很多喜欢科普故事的读者，对沃森克里克于1950年代初在英国卡文迪许实验室解开DNA双螺旋结构的故事已经耳熟能详了，但是同期发生在他俩办公室隔壁房间的故事几乎同等精彩，知道的人却很少。
那是在1956年，一个叫Vernon Ingram的28岁的英国博士后，在克里克和沃森两位大师（当年他们还不是大师）隔壁的生化实验室里，比较两种人类血红蛋白酶切碎片的电泳图样。他发现，人类镰刀型贫血病人的血红蛋白和正常人相比，差别仅仅在一个点上。
其实他刚加入Max Perutz课题组时，从导师手中领取的是一个不同的项目：在人类血红蛋白分子中嵌入一个重金属原子，其目的在于加强X射线解析蛋白质三维结构的能力。Ingram很快完成了任务，这个工作直接导致了Perutz于1962年因为解析血红蛋白的三维结构获得诺贝尔化学奖，当然Ingram的工作因为是辅助性而非原创，所以他没有能够共享。和Perutz分享诺奖的是他的实验室伙伴 John Kendrew，因为他解开了肌红蛋白的晶体结构。也就是说，在当年卡文迪许小楼里两个仅隔一墙的拥挤房间里，就出了四位诺贝尔奖得主。在他们的影响下，因为提前完成课题而无所事事的Ingram有机会依个人兴趣自由发挥，开始了自己学术生涯中一段最有创意的时光。
他试图确定镰刀型贫血病人血红蛋白的异常来自何处。这种贫血病是一种遗传病，主要来自非洲，表型是在缺氧的情况下，病人的红细胞里的血红蛋白会不正常地聚合成长条，把本来应该是圆形的红血球给拽成镰刀型，从而造成一系列病理现象，比如血细胞不正常聚合，破裂，血管阻塞，器官受损等，这种病人的预期寿命比正常人短20年。
Ingram使用的镰刀血病人血样是上一位做该课题的访问学者留下的，对照的正常血样他就从自己的胳膊上抽。把大分子蛋白用酶切成小块，并使用二维电泳分离鉴定的方法是Ingram从Frederick Sanger找到的灵感，这位就是一个人独得两次诺贝尔奖的那位桑格，当时他离得有点远，其实验室在几个街区之外，不过 Ingram走10分钟过去也能讨教一番。桑格用这个他原创的技术解开了胰岛素的序列之谜，拿下了1958年的诺贝尔化学奖。但是Ingram的课题比桑格的还难上十倍，因为血红蛋白比胰岛素分子大十倍， 也更复杂十倍。
经过三年艰苦细致的工作，Ingram等人发现了镰刀血病人血红蛋白和正常人差别的那一个点，是一个带正电荷有可溶性的谷氨酸残基被一个无电荷且疏水的缬氨酸所取代，所以这个片段在蛋白质的电泳指纹图谱中移动速度不同，才能被科学家们捕捉到。这个差别会造成突变蛋白的水溶性特别差，容易自身聚合在一起把红血球撑变形，这是人类先天的遗传突变造成的。
这个红圈中的点位移了
现在我们知道人类基因组有大概三十亿个碱基对，而其中区区一个碱基对的突变，就造成了红细胞的彻底变形，和折磨患者一生的镰刀血病的症状，所以这个结果一问世就引发了世界的震惊，这个病例也是人类发现的第一个”分子病“。那么也许有人要问，引发如此严重疾病的这个基因突变，为什么没能在进化中被淘汰掉？这原因在于镰刀血病人的红血球对疟原虫有一定的抗性，所以这个要命突变也并非一点好处也没有，恰恰相反，它在疟疾流行的热带地区的好处还特别大，比如非洲和印度的某些地区，所以就在进化被被保留下来。随着几百年来世界人口的流动，这种疾病逐渐在全球各地都能看到了。
也正是因为这种病的患者以非裔为主，由于他们社会经济的平均地位相对较低，多年来有实力的大药厂对这种市场广阔的疾病居然兴趣不足，导致药物选择十分有限。最有效的治疗就是骨髓移植，因为移植的正常骨髓可以生产正常的造血细胞和血红蛋白。但是，能找到匹配的骨髓供体是比较难的。
另一个思路就是，求人不如求己。
原来，成人血红蛋白是由于甲型和乙型两条链构成的，Vernon Ingram发现的那个镰刀血病的突变，仅仅发生在乙型链上。而该病人在出生前的胎儿阶段，输氧主力却是另外一种蛋白组分，叫做胎血红蛋白，它是由甲型和丙型链构成，也就是说这个要命的突变乙型链不会来捣乱。遗憾的是，随着病人的出生长大，他们丙型血红蛋白链的生产就慢慢被减弱甚至关闭了，异常的成人血红蛋白慢慢做大，病情就逐渐发作。
蓝线代表正常的胎型血红蛋白在出生后下降
如此，一个简单的思路就是，如果有一种疗法，能够延续自身胎血红蛋白，也就是正常丙型链的持续生产，那么病人红血球就能够得到保护，运氧机制也就恢复了？
目前大药厂对镰刀血病的重视已经大大提高，陆续开发出几种能够恢复胎血红蛋白的药物或者候选药物。其中最抢眼的一个叫做Exa-Cel，在两天前FDA开独立专家评审会，对它的疗效做出了高度评价。
Exa-Cel是基于CRISPR技术的，这种技术平台我们在之前曾科普过，它刚刚在2020年拿下了诺贝尔化学奖，得奖的是两位集智慧与美貌于一身的女科学家，美国的Jennifer A. Doudna，和法国的Emmanuelle Charpentier，一时间传为佳话。
除了这两位女杰，在CRISPR领域中同样出名的还有一位美籍华裔青年科学家，张锋。很多圈内人说，CRISPR的原创性工作虽然要归功于两位诺奖得主，但是对这个领域技术的革新贡献最大的，特别是在真核细胞中的操作手法，也就是真正能让它应用于临床制药的技术，则非张锋团队莫属了。
