第11章 思考题解析

第11章思考题解析癌症为何对人类具有重大危害？癌症的防治为何如此困难？答：癌细胞是产生癌症的病源，一种变异的细胞。它不仅具来源细胞的某些特性（如上皮癌仍可合成角质蛋白）外，还有癌细胞独具的特性：（1）无限增殖：癌细胞增殖能力很强，在适宜条件下，癌细胞能无限增殖。（2）丧失接触抑制：正常细胞生长相互接触后，其运动和分裂活动会受到影响，都要停顿下来。癌细胞则不同，其分裂和增殖并不因细胞相互接触而终止，故接触对癌细胞的增殖无抑制作用。（3）癌细胞间粘着性减弱：与正常同源组织相比，癌细胞间的粘着性降低，故癌细胞在体内容易分散和转移。纤粘连蛋白是一种细胞外粘着糖蛋白，它增强了细胞与细胞外基质间的粘着。癌细胞的纤连粘蛋白显著减少或缺失，钙粘蛋白合成发生障碍，从而破坏了细胞与基质之间和细胞与细胞之间的粘着，因此癌细胞具有易于浸润蔓延、侵袭周围的细胞和组织、甚至扩散转移的属性。此外，癌细胞还具有粘壁性下降、细胞骨架结构紊乱、产生新的膜抗原、易于被凝集素凝集、对生长因子需要量降低等特征。正是由于上述特征，癌细胞能够快速的无限增殖，不断夺取人体中的营养，同时产生一些毒素，严重威胁人类的健康。由于癌细胞异常迅速且不受约束和控制，无规律地生长繁殖，而且一旦遇到不利的条件（刺激、中伤）它就能转移，甚至隐匿起来，癌细胞使得细胞由分裂增殖期迅速进入Go期，药物都对它没有什么疗效，所以防治十分困难。如果你是一家生物技术公司的CEO或者负责技术的高层人员，有人向你推荐一种治疗癌症的特效药，寻求与你们公司合作。你将在哪些方面对这种药物进行评价？答：结合生理学、药理学、毒理学以及各种临床指标进行下面几方面的评价：（1）安全性：药物的原材料和表达系统往往都具有生物活性，个体间差异较大。要考察所用原材料、表达系统和药品本身的安全性，故需做毒性实验和临床检验；（2）有效性：检测该药物对靶细胞的作用能力，相对分子质量是否过大，能否顺利的到达病灶，特异性是否很强，在宏观上对癌细胞有没有很好的抑制和杀伤作用，疗效是否确切；（3）稳定性：对药物生产涉及的原材料、中间产物以及终产品的稳定性进行考察，包括加工过程的稳定性和贮藏稳定性；（4）适合人群：对不同体质和生理状态的人群的适用性。能否对艾滋病患者进行定时输入通过基因工程生产的特定T4淋巴细胞而延长其生命，主要存在哪些技术上的障碍？答：暂时不能。（1）培养困难：T4-淋巴细胞于骨髓中产生，在胸腺内分化成熟后移居于周围淋巴组织中，是特异性免疫的中枢细胞。目前基因工程手段主要是改善细胞的生化代谢特性，通过基因工程手段操作后再在动物细胞生物反应器中进行培养，而T4-淋巴细胞形成和成熟分别在不同的组织环境中，培养比较困难。（2）转移困难：基因工程产生的细胞，注入不同个体，个体对其产生排斥，T4淋巴细胞输入人体后能否移住于周围淋巴组织也是需要解决的问题。什么是基因领域和基因领域效应？答：基因领域（geneterritory）：基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象。基因领域是指基因与基因之间的间隔距离。同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或者两个均不能转录或转录活性显著降低，产生所谓的基因领域效应（geneterritorialeffect）。为什么HIV变异这么快？HIV的变异有无规律，主要在哪些方面发生变异？