癌症基因治疗的研究进展

癌症基因治疗的研究进展

1国外基因治疗的实践基因治疗是指通过手术遗传因素来干预疾病的发生、发展和过程，包括人类自身遗传结构或功能的干扰、坏死细胞或提高身体功能的能力，以达到治疗的目的。基因治疗是随着DNA重组技术的成熟而发展起来的,它被认为是医学和药学领域的一次革命,是当今生物医学发展最重要的里程碑之一,同时也必将对传统制药业产生深远影响和冲击。随着DNA双螺旋结构的发现和以DNA重组技术为代表的现代分子生物学技术的发展,以及人类对疾病认识的不断深入,越来越多的证据表明,多种疾病与基因的结构或功能改变有关,因而萌生了从基因水平治疗疾病的念头和梦想。早在1968年,美国科学家迈克尔·布莱泽在《新英格兰医学报》上发表了“改变基因缺损:医疗美好前景”的文章,首次在医学界提出了基因疗法的概念。自1980年至1989年,从学术界到宗教、伦理、法律各界,对基因治疗能否进入临床存在很大争议。直到1989年美国才批准了世界上第一个基因治疗临床试验方案,当然这不是一个真正意义上的基因治疗,而是用一个示踪基因构建一个表达载体,了解该示踪基因在人体内的分布和表达情况。到了1990年,美国NIH的FreuchAnderson博士开始了世界上第一个真正意义上的基因治疗临床试验,他们用ADA(腺苷酸脱氨酶)基因治疗了一位因ADA基因缺陷导致严重免疫缺损(severecombinedimmunodeficiency,SCID)的4岁女孩,并获得了初步成功,促使世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。2000年,法国巴黎内克尔(Necker)儿童医院利用基因治疗,使数名有免疫缺陷的婴儿恢复了正常的免疫功能,取得了基因治疗开展近十年来最大的成功。2004年1月,深圳赛百诺基因技术有限公司将世界上第一个基因治疗产品重组人p53抗癌注射液(商品名:今又生)正式推向市场,这是全球基因治疗产业化发展的里程碑。2临床试验方案的现状自从1990年美国FDA正式批准第一个基因治疗临床试验以来,世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。截止到1995年,全世界共有100多个基因治疗临床方案,在美国NIH主持的评估中发现真正有效的方案仅几个,从而提出必须加强基因治疗中的关键基础问题的研究,加强了对基因治疗临床试验方案的审批和监管力度。从此,基因治疗从狂热转入理性化的正常轨道,并一直在稳健地发展。据统计,截至2004年6月底,全世界范围内基因治疗的临床试验方案已有987个,表明基因治疗具有良好的发展前景。在所有的临床试验方案中:(1)恶性肿瘤占全部基因治疗临床试验方案的首位,占总数的66%;(2)心血管疾病占全部基因治疗临床试验方案的8.1%;(3)单基因疾病占全部基因治疗临床试验方案的9.4%;(4)感染性疾病,主要是艾滋病(AIDS)占全部基因治疗临床试验方案的6.6%;(5)其他疾病占全部基因治疗临床试验方案的2.9%;(6)基因示踪占全部基因治疗临床试验方案的5.3%。目前这些基因治疗临床方案大多数处于Ⅰ/Ⅱ期临床试验阶段,其中Ⅰ期临床方案有624个,Ⅰ/Ⅱ期204个,Ⅱ期131个,Ⅱ/Ⅲ期11个,Ⅲ期17个。目前只有我国的重组腺病毒——p53抗癌注射液(商品名“今又生”)作为世界上第一个基因治疗产品正式上市,这不仅标志着我国能够在“点”上取得世界性的科技突破,也意味着我国有能力在生物高技术产业化进程中抢占先机。总的来说,在基因治疗基础研究和临床试验及产业化各个领域,美国均领先于世界,其临床方案有662个,占世界上总数的67%。然而,如果我们冷静、公正地去审视这十几年来在基因治疗研究领域所取得的成绩,我们不得不承认其中还存在一些问题,主要是有效性和安全性。第一,目前进入Ⅲ期临床试验的只有17个,而且大多数临床试验疗效有限;第二,法国巴黎Necker儿童医院因SCID接受基因治疗的患者中有三名出现了类白血病样症状,表明基因治疗安全性问题有待于进一步解决[6～7]。3国内基因治疗发展情况与美国及欧洲相比,我国基因治疗基础研究和临床试验开展得较早,起点也不低。早在20世纪70年代,吴旻院士就对遗传性疾病等的防治提出了基因治疗的问题。1985年,他再次撰文指出基因治疗的重要目标是肿瘤。我国是世界上较早开展基因治疗临床试验的国家,基因治疗基础研究和临床试验基本与世界同步,复旦大学从1987年就开展了血友病B的基因治疗研究,1991年,对两例血友病B患者进行基因治疗特殊临床试验,这也是我国第一个基因治疗临床试验方案。之后,我国对单基因遗传病、恶性肿瘤、心血管疾病、神经性疾病、艾滋病等多种人类重大疾病开展了基因治疗基础和临床试验研究。上海交通大学肿瘤研究所利用TK基因转移治疗脑恶性胶质瘤是当时国内首先进入临床试验的肿瘤基因治疗方案。我国在心血管基因治疗方面也取得了一定进展,VEGF治疗梗塞性心血管病和用人肝细胞生长因子基因治疗病理性瘢痕也取得了重大进展,其中VEGF治疗梗塞性心血管病在北京安贞医院进行了特殊临床试验,这是我国第一个批准进入临床研究的心血管疾病基因治疗方案,也是继美国之后第二个开展心血管疾病基因治疗临床试验的国家。深圳赛百诺基因技术有限公司从1998年开始进行重组腺病毒——p53抗癌注射液的临床试验,至2003年完成了全部临床试验,于2004年1月获得我国SFDA批准的新药生产批文(商品名“今又生”)。