生物技术概论论文 张洪榜

1、课 程 论 文 课 程 生物技术概论 题目基因治疗的研究现状及发展前景 姓名 张洪榜 学号 114120125 院、系 生 命 科 学 学 院 专业 生物科学 基因治疗的研究现状及发展前景【摘要】 基因治疗是21世纪具有很大发展前景的新医疗技术,有望成为人类战胜疾病的利器。本文阐述了基因治疗技术的发展过程及发展过程中存在的问题及取得的成绩，及发展前景。【关键词】 基因治疗 遗传性疾病 基因疗法1、相关概念概述1.1、基因治疗 基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。按作用靶细胞不同，基因治疗可

2、以分为体细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗和增强细胞基因治疗，按基因治疗方法差异可分为体内基因疗法和体外基因疗法，如图1所示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）。1.2、遗传性疾病遗传性疾病是指遗传因素占主要发病原因某些疾病。依据造成遗传性疾病的原因又可以将其区分成：单一基因缺陷的遗传疾病、染色体变异所引起的遗传疾病及由多重基因共同影响所造成的遗传疾病及粒线体基因的变异所引起的疾病。其中因单一基因缺陷而引起的遗传疾病又称为孟德尔型病症。临床大多透过基因检测来辅助诊断以及

3、带因筛检。 1.3、基因疗法 所谓基因疗法，利用健康基因来填补或替代某些缺失或病变的基因，这一疗法兴起于上个世纪90年代，即是通过基因水平的操作来治疗疾病的方法。先从患者身上取出一些细胞（如造血干细胞、纤维干细胞、肝细胞、癌细胞等），然后利用对人体无害的逆转录病毒当载体，把正常的基因嫁接到病毒上，再用这些病毒去感染取出的人体细胞，让它们把正常基因插进细胞的染色体中，使人体细胞“获得”正常的基因，以取代原有的异常基因；接着把这些修复好的细胞培养、繁殖到一定的数量后，送回患者体内，治愈疾病。 2、基因治疗的方法及应用 2.1、基因治疗的原理及方法基因治疗是新近发展起来的一项新技术，经典的基因治疗指

4、在基因水平上对遗传缺陷进行纠正，它主要是向靶细胞或组织中引入外源基因 ，以纠正或补偿基因的缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗的目的。通常包括基因置换、基因修正、基因修饰、基因失活等。1现在基因治疗已从对单基因缺陷性遗传病的基因替代治疗，拓展至对致病基因的修正和基因增强治疗，以及采用外源调理性细胞因子基因、核酶类及反义核酸类基因药物进行治疗。基因治疗的靶细胞可分为两大类：体细胞和生殖细胞。将遗传物质引入人的体细胞进行基因治疗的方法称为体细胞基因治疗；以生殖细胞为对象的基因治疗称为生殖细胞基因治疗。基因治疗作为一种全新的疾病治疗手段，将在一定程度上改变人类疾病治疗的历史进程，使遗传疾病不

5、仅能在当代治疗，而且还能将校正的基因传给患者的下一代，最终根治遗传疾病。2.2、其他疾病的基因治疗目前国际上试用于临床的基因治疗已超过55例，除了遗传性疾病、恶性肿瘤、神经性疾病的基因治疗外，还有心血管疾病如外周动脉症、心肌缺血症、血管再狭窄症，自身免疫性疾病如类风湿性关节炎，感染性疾病如爱滋病，眼病如白内障、青光眼等。有人用血管内皮细胞生长因子基因治疗由动脉栓塞导致的肢体缺血症，发现能促进缺血肢体侧枝循环形成。将带有胰岛素基因的表达质粒直接注射到患糖尿病鼠的肌肉中或逆行注射到胰腺、肝脏、下颌腺等腺体的外分泌管中，结果发现在糖尿病鼠体内均有胰岛素表达，使血糖得以改善。等应用反义寡核苷酸注射治疗

