基因治疗的应用与展望.doc

基因治疗的应用与展望 程佳（生命科技学院 生物工程 074）摘要：基因治疗（Gene therapy）是指通过在特定靶细胞中表达该细胞本不表达的基因或采用特定方式关闭、抑制异常表达基因，达到治疗疾病的目的。基因治疗作为一种新的治疗手段，临床上用于治疗多种疾病。过去十年，基因治疗研究发展迅猛，取得了很大的进步，同时也遇到了很多困难。本文通过对近年来世界各国基因治疗在治疗遗传病（如-地中海贫血、Leber先天性黑矇症等）、恶性肿瘤、糖尿病、艾滋病上的应用研究情况，对基因治疗的前景进行展望。关键字:基因治疗；应用；展望基因治疗（Gene therapy）是指通过在特定靶细胞中表达该细胞本不表达的基因或采用特定方式关闭、抑制异常表达基因，达到治疗疾病的目的。由于其对缺陷基因的缺陷部位进行精确的原位修复，不涉及基因组的任何改变，使得基因治疗成为备受瞩目的研究领域。自从1990年5月，美国批准世界上第一例基因治疗临床试验，迄今二十年间，世界各国已提出近700个临床方案，各种病例数超过6000个。基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。1.基因治疗的应用11 基因“治疗”遗传病人类许多遗传性疾病是由于单基因突变所致。在体细胞中用野生的正常基因替换突变或受损的基因称原位修复。以前常用方法为基因重组，但应用该法获得的重组率较低。目前采用三链形成寡核苷酸、RNA /DNA嵌合分子(RDO)和单链寡核苷酸 (ss ODN)进行基因原位修复，其合成简单、费用较低及效率较稳定，具有巨大潜力1。目前已有有关脱氨酶(ADA)和嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)缺乏症、珠蛋白生成障碍性贫血和血红蛋白病、血友病和其他血浆蛋白缺乏症、苯丙酮酸尿症和其他先天性代谢缺陷病、莱-纳(Lesch-Nyhan)综合征、家族性高胆固醇血症、囊纤维化病等遗传病的基因治疗的报道。Marina Cavazzana等通过激活HMGA2的基因治疗人-地中海贫血，在基因转移之后两年多，该患者（一个成年男子）21个月都不需要依靠输血2。Defne Amado等去年用基因治疗法将一个突变的基因进行了替换，并使12名Leber先天性黑矇症(LCA)儿童患者的一只眼睛的视力得到了部分的恢复，今年他们通过动物实验证明了其第二只眼的复明也是有可能的 3 。12 基因治疗与恶性肿瘤所谓的肿瘤的基因治疗（neoplasm gene therapy）就是用基因转移技术将正常或野生型等外源基因引导入受体细胞，直接修复或纠正肿瘤相关基因的结构与功能缺陷，或者通过增强宿主的免疫防御功能杀伤肿瘤细胞。其治疗策略有四种：肿瘤抑癌基因治疗、抑制肿瘤血管形成治疗、免疫基因治疗、自杀基因治疗。41.2.1抑癌基因治疗研究表明，几乎一半的人类肿瘤均存在抑癌基因的失活，可见抑癌基因的失活与肿瘤的生长有着密切的关系。p53基因最先是1979年由Lane和Grawford在SV40大T抗原基因转染的细胞中发现的，是目前研究最广泛和深入的抑癌基因。2007年4月24日，由美国生物技术公司Introgen（Nasdaq: INGN）研制的p53基因药Advexin成为世界上第一个基因治疗药物。Advexin是利用非复制和非整合腺病毒载体表达肿瘤抑制基因p53，适应症是头颈部肿瘤。宾夕法尼亚大学医学院的研究人员开发了一种新作用剂olaparib能够攻击含有BRCA1或BRCA2基因变异的乳癌患者的肿瘤，能够减缓85%乳癌晚期患者的肿瘤生长5。1.2.2抑制肿瘤血管形成治疗肿瘤的生长和存活依赖于生成的血管为它所提供的氧气和营养物质，没有血管的生成，肿瘤最大也只能长至1-2立方毫米。因此，可通过向肿瘤或靶细胞的周围组织导入血管生成调节基因，通过改变肿瘤血管诱导因子和抑制因子之间的平衡来达到治疗目的。这些抑制因子主要有血管内皮抑素（Endostatin）、白细胞介素（Interleukin）、干扰素（NF）、血管抑制素（Angiostatin）等。早在1971年，Folkman等就提出可通过阻断肿瘤血管的生成来抑制肿瘤的生长，防止肿瘤的转移。目前已在子宫内膜癌6、髓性白血病、肺癌等研究中取得很好的结果。1.2.3免疫基因治疗肿瘤之所以能逃脱机体的免疫系统，就是因为其本身的弱免疫原性，而且在抗原呈递过程中还存在多个环节的缺陷。据此，人们将细胞因子和免疫相关基因导入肿瘤细胞，制备各种瘤苗以增强机体的抗肿瘤免疫功能。主要包括细胞因子治疗、细胞因子联合治疗、制备DNA疫苗等。目前研究主要朝向两个方面：一是提高抗癌效应细胞杀伤力，一是增加癌细胞的免疫原性，有效地激活机体抗肿瘤免疫。1.2.4自杀基因治疗自杀基因(suicide gene) 疗法是指将某些病毒的基因转导入肿瘤细胞,此基因编码的特异性酶类能将细胞无毒或毒性极低的药物前体在肿瘤细胞内代谢成细胞毒性产物,以达到杀死肿瘤细胞为目的。该法是目前肿瘤基因治疗领域中的研究热点之一。1.3 基因治疗与糖尿病东京慈惠会医科大学的研究人员让一种携带能使细胞分裂周期提前的基因病毒直接注射入罹患糖尿病的实验鼠胰腺，结果发现这些实验鼠体内的胰腺-细胞数量已增加到注射前的2.5倍。