答：HIV发生变异的主要原因如下：（1）主要原因是HIV自身的逆转录酶缺乏校对功能，不能及时切除错误引入的核苷酸，而HIV有很强的复制能力，这样就会产生大量病毒的变种；（2）由于宿主的免疫选择作用，体液或细胞免疫的基因组变异高于其他部位；（3）不同病毒DNA之间，病毒DNA与宿主DNA间的重组也是病毒变异的原因之一。HIV的变异并无特定的规律，不同HIV基因区变异率都存在显著的差别。主要是编码病毒核心蛋白的gag编码区和编码外壳蛋白的env编码区会发生较高的点突变。不同人感染HⅣ和HBV在人体内潜伏的时间存在很大差异，有哪些原因？答：潜伏期（incubationperiod）是指病原体侵入机体到最初出现症状和体征之间的这段时期。各种疾病的潜伏期长短不一，短者数小时，长者可达数月或数年。艾滋病潜伏期是1～14年，平均6年。不同个体感染艾滋病的潜伏期存在如此大的差异，主要与患者的年龄不同、体征不同、感染途径不同、感染病毒的剂量及种类等因素有关。一般认为成年人潜伏期8～9年，儿童平均为1～2年，老年人介于其间；抵抗力、免疫功能强的个体，潜伏期长；经输血感染的剂量一般较大，所以艾滋病潜伏期相对较短，而性接触感染艾滋病病毒的剂量较小，因此艾滋病潜伏期相对较长；不同的种类，如艾滋病毒（HV-Ⅱ）所致的艾滋病潜伏期长达16～19年之久。HBV潜伏期一般为50～150天，平均为60～90天，最短的在感染后2周血清中即可出现HBsAg，最长的可达9个月，称长潜伏期肝炎。潜伏期的长短取决于病毒感染数量、感染途径及机体状态，经血液感染的病毒数量多，潜伏期较短；机体免疫功能强、抵抗力强的个体，潜伏期则较长。为何HIV在猩猩与人类这两种生物中有不同的危害？人类是否可参考猩猩抵御HIV的方式？答：因为猩猩能对活病毒产生免疫应答，可以与HIV共存。而人类对带有HIV的细胞和体液虽然也具有免疫反应，但是在大多数情况下机体的免疫力不足以清除HIV病毒，所以一经感染便终生携带，随着时间的延长，会产生大量的病毒颗粒，造成感染细胞死亡。人类可以参考猩猩抵御HIV的机理。目前科学家们正在建立相关的模型，多用于抗HIV-1药物试验、病理研究，特别对其免疫机理进行研究并用于疫苗研制。试分析CAR-T细胞疗法治疗癌症的优缺点。答：特异性嵌合抗原受体免疫治疗（chimericantigenreceptorT-cellimmunotherapy，CAR-T）是通过基因修饰获得携带识别肿瘤抗原特异性受体T细胞的个性化治疗方法。提取患者外周血T细胞，通过基因重组赋予T细胞特异性识别肿瘤抗原的能力，再将改造后的T细胞经体外扩增后回输到患者体内从而特异性杀伤肿瘤细胞。优点：与传统的T细胞识别抗原相比，CAR通过增加共刺激分子信号增强了T细胞对肿瘤的杀伤性，因此CAR-T细胞可以克服MHC分子表达下调和共刺激分子减少等肿瘤细胞免疫逃逸机制。另外，CAR可以针对任何类型的表面抗原，包括糖和糖脂类，提高了识别范围。该免疫疗法在白血病和淋巴瘤患者的早期临床试验中取得了显著疗效。缺点：CAR-T的主要副作用是引发细胞因子释放综合征，导致患者发高烧或血压急剧下降，可能需要采取额外的处理措施。其次，在实体瘤中CAR-T尚未取得满意的疗效。禽流感病毒感染人类的机制是什么？如何控制人禽流感的大范围传播，有效的预防措施有哪些？答：有关禽流感病毒导致人类流感大爆发的假说主要有以下两种，以猪作为中间宿主的混合器假说和禽流感病毒直接感染人（即人本身充当混合器）的假说。研究发现，禽流感病毒跨越种属间的屏障从家禽直接感染人与其基因的分子结构的特殊性有关，禽流感病毒的基因组分为多个片段，极易发生基因的交换、重组并发生变异，造成感染宿主和致病性的改变。