目前,我国已经有7～8项基因治疗方案进入了临床试验阶段,并建立了国家“863”计划生物领域病毒载体研发基地,主要开展腺伴随病毒载体研发和产业化。另外,还有5～6项基因治疗临床方案正在向国家SFDA申请临床试验批文,20～30项研究已完成或正在进行临床前试验,20个左右项目进入了中试研究阶段,大多数基因治疗研究都具有创新性。4基因治疗的展望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,这是符合事物发展规律的。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。如以腺病毒为载体的p53基因转移治疗恶性肿瘤的方案中,只能直接将腺病毒注射到肿瘤局部。若静脉注射,病毒颗粒将很快被清除,真正能够到达肿瘤组织的很少,难以达到治疗效果,且增加了副作用。前面提到的第一例逆转录病毒介导ADA基因转移成功治疗SCID的病例,因为导入效率较低,前后经历了11次体外转导和回输。(2)目前针对遗传性疾病的基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,其主要原因是: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,目前全世界范围内的科学家都在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。2005年3月4日,美国FDA组织专家讨论基因治疗安全性问题。自2000年以来,法国巴黎内克尔医院Fischer教授对17名患SCID的小孩实施基因疗法,当时疗效很显著,但是在2003年,其中2名患者出现白血病症状,目前有一个患病小孩已经死亡,现在第三个小孩也出现了白血病症状[6～7,10]。针对这一情况,美国FDA组织专家讨论这一严重副作用是由于使用了特殊基因引起的孤立事件,还是所有基因治疗都会面临的共有问题。除了Fischer教授的治疗方案出现严重副作用外,联邦专家提醒在美国国家心脏、肺和血液研究所利用逆转录病毒载体对42只猴子开展的基因治疗试验,6年后,其中一只猴子得了癌症并且已经死亡,这暗示基因治疗可能具有潜在的、长期的、延迟的副作用。因此,美国FDA已经停止了3个与Fischer教授临床试验类似结果的治疗方案,另外还暂时推迟了27个基因治疗临床试验,直到他们能够确定这种导致癌症的副作用是由于特殊的环境引起的方可继续进行。目前,科学家们把焦点集中在基因治疗的传递系统上,Fischer教授的临床试验方案用的是逆转录病毒,这种病毒可以非特异性地插入到宿主细胞的基因组中,可能会导致难以预见的后果,如果插入到了一个癌基因附近,就可能引起癌症。现在很多研究者在研究新的安全、有效的基因传递系统,现在非病毒传递系统是一种很有前景的基因传递系统。5措施三:重组病毒载体目前,基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。事实上,自1995年以来,全世界基因治疗领域的科学家们在改善基因导入系统和载体方面作了大量的努力,新思路、新技术和新方法层出不穷。目前,在基因导入载体方面出现了两大主流:一是非病毒载体系统;二是病毒载体系统。由于非病毒系统导入基因的效率相对较差,故在基因治疗临床试验中的使用率不到20%;但非病毒载体的生物安全性较好,特别是靶向性的脂质体、靶向性的多聚物,以及脂质体/多聚物/DNA复合物等新产品的出现,结合电脉冲、超声等新技术,明显提高了导入效率和靶向性,是今后非病毒载体发展的重要方向。病毒载体在基因治疗领域的应用最为广泛,大约70%的治疗方案采用了病毒载体,包括各种逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、疱疹病毒、痘病毒等。这些病毒载体有各自的特点,同时也存在各自的局限性。逆转录病毒能够选择性感染分裂细胞,并整合到宿主细胞DNA上,长期存在于宿主基因组中等特点,使之成为第一个利用病毒进行基因转移的工具。但是,重组逆转录病毒的感染和转导效率较低,外源基因随机插入,可能导致突变。为了提高基因导入效率,近年来新建立了慢病毒载体(lentiviralvector)系统,它不仅能整合到分裂细胞DNA中,对非分裂细胞也能整合,慢病毒载体对淋巴细胞、干细胞和多种肿瘤细胞具有较高的转导效率,因此倍受关注[13～14]。此外,新建立的假型逆转录病毒载体,不依赖细胞表面的特异性受体,具有更广泛的宿主范围。此外,还必须深入研究逆转录病毒诱发癌症的机理,构建更为安全的载体。腺病毒载体是基因治疗中最常用的病毒载体,它具有包装容量较大、制备方便且易纯化和浓缩、宿主范围广、感染效率高等特点;但第一代腺病毒仍然存在许多缺点,如外源基因表达时间短、免疫原性较强、高滴度时有明显的细胞毒性等。近年来对腺病毒载体的改造非常活跃,产生了许多更安全、更有效的载体,如无病毒基因的无肠型腺病毒载体、靶向性病毒载体、复制型腺病毒等[15～16]。腺相关病毒(AAV)因为不致病、宿主范围广、能够感染分裂与非分裂的细胞、能插入到宿主细胞染色体内或以染色体外串联体DNA的形式长期稳定表达等特点,被认为是目前最好的载体,在遗传病的基因治疗方面应用显示出优势,也被越来