1.4 基因治疗与艾滋病2009年人类首个艾滋病病毒（HIV）感染患者的基因治疗临床试验是由Ronald T Mitsuyasu1等人对74位HIV成人感染者实施了随机、双盲、安慰剂控制的基因转换临床试验，发现OZ1是安全有效的7。瑞典研究人员最新发现，一种番茄基因Plant thymidine kinase 1与抗艾滋病药物AZT组合后，能更有效地打击癌细胞，这一发现将有助于用基因疗法治疗癌症8。美国南加州大学的葆拉坎农等人最近借助一种名为cutter的酶，删除了未成熟造血细胞中的CCR5蛋白基因，它是艾滋病病毒入侵机体细胞的供受体9。1.5 基因治疗与肥胖目前，肥胖问题已经成为影响人们健康的世界性难题。肥胖会明显增加糖尿病、心血管病、中风和某些癌症的危险。有效地解决肥胖问题成为当务之急。然而就在2007年，由英国半岛医学院的安德鲁、哈特斯利和牛津大学的马克、麦卡锡共同负责领导的研究小组已经寻找到一个与肥胖相关的等位基因，并将之称为FTO。此外还存在反向的基因，即能够对肥胖产生消极作用的基因，比如之前美国学者发现的“瘦素”。最近，美国科学家发现，一旦下丘脑被激活，基因BDNF能改善胰岛素敏感性、减少脂肪组织并降低体重。如果将BDNF基因注射给正常的、糖尿病和高脂肪喂养的小鼠，这种基因在肥胖小鼠体内是活跃的，但当体重下降后，它们的活性逐渐减弱。这就为通过基因手段治疗肥胖症提供了可能。2基因治疗的展望基因治疗作为一种新的治疗手段，临床上用于治疗多种疾病，癌症是其主要应用领域。过去十年，基因治疗研究发展迅猛，取得了很大的进步，部分基因治疗方案已进入临床试验阶段。但也遇到了很多困难，如其靶向性，转移效率较低等问题亟待解决，其安全性更是长期困扰着人们。当前的基因治疗研究中的急需解决的问题是: （1）提供更多可供利用的基因, （2）设计定向整合的载体, （3）如何高效持续表达导入基因, （4）导入的基因缺乏可控性, 5. 靶细胞类型的选择和细胞移植技术, （6）更有效的动物模型, （7）基因转移中的副作用和抗体形成问题。这些都需要研究者更多的探索。未来,基因治疗的主要目标是发展安全和高效的基因导入系统,它们能将外源遗传物质靶向性地导入到特异的细胞10。 参考文献：1 高艳虹，李定国.基因治疗靶向方法的研究进展J.中华内科杂志,2006,45(5):432-434.2 Marina Cavazzana，Emmanuel Payen，Olivier Negre，et al Transfusion independence and HMGA2 activation after gene therapy of human -thalassaemia J. Nature，2010，467：318-322.3 Defne Amado1, Federico Mingozzi, Daniel Hui,et al Safety and Efficacy of Subretinal Readministration of a Viral Vector in Large Animals to Treat Congenital Blindness J. Science Translational Medicine,2010, 2 (21): 21ra16.4 周毅博，侯毅鞠.肿瘤的基因治疗进展J.吉林医药学院学报，2007,28（4）：236-239.5 Andrew Tutt, Mark Robson, Judy E Garber，et al Oral poly(ADP-ribose) polymerase inhibitor olaparib in patients with BRCA1 or BRCA2 mutations and advanced breast cancer: a proof-of-concept J. The Lancet,2010, 373(9737):235-244.6 Yabushita H，Noguchi M，Kinoshita S，et al Angiostatin expression in endomeyrial cancerJ. Hum Gene Ther,2001,12(14):1713-1729.7 Ronald T Mitsuyasu1, Thomas C Merigan, Andrew Carr,et al Phase 2 gene therapy trial of an anti-HIV ribozyme in autologous CD34+ cellsJ. Nature Medicine,2009, 15：285 292.8 Khan Z, Knecht W, Willer M,et al Plant thymidine kinase 1: a novel efficient suicide gene for malignant glioma therapyJ. Neuro Oncol, 2010 ,12(6)：549-558.9 Nathalia Holt,Jianbin