几年前，由于CRISPR技术的专利之争，两女侠和以张锋为领军人物的哈佛和麻省理工对簿公堂，虽然美国专利局的上诉庭在2022年暂时认可了张锋公司对该技术在医药开发方面的专属权，但是两女侠却掌握有张锋公司难以逾越的优势：她们已经做出相当靠谱的药了。
Emmanuelle Charpentier在10年前技术入股，和投资人共同创建的CRISPR Therapeutics，正是Exa-Cel的研发者。他们和具有丰富临床研发经验的大药厂Vertex合作，大大加速了临床试验的进度，目前受试并完成12个月随访期的30位病人中，29人在12个月内完全没有发生危重血管闭塞危机，这是威胁镰刀血病人生命的主要并发症之一。
读过CRISPR科普的读者可能会记得，这个技术能给人类的基因组做外科手术，精准地切除不想要的区域。既然镰刀血病人的病根是突变的病态蛋白的聚集，那么外行人也许想当然地认为CRISPR就是像剪刀一样把这个坏蛋白给切碎就把病给治了。
幸亏科学家没有这么想，因为真这样就把人给治死了。
突变变形的血红蛋白固然呈现病态，但依然是给病人输送氧气的重要途径，如果真是用CRISPR大剪刀猛剪一气，会把坏的好的血红蛋白不分青红皂白地除掉，那病人就会缺氧而亡了。
治这个病的关键，不在于如何消灭“坏人”，铲除病态蛋白，而在于如何增加好人。这个“好人”，就是我们前面提到的不含突变的胎血红蛋白。
也正是这个原因，让很多人一度低估了CRISPR在新药研发上的潜力，我们都以为这个技术过于大刀阔斧，只能破而不能立。如此的“猛药”，恐怕没法在病人体中应用。
但是这个药却真真切切给我们上了一课，真正体现了生命体内玄妙的动态平衡。
多年来的基础研究发现，人类出生长大后胎型血红蛋白消失的原因，在于一种叫做BCL11A的抑制因子的积累，而这个因子的生产依赖它的基因上的一段所谓“加强信号”。Exa-Cel的设计思路就是，剪掉这段强化信号，从而抑制了BCL11A的积累，除去了这个枷锁之后，正常的血红蛋白丙型链，也就是休眠已久的人类胎型血红蛋白，终于又重出江湖，治病消灾了。
这样一个隔山打牛般的机制，它的效率会高吗？但是人体的信号调控体系就是如此的一个精细的网络，牵一发而动全身，研究发现，全部30位受试者的胎血红蛋白都被激活了，达到了全血红蛋白总量的20%，也就是说，达到了实现保护机制的阈值。
尽管如此，FDA聘请的专家委员会依然对CRISPR直接在人类染色体上动刀略感不适，他们集中询问了CRISPR可能的脱靶问题，也就是说，会不会把病人某些重要的遗传序列给不知不觉切掉了？所以他们要求对所有的受试者进行长达15年的随访。
其实，Exa-Cel已经是采用了尽可能安全的剪切方式了，因为它提取的是病人的红细胞造血干细胞，在体外进行分子剪切后再输回体内，增殖产生出更多的后代细胞，生产大量正常的丙型血红蛋白。这样就把分子剪刀对机体形成意外伤害的危险降到最低，这种方法的术语叫做Ex-vivo 。它的缺点是过程复杂，成本太高。目前预计Exa-Cel单一疗程价格不会低于两百万美元。
那么把分子剪刀直接注射入病人骨髓如何呢？虽然效果直接，但是危险太大，因为骨髓内环境过于复杂，万一剪错了哪一个都可能造成无法挽回的后果。这个叫做Somatic, 体细胞操作。
上述的两种办法，Ex-vivo太贵， 另一个Somatic又太毒，那么有没有一劳永逸地把镰刀血病在人类中斩草除根的方法呢？
也有，术语叫做germline，就是直接在病人的生殖细胞中用CRISPR把突变的基因修复，这样他们试管婴儿的后代不再会携带那个要命的从谷氨酸到缬氨酸的突变。这种方法虽然不能帮助到病人本身，但是却能终止这个可恶突变的继续传播。
但这是伦理上争议更大的做法，很可能违法，要想了解更多细节请自行搜索已经刑满出狱的贺建奎。
发现镰刀血病分子机理的Vernon Ingram在去世的两年前，也就是2004年，发表了一篇回顾性文章，检讨了自己当年在DNA双螺旋隔壁的那一段研究的得失，结论就是一个字，机缘巧合, Serendipity。他还回顾了科学家们本来就是想在一只贫血的狒狒体内测试某些化合物对血红蛋白的调控能力，却无意中发现了使用药物诱导胎型血红蛋白来治疗镰刀血病的通幽曲径，也是一个“机缘巧合”。
纵观科技史，不管是技术的革新，还是领时代风骚的科学家，都是长江后浪推前浪，一代新人胜旧人。我斗胆想一想，如果Ingram老先生今天依然健在，如果有机会看到CRISPR短短几年内从横空出世到在业界吊打，如果有机会看到这种技术如何几经腾挪而在自己朝思梦想的血红蛋白上大放异彩，很可能成为该技术在新药领域的第一枚斩获时，他又会发出如何的感叹呢？
参考资料
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1470873/pdf/15166132.pdf
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2031054
https://www.youtube.com/watch?v=M90IjjxOdQg
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