（1）HA受体结合位点的突变导致禽流感病毒易于感染人类细胞HA是流感病毒表面主要的糖蛋白，在病毒感染过程中起关键作用，病毒利用HA与宿主细胞表面受体的相互识别，从而吸附于宿主细胞表面。禽流感病毒与宿主细胞结合的特异性与HA结合受体位点的第226位氨基酸密切相关。分析H7N9禽流感病毒的基因序列发现，其HA蛋白的第160位点出现苏氨酸（Thr）和丙氨酸（Ala）的替换，导致HA蛋白糖基化位点丢失，推测可能由于这个糖基化位点的丢失增强了H7N9病毒与人细胞受体的亲和力。（2）PB2蛋白627位氨基酸的点突变导致人禽流感病毒复制能力增强禽流感病毒是否能在人体细胞内进行有效复制，主要与病毒复制酶（PB1、PB2和PA）基因有关。PB2的627位氨基酸是决定A型流感病毒宿主范围的关键位点。（3）NS1第92位氨基酸的突变导致人禽流感病毒致病能力显著增强人禽流感H5N1亚型病毒的高致病性与其非结构蛋白有密切的关系。普通流感病毒感染时，受感染的细胞产生非结构蛋白（NS1）与病毒复制产生的双链RNA相互作用，启动干扰素基因的转录和干扰素的合成，发挥抗病毒的非特异性免疫作用。高致病性的人禽流感H5N1亚型病毒不仅对干扰素和肿瘤坏死因子2α具有极强的抵抗力，而且在细胞内增殖速度极快，加速了炎症细胞因子的产生，引起全身性炎症反应综合症，从而表现出极高的致病力。造成这种现象的原因可能与H5N1亚型病毒的非结构蛋白基因（NS1第92位氨基酸）发生变异有关。禽流感预防措施：（1）保持良好生活习惯，注意营养平衡，不吃不洁果蔬、避免疲劳；（2）注意保持个人卫生，勤洗手，家庭室内勤通风换气。（3）外出游玩，遇到不明野鸟不要近距离接触，看到病死野鸟不要接触。避免直接接触、剥食病死家禽、病死猪等。（4）厨房要将生熟分开，任何肉、蛋食物均应彻底煮熟食用，不吃生的或半熟的食品。（5）年老体弱或年幼抵抗力差的人群，少去人多拥挤的地方；出现发热、咳嗽等呼吸道症状，及时就诊。比较SARS-CoV引起的非典和人禽流感，哪种病在流行上易于控制？为什么？答：SARS-CoV在流行上易于控制。SAR的传播途径有：（1）以近距离飞沫传播为主，即通过与患者近距离接触，直接吸入患者咳出或喷出的含有病毒颗粒的飞沫而感染；（2）通过直接、间接接触病例的呼吸道分泌物而感染，即经手接触患者的分泌物、排泄物以及其他被污染的物品，经口、鼻、眼黏膜侵人机体而实现的传播；（3）气溶胶传播是经空气传播的一种方式，其流行病学意义在于易感者可以在未与SARS患者见面的情况下，有可能因为吸入了悬浮在空气中含有SARS-CoV的气溶胶所感染。传染源为感染SARS-CoV的患者，人类可以采取隔离的方法有效地控制传染源切断其传播途径来控制其蔓延。人禽流感的传播途径有三种：（1）经飞沫在空气中传播。病禽咳嗽和鸣叫时喷射出带有H5N病毒的飞沫在空气中飘浮，被人吸入呼吸道而感染发生禽流感；（2）经过消化道感染。进食病禽的肉及其制品、禽蛋、病禽污染的水、食物，用病禽污染的食具、饮具，或用被污染的手拿东西吃，受到传染而发病；（3）经过损伤的皮肤和眼结膜感染HN1病毒而发病。人禽流感传染源主要是病禽和带毒禽，人员和车辆往来是传播本病的重要因素。由于禽类相对难以控制，不能用隔离的方法来控制传染源，而且当人禽流感病毒感染新的宿主时，为了适应环境和宿主细胞，它们往往会在强大的选择压力下进行病毒重组，形成新的株系或致病型，所以更难于控制。病毒致癌基因很多是宿主本身的原癌基因，这种选择对于病毒本身有何意义？答：病毒致癌基因是一类存在于肿瘤病毒（大多数是逆转录病毒）中的、能使靶细胞发生恶性转化的基因。