现代生物技术与人类健康

现代生物技术与人类健康,5-13,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,广义的疫苗是指将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。 由细菌制成的称为菌苗； 由病毒、立克次体、螺旋体等制成的称为疫苗。,1 生物技术与疫苗,1.1 疫苗概说,公元10世纪，在宋朝的真宗时代，我国就有了接种人痘预防天花的记载。1796年英国医生Jenner发现用牛痘代替人痘接种同样可预防天花。 特点：直接用未减毒的病原体作为疫苗。,疫苗的发展历史,早期疫苗,第一代疫苗（弱毒苗或灭活苗） 19世纪中叶，法国科学家Parsteur首先发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒或弱化制成疫苗，称之为第一代疫苗。 特点：以减毒、弱化或灭活的病原体做疫苗。,第二代疫苗 (基因工程疫苗 ) 将病原体的抗原（某种蛋白质）基因克隆在细菌或真核细胞内，利用其生产的病原体抗原作为疫苗。 特点：利用病原体的某些抗原成分作为疫苗。,基因工程幽门螺杆菌疫苗,第三代疫苗 (核酸疫苗) 将含有编码病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗，经肌肉注射或微弹轰击等方法导入体内，通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答。 特点：用含有病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗。,DNA 疫苗,质粒,肌肉细胞,抗原基因,肌肉细胞表达抗原蛋白,DNA 疫苗的优点,DNA接种载体(如质粒)的结构简单，提纯质粒DNA的工艺简便，因而生产成本较低，且适于大批量生产；DNA分子克隆比较容易，使得DNA疫苗能根据需要随时进行更新；DNA分子很稳定，可制成DNA疫苗冻干苗，使用时在盐溶液中可恢复原有活性，因而便于运输和保存；比传统疫苗安全，不存在减毒疫苗毒力回升的危险；质粒本身可作为佐剂，因此使用DNA疫苗不用加佐剂，既降低成本又方便使用；将多种质粒DNA简单混合，就可将来源于相同病原菌的不同菌株的多种不同抗原结合在一起，组成多价疫苗，从而使1种DNA疫苗能够诱导产生针对多个抗原表位的免疫保护作用，使DNA疫苗生产的灵活性大大增加。,Ab,Ag,静止B 细胞,辅佐细胞 ( 巨噬细胞）,静止T 细胞,病原微生物,激活,记忆B 细胞,浆细胞,活化的T细胞,激活,1.2 免疫系统及疫苗的作用机理,1981年Edman等克隆了该抗原基因并大量表达。1986年美国批准酵母表达系统生产表面抗原疫苗上市。以色列等国采用仓鼠细胞生产疫苗。我国可采用以上两种表达系统生产疫苗。,1.3.1 肝炎病毒疫苗,乙型肝炎病毒（HBsAg）,1.3 病毒性疾病的疫苗,国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市。我国使用的减毒疫苗也取得了很好的效果。国内基因工程空壳甲肝病毒及痘苗活病毒疫苗也显示了很好的免疫原性。 2001年美国批准甲乙型 肝炎联合疫苗上市。,甲型肝炎病毒,临床症状上与甲肝相似, 患者有明显的乏力、食欲减退、恶心、呕吐，部分患者可出现黄疸。 接种疫苗是预防戊肝的最好办法。不过，迄今为止世界上仍未有疫苗获批上市。厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心科研人员经过艰苦的联合攻关，首次成功地利用大肠杆菌表达系统获得了戊型肝炎类病毒颗粒，目前正准备进入III期临床试验。,戊型肝炎病毒,丙型肝炎是由丙肝病毒（HCV）所引起，是通过输血或血制品、破损的皮肤和黏膜、静脉注射毒品、性传播、母婴传播等传染引起的。