6、增生性视网膜疾病，发现新血管生成明显减少，病症大为缓解。3、基因治疗要素3.1、基因治疗的载体载体可分两大类：病毒性载体和非病毒性载体。病毒性载体如逆转录病毒、腺病毒、疱疹病毒等；非病毒性载体则包括脂质体、分子偶联载体等。3.1.1、病毒性载体 病毒性载体：逆转录病毒应用最早，研究也相当深入，目前仍被广泛应用。它是一类可在感 染细胞内将其反转录为的病毒。最大的优点是可以有效地整合入靶细胞基因组中，并稳定持久地表达所带的外源基因，病毒基因组以转座的方式整合，其基因组不会发生重排，因此所携带的外源基因也不会改变，而且转染率高。3.1.2、腺病毒载体腺病毒载体是一种线性双链病毒，由非结构性早期基因编

7、码结构蛋白的晚期基因和聚合酶转录子组成。将载体用于短期基因治疗是很有前途的，如肿瘤治疗。因肿瘤基因治疗的目的基因往往是产生激活杀伤细胞的酶或免疫调节蛋白，不需万期表达，而载体本身引起的免疫反应也有利于杀伤肿瘤细胞。3.1.3、疱疹病毒载体疱疹病毒载体的优点在于具有嗜神经性，可用作中枢神经系统靶向的良好载体。野生型病毒既可以感染细胞并裂解之，也可以在某些细胞类型如神经元中进入潜伏期。除对神经细胞有亲和性之外，还能感染多种细胞，包括肌肉、肿瘤、肺、肝和胰岛细胞而且病毒滴度很高，它不整合到宿主染色体上，但可在神经细胞核内持续存在。载体的另一优点是载体容量很大，为各种病毒载体之最，因此可以同时装载多个

8、目的基因。目前，这种载体在神经系统的基因治疗方面得到了广泛的应用。3.1.4、非病毒性载体非病毒性载体的研究也是基因治疗研究中的热门课题。2脂质体、裸露等非病毒性载体都能进行自我复制，无免疫原性，但基因转移组织特异性和靶向性差，转染效率低。而近年来发展起来的应用分子偶联载体是由一些能与核酸结合的蛋白或配体介导的基因转移，它克服了以上载体的缺点，受到广泛关注，如去唾液酸糖蛋白 多聚赖氨酸共价连接物与分子结合形成复合物颗粒、转铁蛋白和多聚赖氨酸的复合物等。非病毒性载体基因转染的方法有磷酸钙共沉淀、电穿孔、显微注射、脂质体介导、受体介导转移、直接注射、基因枪等。3.1.5、分子偶联载体分子偶联载体由

9、偶联蛋白、结合因子和配体三部分组成。配体与特异的受体结合，经受体介导的细胞内吞途径，将目的基因转移至细胞内。在正常情况下，分子偶联载体通过受体介导的细胞内吞途径进入细胞后，形成胞内体。胞内体膜破裂后，载体进入细胞质，再进入细胞核内进行基因表达。但胞内体往往与溶酶体结合，导致载体被降解，降低了基因转移效率。3.2、目的基因体内表达的调控早期基因治疗的疾病主要选择如肺囊性纤维化遗传缺陷性疾病，治疗基因导入体内后即使不进行精确的调控也可获得较好疗效。而在用基因治疗其它多种疾病时，对目的产物的需要量要求严格，若目的基因表达由载体或病毒启动子自发激活，表达不受控制，目的产物表达过度或不适当，不仅对疾病治

10、疗不利，甚至可能引起致命的副作用，如糖尿病的胰岛素基因治疗、肾性贫血的 678基因治疗等。目的基因表达的组织、时序及水平上的严格调控是这类基因治疗进入临床前必需解决的问题，即如何有效地调控外源基因在体内的表达，使其控制在适度水平。3.2.1、靶向性治疗基因的靶向性表达决定了基因治疗、尤其是在其对肿瘤治疗中的应用价值。对于理想的肿瘤基因治疗，其目的基因的表达应能区别正常组织与恶性组织，但同时对恶性组织的类型无特殊选择性，能在多种癌症和肿瘤组织中表达，即实现所谓肿瘤特异性表达。目前应用于肿瘤试验性基因治疗载体的病毒性启动子、增强子、启动子、细胞源性启动子肌动蛋白启动子可高效启动下游基因的表达，但基

