焦基因组结构、变异、功能及演化规律研究，发展基因组学新理论与技术，建设国家生物信息大数据平台。中国科学院‌在基因治疗领域科研影响力居全球前列，2025年科研引力值排名全球第14位，牵头多项重大基因编辑与递送技术研究。

（2）科研体系‌：基因组科学与信息重点实验室、精准基因组医学重点实验室、国家基因组科学数据中心（承担生物数据汇交、存储与共享）。

（3）‌研究方向‌：生物信息学、基因组学、精准医学等。

2.国家基因研究中心（上海）‌

‌1992年，由科技部、中科院与上海市政府共建。‌重点成果‌：主导籼稻基因组测序，参与国际水稻基因组计划（IRGSP）第四号染色体测序

3.植物基因组学国家重点实验室（依托遗传与发育生物学研究所）‌，‌研究方向‌：作物耐逆机制（如盐碱胁迫）、功能基因组学。‌代表性成果‌：2023年发现主效耐碱基因，显著提升盐碱地作物产量（入选“中国十大科技进展”）

4.‌国家人类基因组北方研究中心（CHGB）‌，成立于1998年，整合中国医学科学院、北京大学等机构资源，主导人类基因组测序、遗传病致病基因鉴定（如乳光牙本质基因）及遗传资源库建设。

5.‌清华工研院细胞与基因治疗创新中心（CGTIC）‌

位于北京昌平生命科学园，提供从临床前研究到中试生产的全链条服务，包括GMP标准工艺开发、CDMO支持。

6.‌先进基因编辑研发中心（复旦大学附属浦东医院）‌

2025年3月成立，聚焦基因编辑工具、递送系统、细胞治疗及检测技术四大方向，由李劲松院士领衔学术委员会。

7.‌北京脑科学与类脑研究所‌

定位：研发“基于新型光敏蛋白的基因治疗技术”，通过微创给药重建视网膜患者视觉功能，正在天坛医院开展临床研究。

8.上海以张江细胞和基因产业园为核心，打造国际级产业地标。

9.中法生命科学和基因组研究中心‌：跨国合作平台，聚焦肿瘤基因组与蛋白质组分析。中国科学院遗传与发育生物学研究所（整合农业资源研究）。

10.国家基因组科学数据中心（NGDC）：2019年依托北京基因组所成立，联合生物物理所、上海营养与健康所共建。

11.华大基因全称为深圳华大基因股份有限公司， 已成为世界最大的产学研结合的基因组学中心，坚持“基因科技造福人类”的企业愿景，通过基因检测、质谱检测、生物信息分析等多组学大数据技术手段，建立起涵盖生育健康、肿瘤防控、传感染疾病监测以及慢病管理的全生命周期健康管理体系。

参考文献

1.中国政府官网

2.中国科技部官网

3.国家自然科学基金委官网

4.中国科学院科研进展官网

5.中国工业信息化产业部官网

6.中国卫健委官网

7.中国医科院官网

8.中国医学科学院北京协和医学院医药生物技术研究所官网

9.中国科学院微生物研究所官网

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11.中国轻工业联合会官网

12.中国生物发酵产业协会官网

13.中国生物发酵工程协会官网

14.中国生物技术信息官网

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16.中国数子科技馆官网

17.中国遗传学会官网

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