丙型肝炎病毒感染后，大部分患者转为慢性肝炎，其中部分患者可发展为肝硬化甚至肝癌。对感染者的危害远大于乙肝病毒感染。,丙型肝炎病毒（尚无疫苗）,由于丙型肝炎病毒目前尚未能培养成功。而且丙肝病毒还存在着高突变率，尤其是包膜区的多变性，目前已知至少存在6种不同基因型的病毒，各型之间的异源性高达25%30%，给丙肝疫苗的研究带来了重重困难。这也是为什么至今仍未见有丙肝疫苗上市的原因之一。,丙型肝炎病毒（尚无疫苗）,1.3.2 艾滋病病毒疫苗,HIV模式图,艾滋病疫苗的研究主要是通过克隆病毒外膜蛋白和gp160及gp120基因后在不同的表达系统中表达，以获得基因工程疫苗。目前该疫苗大多处于临床试验阶段,尚未大规模使用。,电子显微镜下的HIV,小儿麻痹症疫苗 小儿麻痹症是由脊髓灰质炎病毒引起的中枢神经系统疾病。通过基因工程方法改变脊髓灰质炎病毒的基因结构，获得弱化了的脊髓灰质炎病毒，用它研制成了小儿麻痹口服疫苗。通过基因工程方法制得脊髓灰质炎病毒衣壳蛋白VP1、VP2和VP3作为注射疫苗。,1.3.3 其他病毒性疾病疫苗,10000,1000,100,10,1,0,Reported cases,1950,1955,1960,1965,1970,1975,Killed (Salk) vaccine,Total casesSweden and Finland,流感疫苗 流感病毒极易发生变异, 能逃避抗体的作用。所以长期未有有效的疫苗面市。1993年Ulmer首先将流感病毒高度保守的NP基因插入质粒中制成核酸疫苗免疫小鼠，并取得了令人满意的效果。,流感病毒,狂犬病疫苗 狂犬病疫苗是继天花之后，人类最早应用的第二个疫苗。狂犬病疫苗经历了脑组织细胞培养、基因工程、合成肽及抗独特型抗体疫苗等几个发展阶段。最近又发展了动物 实验效果较好且更为安全的金 丝雀痘病毒活疫苗。,狂犬病毒,疱疹病毒疫苗 EB（Epstein-Barr）病毒是5种疱疹病毒之一。在非洲，这种病毒主要侵染B淋巴细胞引起波克梯氏淋巴瘤，在地中海地区及包括我国在内的亚洲地区则主要浸染口、咽上皮细胞引起鼻咽癌。现在已成功地构建EB病毒膜抗原的重组痘苗病毒，以及中国仓鼠表达系统， 并完成了成人、儿童和幼儿 的免疫观察。目前没有有效的疱疹病毒疫苗。,疱疹病毒,霍乱疫苗接种已有100多年的历史，传统疫苗是采用肌肉注射的灭活或减毒霍乱弧菌菌体苗。效果不佳，副作用大（发热、头痛、腹泻），已被WHO宣布不再推荐此疫苗的应用。,1.4.1 霍乱弧菌疫苗,1.4 细菌性疾病的疫苗,根据霍乱弧菌的致病机理，科学家们利用基因工程技术研制了重组B亚单位疫苗，是已被WHO推荐应用的疫苗。我国军事医学科学院生物工程研究所经过十多年的研究研制出了国家一类新药口服胶囊型重组B亚单位/菌体霍乱疫苗，并已上市。,幽门螺杆菌的灭活全细胞或经超声波破碎后的无细胞提取物均具有一定的免疫原性。1995年Lee等人报道用幽门螺杆菌的尿素酶及大肠杆菌不耐热肠毒素为佐剂免疫小鼠，可产生保护性抗体。,1.4.2 幽门螺杆菌疫苗,目前疟原虫的基因工程疫苗有抗子孢子疫苗，如CSP蛋白质；抗裂殖子疫苗；抗配子母细胞疫苗等。,1.5 寄生虫病疫苗,1.5.1 疟原虫疫苗,1.5.2 血吸虫疫苗 血吸虫基因工程疫苗主要有两大类：一类是虫体蛋白质，如28 kDa蛋白和25kDa蛋白的基因工程疫苗就具有良好的抗原性；另一类是酶性抗原，如谷胱甘肽S-巯基转移酶（GST）、3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）、超氧化物歧化酶（SOD）、磷酸葡萄糖同分异构酶（TPI）等候选抗原。,DNA疫苗是利用克隆于载体上的抗原基因直接注射机体（包括皮下、皮内或肌肉等）、口服、鼻内滴注、鼻腔喷雾及阴道接种等方式，被细胞摄取并在细胞内表达相应的抗原，通过不同途径诱导机体的特异免疫应答。DNA疫苗的最大优点易于制备、便于保存、基因在细胞的持续表达可达到持续免疫的效果并且易于制成多联多价疫苗。