随着人们对疾病发病机制的研究逐渐深入，科学家们发现，许多疾病是由于遗传物质改变，例如某个基因的缺失或变异等，而导致功能蛋白表达异常，从而引起病变。基因治疗则可通过修复致病基因，达到缓解和治愈疾病的目的。基因治疗不仅能对血友病等遗传性疾病发挥作用，在一些获得性疾病，如肿瘤等疾病中也同样有效[6-7]。

基因治疗机制包括：①用正常的基因补偿突变的基因[8]，例如用正常的凝血因子VIII或IX基因分别替代变异的基因来治疗血友病；②修复体内突变的基因[9-10]，例如I型酪氨酸血症、镰状细胞病、杜氏肌营养不良症等单碱基突变的遗传病的治疗；③使功能异常的致病基因失活/激活[11-13]，例如家族性高胆固醇血症、遗传性耳聋等疾病的治疗；④将新的基因或修饰后的基因导入人体进行疾病治疗[14]，例如用嵌合抗原受体T细胞疗法治疗肿瘤。

基因编辑技术是指通过在DNA中产生靶向双链断裂，然后激活细胞DNA修复通路，进而实现对目的基因的定点突变、插入或敲除[15]。目前应用最多的是第3代基因编辑工具“规律间隔成簇短回文重复序列”（CRISPR）[16]。传统的CRISPR系统为CRISPR/Cas9，通过与目标序列互补的单链引导RNA（sgRNA）将Cas蛋白引导到特定核酸序列上，Cas蛋白负责剪切核酸。该系统虽然功能多样、高效且易于使用，但易出现脱靶效应等情况，而且需要通过DNA双链断裂激活修复通路，这可能会对细胞产生不良影响。一些新型的衍生编辑技术，包括碱基编辑器（BE）、先导编辑（PE）和Cas13[17]被相继开发出来，使基因编辑不依赖传统的DNA双链断裂，直接实现单碱基的定向修改和替换。

CRISPR/Cas及其衍生编辑技术已成为生物学领域最热门的技术，在基因治疗领域的应用也从单基因遗传病拓展到肿瘤、感染性疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病以及代谢性疾病等。

按照导入形式分为体外基因导入（ex vivo）和体内基因导入（in vivo）两种[6]。①体外途径中，分离患者自体细胞后，将目的基因转导入细胞，在体外对细胞基因修饰后，将修饰后的细胞重新输回患者体内，以达到治疗的目的。例如，嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T），分离患者自身T细胞，体外修饰后重新回输患者体内，高效识别肿瘤细胞并杀灭，达到治疗效果。②体内途径则是将基因通过适当载体系统直接导入人体，对人体细胞进行修饰，以达到治疗的目的。体内途径主要有基于载体系统的DNA/mRNA导入疗法等。

按照基因治疗的材料、转基因方法和临床应用，可以将基因治疗做以下分类，见图1。

图  1  基因治疗技术实现路径

安全有效的载体递送系统是基因治疗成功的关键，也是目前基因治疗所面临的瓶颈[5]。基因治疗的载体包括病毒载体和非病毒载体两种。病毒载体包括逆转录病毒、腺相关病毒（AAV）、腺病毒以及慢病毒（LV）等。非病毒载体主要包括阳离子多聚物载体、脂质体载体、纳米颗粒载体等。采用病毒作为载体的基因治疗方案约占70%，但需进行改造，成为无毒、高效、低免疫原性的递送载体[18-19]，如腺相关病毒。迄今为止，以腺相关病毒为载体的基因治疗药物已经有3种获批上市，分别为诺华旗下的AveXis公司开发的用于治疗脊髓性肌萎缩症的Zolgensma（用于治疗2岁以下脊髓性肌萎缩症患者）、荷兰UniQure公司开发的用于治疗脂蛋白酯酶缺乏症的Glybera，以及Spark Therapeutics 公司用于治疗RPE65 突变相关视网膜营养性萎缩的Luxturna。Luxturna也是美国批准的首个真正意义上的基因疗法。

溶瘤病毒（OV）是一种新型肿瘤免疫疗法，能选择性感染和杀伤肿瘤细胞。溶瘤病毒可通过直接裂解肿瘤细胞、激发机体抗肿瘤免疫反应等多种调控机制破坏肿瘤细胞，而不影响正常细胞的生长[20]。常用的溶瘤病毒包括腺病毒、痘病毒、疱疹病毒、呼肠孤病毒和柯萨奇病毒等[21]。

早期的溶瘤病毒疗法，主要是利用天然的野生型病毒，能引发强烈免疫反应和并发症。随着基因工程技术的不断发展，经过基因改造的溶瘤病毒，由于疗效、特异性和安全性大大提高，而被广泛应用于抗肿瘤疗法。重组人5型腺病毒（安科瑞，H101）是经基因改造的溶瘤腺病毒，于2005年由国家食品药品监督管理局批准上市，用于联合化疗治疗鼻咽癌。该药是世界上最早的一种溶瘤病毒，也是目前最常用的一种溶瘤病毒疗法。2015年美国FDA和欧盟批准的溶瘤病毒T-Vec上市，目前也被广泛用于复发黑色素瘤治疗。

虽然溶瘤病毒疗法取得了一定进展，但仍需深入研究溶瘤病毒与肿瘤细胞、机体免疫系统等之间的相互作用，探索更具个体化的，多种方式联合的肿瘤治疗方法。

mRNA即信使RNA，由DNA转录生成，在细胞中可翻译成为蛋白质，发挥相应的功能。新冠疫情的爆发使mRNA技术成为业界关注的热点。从原理上讲，mRNA可以用于预防及治疗领域，应用方向上可以包括针对感染性疾病的预防性疫苗、针对肿瘤的治疗性疫苗以及主要针对罕见病的全身分泌性蛋白疗法[22]，因而具有巨大的市场前景。目前，国际上mRNA疗法的三大巨头分别为美国Moderna、 德国BioNTech和德国 CureVac公司。三大巨头在感染性疾病、肿瘤和罕见病等领域都布局了相应的研发管线。我国mRNA疗法起步较晚，但近年来发展迅速，涌现出上海斯微生物、苏州艾博生物、深圳深信生物以及上海蓝鹊生物等一批致力于mRNA疗法的创新生物技术公司。

目前，mRNA疗法中仅有Moderna、辉瑞等公司研发的新冠mRNA疫苗上市，其他感染性疾病疫苗、肿瘤疫苗以及治疗性药物尚在研发中。

mRNA疗法的优势在于开发时间短、易于合成，但mRNA具有不稳定、在组织内易被降解等缺点，尤其是mRNA在体内的有效靶向递送，是目前mRNA疗法的主要难点之一，先进制剂和递送方案也成为mRNA药物的核心技术与门槛之一。众多科学家投入到mRNA载体研究中，已开发出包括脂质体纳米颗粒（LNP）、阳离子脂质体复合物（LP）、脂质体聚合物（LPR）、阳离子纳米孔（CNE）等在内的多种载体，推动mRNA疗法快速发展。