11、因表达缺乏选择性。具有肿瘤组织特异性的启动子当首推甲胎蛋白启动子。正常肝细胞对甲胎蛋白启动子无反应，目的蛋白的表达仅局限于肝癌细胞之中。3.2.2、可诱导性诱导性表达是细胞对体内外环境的适应性响应。3生物界多种基因的转录具有显著的诱导特性，如胰岛素基因可为氨基酸及葡萄糖诱导。该原理若应用于基因治疗，则可通过应答性启动子元件，在内（外）源性诱导因子作用下，启动、诱导下游基因的表达，从而实施对治疗基因体内表达的启动、表达时机及表达水平的控制。目前应用最多的是四环素、利福平等药物调控系统。研究疾病状态下基因表达调控的机制，开发及应用能被病理信号诱导的启动子元件表达载体系统有其临床应用价值。利用体内特

12、定的生理信号实施转染基因生理水平表达的控制可能为较理想的方法。3.2.3、 安全性非病毒载体一般无毒性问题。而病毒载体虽然本身可整合入靶细胞的基因组内，但目前尚未有 D3载体导致靶细胞恶变的报道。#$的非整合作用使其更安全，但具有免疫原性，容易引起细胞和体液免疫反应。载体的基因表达产物对宿主细胞均有毒性，也会引起严重的免疫反 应。载体则是目前安全性最高的病毒载体。4、基因治疗面临的技术问题和挑战4.1、基因治疗的发展经历了“乐观与热情失望与怀疑理性与挑战”的过程。目前，基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。主要表现为：(1)基因导入系统缺乏靶向性，效率也较低。(2)目前针对遗传性疾病的基

13、因治疗方案大多采用逆转录病毒载体，其插入或整合到染色体的位置是随机的，有引起插入突变及细胞恶性转化的潜在危险。而理想的基因治疗方案应该是在原位补充、置换或修复致病基因，或者将治疗基因插入到宿主细胞染色体上不致病的安全位置。(3)理想的基因治疗应能根据病变的性质和严重程度不同，调控治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或方式表达。但目前还达不到这一目标，4.2、基因治疗面临的挑战现有的基因导入载体容量有限，不能包容全基因或完整的调控顺序，同时人们对导入的基因在体内的转录调控机理的认识有限。以上列举的问题代表了基因治疗领域的关键问题，其核心问题在于基因治疗的靶向性，4目前全世界范围内的科学家都在

14、不同层面上对这些问题进行深入研究。基因治疗发展方向拟以改善和优化基因导入系统的靶向性和效率、构建新的基因定点整合载体、提高原位纠错效率，以及分离克隆新的表达调控元件和构建可控性表达载体为切入点，研究和解决这些关键问题。这些研究不仅将大幅度地提高基因治疗的疗效，还为基因治疗的最后成功铺平道路。5、基因治疗的前景 5高效表达载体和适用于临床的基因转移方法是决定基因治疗成功的基础，在体内精密调控目的基因的表达是决定基因治疗成功的关键，基因治疗的安全性是决定基因治疗成功的保证。过去二三十年基因治疗的发展已取得了巨大成就，它已被看成是对先天和后天基因疾病的潜在有效的治疗方法，不过它依然存在缺少高效的传递

15、系统、缺少持续稳定的表达和宿主产生免疫反应等问题。今后基因治疗研究将向两个方向发展：其一是基础研究更加深入，以解决在临床应用中遇到的一些困难及基因治疗本身需要解决的一些难点（如靶向性差、可控性弱、目的基因少等）为主要研究内容；其二是临床试用项目增多，实施方案更加优化，判断标准更加客观，评价效果更加精确。成功的基因治疗应以安全、有效、简便、实用为目的。随着人类基因组计划的顺利实施和完成，新的人类疾病基因的发现和克隆，基因治疗研究和应用将不断取得突破性进展。【参考文献】1 Anderson W F, Blaese R M, Culver K, et al. The ADA human gene therapy clinical protocol: points to consider response with clinical protocol. Hum Gene Ther, 1990, 1: 3313622 Cavazzana-Calvo M, Hacein-Bey S, de Saint Basile G, et al. Gene therapy of human severe combined immunode