缺点是DNA是否会整合到染色体上而引起严重的后果，是否会引起免疫病理作用，如诱发自身抗核抗体，是否会产生免疫耐受等问题仍有待研究与观察。,1.6 DNA疫苗（尚未广泛应用）,所谓治疗性疫苗是指有别于传统的对传染病有预防作用的疫苗，而是指具有积极治疗意义的一类新型疫苗。预防性疫苗主要针对健康的人群，目的是预防，所以其普遍性、安全性和有效性是非常重要的，因此靶抗原主要以病原体或其自身的组成成分为主；而治疗性疫苗则是针对少数感染或患病个体，目的是治疗，因此它注重的是个体的病理学特殊性，针对性较强，靶位的选择趋于特殊性。,1.7 治疗性疫苗,非特异性疫苗是指具有增强肌体免疫系统的活性的疫苗。如病毒性疾病（如丙型肝炎、乙型肝炎、艾滋病等）的治疗性疫苗以及肿瘤疫苗。特异性疫苗 则是指用于治疗某一特定疾病的疫苗。如自身免疫性疾病疫苗，如多角性硬化病、系统性红斑狼疮等；心血管疾病疫苗，如动脉粥样硬化和高血压；认知性疾病，如朊病毒疾病、亨廷顿舞蹈病、阿尔茨海默病等。,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,ELISA：酶联免疫吸附检测技术(enzyme linked immunosorbent assay),2.1.1 ELISA技术的原理,2.1 ELISA技术与单克隆抗体,2 生物技术与疾病诊断,测定抗体的 测定抗原的间接ELISA法 双抗体夹心法,底物,显色产物,酶,Ab ,Ab ,Ag,2.1.2 常用ELISA 诊断技术,ELISA检验必须首先制备大量的抗原 传统的抗原制备方法本身存在很大的危险，因为制造抗原时，要大量培养病原体，如果这些病原体逸出，将会造成很大危害；其次，产品的质量难以控制，难以标准化，从而导致各批次产品质量的差异；再次，生产费用高，特别是那些体外不能培养的病原体更是如此。 基因工程抗原可以克服上述的不足。,2.1.3 基因工程抗原,多克隆抗体 由于一个抗原往往会有多个抗原决定簇，直接免疫动物后，从被免疫的动物的血清制备的抗体是一种含有可分别与多个抗原决定簇结合的多种抗体的混合物，这种混合物称之为多克隆抗体。,2.1.4 多克隆抗体与单克隆抗体,单克隆抗体 利用细胞融合技术，在体外大量培养融合细胞，由融合细胞产生大量的抗体。单克隆抗体只识别某一特定的抗原决定簇，所以它具有特异性强、成分均一、灵敏度高、产量大、容易标准化生产等优点而明显优于多克隆抗体。,1978年Kan和Dozy首先应用羊水细胞DNA限制性片段长度多态性（RFLP）做镰状细胞贫血症的产前诊断，从而开创了DNA诊断的新技术。20多年来，DNA诊断技术取得了飞速的发展，建立了多种多样的检测方法，这些检测方法可以用于遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的诊断。,2.2 DNA诊断技术,2.2.1 DNA探针杂交技术,PCR: polymerase chain reaction， 即聚合酶链式反应技术是一项体外扩增特异DNA片段的技术。 特点：灵敏度极高，可以检测极微量的病原体。但如果操作不当很容易产生假阳性反应。,2.2.2 PCR技术,利用PCR诊断遗传病遗传病的诊断包括：临症诊断（symptomatic diagnosis）：是指遗传病出现临床症状后所做的诊断。症状前诊断（presymptomatic diagnosis）：是指临床症状出现前所做的诊断。产前诊断：胎儿出生前所做的诊断。由于目前大多数遗传病无有效的治疗方法，因此产前诊断对于降低遗传病的发病率，提高人口素质具有重要的意义。,夫妇之一有染色体畸变。 35岁以上的高龄产妇。 夫妇之一有开放性神经管畸形。 夫妇之一有先天性代谢缺陷。 X-连锁遗传病基因携带者孕妇。 有原因不明的习惯性流产的孕妇。 羊水过多的孕妇。 夫妇之一有致畸因素接触史的孕妇。 具有遗传病家族史，又系近亲结婚的孕妇。,需要进行产前诊断的对象,可利用PCR技术诊断的部分传染因子 病毒 细菌 寄生虫 单纯性疱疹病毒 大肠杆菌 衣原体 肝炎病毒 沙门氏菌 锥虫 巨细胞病毒 耶尔森氏菌 丝虫 腺病毒 分支杆菌 疟原虫 风疹病毒 弯曲菌 血吸虫 Epstein-Barr病毒 军团菌 利什曼原虫 轮状病毒 博代氏杆菌 旋毛虫 乳头状瘤病毒 弧菌 小泰氏梨浆虫 人免疫缺陷病毒 链球菌 弓形虫 细小病毒 葡萄球菌 鼻病毒 淋病奈瑟氏菌 立克次氏体 支原菌,利用PCR诊断传染病,限制性片段长度多态性（RFLP）是指由于碱基的改变导致DNA上的某一限制性内切核酸酶水解位点增加或减少。当这种DNA用内切酶水解时，产生的DNA片段数将相应的增加或减少，并且其DNA片段的分子质量也发生相应的改变，这种DNA片段的变化就称为限制性片段长度多态性。,2.2.3 PCR-RFLP技术,RFLP：restriction fragment length poly-morphism,限制性片段长度多态性。,该方法是PCR技术和ELISA技术的结合，所以它是一种两级放大系统，即PCR放大和ELISA放大，故而它的灵敏度更高。同时这种方法避免了PCR产物分析时的电泳及染色过程，所以更为快速简便。,2.2.4 PCR-ELISA技术,利用RFLP技术检测基因突变，除了上述的PCR-RFLP技术以外，还可以利用探针分子来进行检测。,2.2.5 RFLP-探针杂交技术,生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统,以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测技术。,2.2.6 生物芯片技术,生物芯片的主要优点采用了平面微细加工技术,可实现大批量生产。通过提高集成度, 可降低成本。可组装大量的 (104106种)生物分子探针, 获取信息量大,效率高。结合微机械技术,可把生物样品的预处理,基因物质的提取、扩增,以及杂交后的信息检测集成为芯片实验室,制备成微型、全自动化、可用于微量试样检测的高度集成的智能化生物芯片。,诊断肿瘤 检查肿瘤组织基因表达谱、寻找肿瘤相关 基因、肿瘤基因突变的研究 。检测病原体 将许多代表每种微生物的特殊基因制成一 张芯片，判断患者感染病原体的种类。遗传性疾病的诊断,生物芯片在诊断上的应用,NanoChip 400 System,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药,主要内容,1928年A.Fleming发现一种被称为点青霉（Penicillium notatum）的真菌能产生青霉素。 迄今人们已经找到了6000多种不同来源、不同结构、不同作用机制的抗生素 ，广泛应用的约有100种。,3.1 抗生素及其他天然药物3.1.1 抗生素,3 生物技术与生物制药,全世界每年抗生素的产量超过10万吨，产值超过50亿美元。抗生素使许多疾病特别是细菌引起的传染性疾病得到了有效的控制。抗生素的滥用，已使许多细菌产生了抗药性 。,人参组织培养生产人参皂甙 (抗肿瘤）。组织培养方法生产紫草的有效成分紫草宁（治疗创伤、烧伤）。 紫杉细胞培养法及真菌发酵法生产紫杉醇（抗癌）。（尚处于研究阶段）,3.1.2 其他天然药物,紫杉醇 紫杉,将有治疗意义的蛋白质基因克隆后，导入细菌、酵母等生长旺盛的表达系统中，使这个基因接受表达系统中强的表达元件的控制而大量表达，从而得到可供临床使用的大量药物。,3.2 基因工程药物,安全，不易被病原菌污染。成本低、产量高。 用传统技术提取5mg的生长激素释放抑制因子需要50万头的绵羊脑，而用基因工程技术生产只需9L细菌发酵液。生产的蛋白质药物的性质更加稳定、活性更高、副作用更低。 可以通过基因工程的方法对蛋白质基因的结构加以改造以改变蛋白质结构，使其更稳定。,优点多,美国十分重视基础研究，立足于创新，因此美国的基因制药一直处于领先水平。美国现有各类生物技术公司2000多家，其中1300多家从事医药产品的开发研究， 300多家为上市公司。1997年美国基因工程药物的销售额为60亿美元，到2001年的产值已达200多亿美元。 日本基因工程药物的年销售额也高达几千亿日元。 我国基因工程药物数量少、市场规模仍然十分有限。,效益高,用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物 蛋白质名称 用途 促肾上腺皮质激素（adrenocorticotrophic hormone） 治疗风湿（rheumatic disease）B细胞生长因子（B-cell growth factor） 治疗免疫系统功能失调降钙素(calcitonin) 治疗软骨病(osteomalacia)集落刺激因子(colony stimulating factor) 治疗血液病、肿瘤辅助治疗绒毛膜促性腺激素(chorionic gonadotropin) 治疗不排卵症内啡肽和脑啡肽(endorphine and enkephalin) 镇痛剂(analgesic agent)上皮生长因子(epidermal growth factor) 促进伤口愈合红细胞生成素(erythropoietin) 治疗贫血(anemia)凝血因子(factor ) 治疗血友病(hemophilia)凝血因子(factor ) 治疗血友病生长激素(growth hormone) 促进生长生长激素释放因子(growth hormone releasing factor) 促进生长胰岛素(insulin) 治疗糖尿病(diabetes)干扰素(interferon) 抗病毒抗肿瘤白细胞介素(interleukin) 治疗癌症,蛋白质名称 用途淋巴细胞毒素(lymphotoxin) 抗肿瘤巨噬细胞激活因子(macrophage activating factor) 抗肿瘤神经生长因子(nerve growth factor) 促进神经系统损伤的修复血小板衍生因子(platelet-derived growth factor) 治疗动脉粥样硬化松弛素(relaxin) 助产剂血清白蛋白(serum albumin) 血浆补充物生长调节素(somatomedin C) 促进生长组织型纤溶酶原激活剂(tissue plasminogen activator) 溶栓剂肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor) 抗肿瘤尿抑胃素(urogastrone) 抗溃疡药物尿激酶(urokinase) 溶栓剂,用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物（续表）,我国已经批准上市的基因工程药物,药品名 开发生产公司 批准时间 适应证 重组人干扰素1b（外用）长春生研所 1989年试生产 病毒性角膜炎 重组人干扰素1b 上海生研所 1996年正式生产 乙肝，丙肝等 深圳科兴 1996年正式生产 乙肝，丙肝 重组人干扰素2a 长春生研所 1996年正式生产 尖锐湿疣，疱疹 长生药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝 三生药生 1997年正式生产 乙肝，丙肝 大洲药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝 重组人干扰素2b 里亚哈尔 1996年正式生产 乙肝，丙肝 华立达 1997年正式生产 乙肝，丙肝 安科 1997年试生产 乙肝，丙肝 华新 1997年试生产 乙肝，丙肝 重组干扰素- 上海生研所 1994年试生产 类风湿 克隆 1995年试生产 类风湿 丽珠生物工程 1995年试生产 类风湿,药品名 开发生产公司 批准时间 适应证 重组人白细胞介素-2 长春生研所 1997年正式生产 癌症辅助治疗 长生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗 四环制药 1997年正式生产 癌症辅助治疗 华新 1997年正式生产 癌症辅助治疗 三生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗 深圳科兴 1997年正式生产 癌症辅助治疗 中化合通 1995年试生产 癌症辅助治疗 金丝利 1995年试生产 癌症辅助治疗 康利制药 1995年试生产 癌症辅助治疗重组人粒细胞集落刺激因子 九源 1997年试生产 化疗生白细胞重组人粒细胞、巨细胞集落 特宝 1997年试生产 化疗生白细胞刺激因子,我国已经批准上市的基因工程药物（续表1）,课堂测试,例举两个现代生物技术在人类健康中的应用实例。,写好：学号-院系-班级-姓名,截止2004年美国FDA批准上市的治疗性抗体 名称 靶向抗原 适应症 抗体种类 公司 批准时间,OKT3 CD3 移植排斥 鼠mAb Johnson 1986 ReoPro 血小板受体 冠心病 人-鼠嵌合Fab Centor/Lilly 1994 IIb IIIa Panorex 1721A 大肠癌 鼠mAb Centocor 1995 (德国)Rituxan CD20 淋巴瘤 人-鼠嵌合IgG1 IDEC / 1997 Genentech /RocheZanapax CD25 移植排斥 人源化抗体 Roche 1997Remicade TNF2 炎症性肠病 人-鼠嵌合IgG1 Centocor 1998、1999 类风湿,3.3 治疗性抗体,Synagis RSV RSV感染 人源化抗体 Medlmmune 1989Simulect CD25 移植排斥 人-鼠嵌合IgG1 Novartis 1989Herceptin HER2 /neu 乳腺癌 人源化抗体 Genentech 1989 Mylotarg CD33 白血病 人源化抗体- Wyeth Ayerst 2000 化疗药物交联物Campath CD52 慢性淋巴细胞白血病 人源化抗体 Millenium DEC 2001Zevalin CD20 淋巴瘤 鼠IgG1-放射 Pharmaceuticals 2002 性核素共轭化合物 Xolair IgE2Fc 过敏症 人源化抗体 Tanox/Genentech 2002 /NovartisHumira TNF2 类风湿 人IgG1 Abbot/CAT 2003 Bexxar CD20 淋巴瘤 鼠mAb Corixa 2003Erbitux EGFR 晚期直肠癌 人-鼠嵌合IgG1 Imclone 2004Avastin VEGF 结直肠癌 人源化抗体 Genentech 2004,截止2004年美国FDA批准上市的治疗性抗体（续表）名称 靶向抗原 适应症 抗体种类 公司 批准时间,品种 批准时间抗人IL-8单克隆抗体乳膏 2001注射用重组人II型TNF受体-抗体融合蛋白 2003131I肿瘤细胞核人-鼠嵌合单克隆抗体注射液 2003鼠源抗CD3单克隆抗体（进口） 2003重组人-鼠嵌合抗CD20单克隆抗体注射液 2004注射用重组抗HER2人源化单克隆抗体 2004注射用鼠抗人CD3表面抗原单克隆抗体 临床公告抗人T淋巴细胞单克隆抗体 临床公告,我国获批准注册的抗体药物,所谓的基因治疗是指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。传统意义上的基因治疗（gene therapy）是指目的基因导入靶细胞以后与宿主细胞内的基因发生重组，成为宿主细胞的一部分，从而可以稳定地遗传下去并达到对疾病进行治疗的目的。,4.1 基因治疗,4 生物技术与生物疗法,由于技术的进步，近年来采用基因工程技术，即使目的基因和宿主细胞内的基因不发生重组，目的基因也能得到暂时的表达，为了与传统意义上的基因治疗相区别，有时又将其称为基因疗法（gene therapeutics）。,基因治疗根据对宿主病变基因采取的措施不同，可分为基因置换、基因修正、基因修饰和基因失活四大策略。,正常红细胞 镰状红细胞,对于成功地进行单基因病的基因治疗来说，必须具备以下条件：选择合适的疾病；具备该病分子缺陷的知识，深入了解其发病机理；用于治疗的基因（目的基因）已被克隆；克隆基因的有效表达；具有可用于临床前试验的动物模型。,4.1.1单基因病的基因治疗,只有10多种遗传性疾病的分子发病机理了解得比较清楚，也只有少数几种遗传性疾病具有基因治疗的方案。如腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷引起的严重型复合性免疫缺陷症（SCID）；凝血因子（FIX）基因缺陷引起的血友病B（HEMB）；低密度脂蛋白受体（LDLR）基因缺陷引起的家族性高血脂症（FH）以及跨膜转导调节因子（CFTR）基因缺陷引起的囊性纤维化（CF）等。,Naked DNA,Target Cell,Therapeutic Protein,AAV,Retrovirus/Lentivirus,Adenovirus,Nucleus,Gene Therapy Principles,Adenovirus Cell Entry,病名 基因 靶细胞 机构囊性纤维变性 CFTR 呼吸道上皮细胞 美国国立卫生研究院SCID ADA 淋巴细胞、CD34+细胞 美国国立卫生研究院Gaucher 病 葡萄糖脑苷脂酶 CD34+外周血干细胞 美国匹兹堡大学1-抗胰蛋白 1抗胰蛋白酶 鼻、呼吸道上皮细胞 美国范德比尔特大学酶缺陷症 Fanconi贫血 FACC CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院Hunter综合征 杜糖醛酸2-硫酸酯酶 外周血干细胞 美国密尼苏达大学慢性肉芽肿病 p47/phox CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院血友病B 凝血因子 成纤维细胞 上海复旦大学和长海医院嘌呤核苷 嘌呤核苷磷酸化酶 外周血淋巴细胞 美国密尼苏达大学磷酸化酶缺陷 转氨基甲酰 转氨基甲酰鸟氨酸酶 肝脏 美国宾州大学鸟氨酸酶缺陷 X-连锁SCID 细胞因子共同链 CD34+细胞 美国洛杉矶儿童医院,部分单基因遗传病临床基因治疗概况,重症联合免疫缺陷（SCID）患者只能生活在无菌的空间中。,SCID治疗策略,我国在遗传病的基因治疗方面也开展地比较早。1991年7月，我国开始进行HEMB（血友病B，凝血因子IX突变）的基因治疗。从一批志愿接受基因治疗的HEMB患者中选择了两兄弟（伴性遗传）进行治疗。效果明显，1994年通过卫生部的评审。,血友病患者右膝关节急性出血,瘤苗治疗策略通过免疫系统杀灭癌细胞，即通过提高癌细胞的免疫原性和（或）调动机体的免疫功能达到杀灭癌细胞的作用。基因修饰策略利用正常的抑癌基因替代失活的抑抗癌基因，达到抑制细胞恶性繁殖的目的。,4.1.2 瘤苗与肿瘤的基因治疗,目前的肿瘤疫苗根据其组成分可分为四种：肿瘤细胞疫苗：即原始的肿瘤疫苗；肿瘤核酸疫苗：即肿瘤DNA疫苗；肿瘤肽疫苗：包括用化学合成法合成肿瘤特异的短肽或基因工程方法制备的短肽 ；肿瘤基因工程疫苗：通过基因工程技术，将目的基因导入受体细胞而制成的瘤苗。,瘤苗与肿瘤治疗,根据肿瘤疫苗的作用机理，可将肿瘤疫苗分成3种类型：增强肿瘤细胞的免疫原性 提高机体整体抗瘤能力，调动机体的免疫功能 表达产物直接杀伤癌细胞,视网膜母细胞瘤,所谓的反义技术则是指天然存在的或人工合成的一类RNA分子，它不能编码蛋白质，但它的核苷酸顺序与某种mRNA可互补配对，所以这种反义RNA可与mRNA结合配对从而干扰mRNA的翻译，使相应的基因不能表达。这种利用反义RNA封闭某个基因（靶基因）的技术就称为反义技术。,反义技术与癌基因失活,抑癌基因基因在正常细胞中处于表达状态，它的基因产物起着抑制细胞生长的作用。一旦这种基因突变而丧失功能，将促使细胞生长繁殖。这类基因突变后必须用正常有功能基因来替代突变了的基因，起抑制细胞生长的作用。,抑癌基因与基因修饰,自杀基因治疗是一种具有广泛应用前景的基因治疗方法。“自杀”基因是指它的蛋白质产物能使无毒性的化疗药物前体转变为毒性形式，或者提高靶细胞对化疗药物的敏感性，充分发挥其细胞毒作用，使导入自杀基因的细胞“自杀”，达到杀灭靶细胞的目的。相反，“自杀”基因也可以发挥旁观者的效应，杀死未导入“自杀”基因的邻近细胞。因此自杀基因疗法可以在肿瘤、血管增生性疾病、骨髓移植等疾病的治疗中发挥作用。,4.1.3 自杀基因治疗,干细胞是一种具有多分化潜能和自我复制功能的早期未分化细胞，医学上称其为“万用细胞”。在特定条件下，它可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官。因此人们期望能够用干细胞来修复那些不能再生的坏损组织或器官，从而治愈某些疾病。,4.2 干细胞的利用,用干细胞生物工程治疗疾病的最显著特点就是：从理论上讲，它可以治疗几乎所有疾病，比如癌症、心肌坏死性疾病、自身免疫疾病和神经退行性疾病等。如果和基因治疗相结合，还可以治疗众多遗传性疾病。,从总体上说，干细胞研究还处于起步阶段，其成为研究热点还只是近几年的事，到目前为止人们已经能够分离、培养干细胞，但要诱导胚胎干细胞定向分化，还是一件很困难的事。不过这项研究所蕴藏着的巨大的应用前景不能不令人心动。,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药4 生物技术与生物疗法5 人类基因组计划（HGP）,主要内容,1 生物技术与疫苗2 生物技术与疾病诊断3 生物技术与生物制药4 生物技术与生物疗法5 人类基因组计划（HGP）,主要内容,最早提出HGP这一设想的是美国生物学家、诺贝尔奖得主Dulbecco。他在1986年3月7日出版的Science杂志上发表了一篇题为“肿瘤研究的一个转折点：人类基因组的全序列分析”的短文，提出包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关，呼吁科学家们联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的序列。他说，这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美，我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作。,5.1 HGP产生的背景,5 人类基因组计划（HGP）,HGP的最终任务是要破译人体遗传物质DNA分子所携带的全部遗传信息。完成后将获得四张图：物理图、遗传图、序列图和转录图。前三张图实际上是精确度不同的三张序列图，最后一张图则用来表示DNA上哪些核苷酸序列可以编码蛋白质。,5.2 HGP的任务,第一个五年 技术上改进510倍（19911995） 作图完成50% 测定核苷酸顺序1% 第二个五年 技术上改进510倍 （19962000） 作图完成100% 测定核苷酸顺序10% 第三年五年 测定核苷酸顺序100% （20012005） 找出所有基因,美国人类基因组研究15年总体规划,年度,目标,2000年6月26日，人类基因组草图已经基本完成（测序完成97%，序列组装完成85%）；2001年2月12日，由美国、日本、德国、法国、英国和中国组成的国际人类基因组计划及美国Celera公司联合宣布对人类基因组的初步分析结果；,5.3 HGP的研究进展,2003 年4 月15 日, 美、英、德、日、法、中6 个国家共同宣布人类基因组序列图完成, 人类基因组计划的所有目标全部实现；2004年10月，人类基因组完成图公布；2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成并公布了该染色体的基因草图。,人类基因组有31.6亿个核苷酸，3万4万个结构基因。基因在