病毒感染宿主以后，含有基因组RNA和反转录酶的核心颗粒进入细胞，并在病毒核心颗粒内开始利用自身携带的反转录酶（可能还需要某些宿主细胞因子），在宿主细胞内先以病毒RNA为模板，在逆转录酶催化下合成双链DNA前病毒，并以前病毒形式在宿主细胞代代传递下去，随后病毒DNA随机整合于细胞基因组，通过重排或重组，将细胞的原癌基因转导至病毒本身基因组内，使原来的野生型病毒转变成携有转导基因的病毒，从而获得致癌性质。这种选择使得逆转录病毒能在宿主细胞中繁殖而不中断细胞分裂，同时能产生逆转录酶，有利于其生存和繁殖。含有基因组RNA和反转录酶的核心颗粒进入细胞并在病毒核心颗粒内开始利用自身携带的反转录酶（可能还需要某些宿主细胞因子）进行病毒基因组的反转录，合成含有完整病毒基因组信息的线性双链DNA并被运入细胞核，在病毒整合酶作用下随机整合进入宿主细胞基因组。简述病毒载体和非病毒载体的优缺点。答：病毒性载体主要优点是：易于分离制备、容量大、效率高、宿主范围广、逆转录病毒载体介导的外源基因能在靶细胞中永久表达。缺点是：逆转录病毒载体随机整合，有插入突变、激活癌基因的潜在危险；腺病毒载体可能产生复制型腺病毒，且宿主的免疫反应导致腺病毒载体表达短暂，可能会引起免疫排斥。其次，插入外源DNA的长度受到很大限制，可删除病毒的非必需基因，还可以删去部分必需基因，这些必需基因的功能由辅助病毒或宿主细胞提供。非病毒载体的优点是：除了较病毒载体系统低毒和低免疫反应之外，其携带的外源基因整合到宿主基因组中的几率很低而且非病毒载体系统不受基因插入片断大小的限制，使用简单、获得方便、便于保存和检验等特点。缺点是：易被靶细胞内单核-吞噬细胞系统、溶酶体等选择性吞噬、降解。假如你得到一个通过改造并适合作为基因治疗载体的病毒，你将如何分析这种可行性，主要在哪些方面作改造？你将如何测试改造后的病毒载体的效率和安全性？答：可行性包括：可携带外源基因并能装配成病毒颗粒；外源基因表达水平较高或能使外源基因完全整合到宿主细胞染色体上；易于改造，改造后对人体安全。改造方面包括：改造病毒壳粒蛋白的抗原表位或尽量减少病毒DNA中非必需基因的表达，减少病毒载体的免疫反应和对细胞的毒性；对选择的目标基因的插入位点进行改造，便于目的基因的装载。效率和安全性测试：将目的基因尽可能多地导入靶细胞，可通过定量检测目标基因的含量来衡量。基因载体是否有效要看通过其导入靶细胞并且最终能否为疾病治疗起作用。安全性要看对细胞正常代谢的影响，包括：是否引起基因突变，杀死正常细胞乃至对人体的生命安全产生危害；病毒载体中可能产生有传染性、野型或辅助型病毒，可能随机整合于宿主基因组中，活化癌基因或抑制癌基因失活；病毒载体自身或编码的基因产物过度表达等。简述你对于“长期新冠”的认识及其对你或你身边人生活的影响。答：“长期新冠”又称“后新冠综合征”或“慢性新冠”，是指新冠病毒感染者在病毒清除后，仍持续出现一系列长期症状的状态。这些症状可能持续数周、数月甚至更长时间，严重影响患者的日常生活和工作能力。根据世界卫生组织定义，长新冠指新冠确诊后3个月仍有症状，且无法用其他病因解释。长新冠的影响因素包括：年龄：老年人风险更高。基础疾病：高血压、糖尿病、心血管疾病等患者更易出现长新冠。感染严重程度：重症患者后遗症风险更大。长期新冠症状涉及全身多类器官系统，常见表现包括：（1）全身性症状：持续疲劳，休息后无法缓解，过度劳累后加重。肌肉疼痛或关节痛，可能伴随肌力下降。焦虑、抑郁、失眠，与隔离经历、疾病不确定性相关。（2）呼吸系统：呼吸困难（部分患者），活动后加重，可能因肺泡纤维化或通气功能障碍导致。胸痛或不适，可能与心肌损伤或胸膜炎症相关。（3）心血管系统：心悸、心慌，部分患者发展为心肌炎或心包炎。（4）长期风险：增加心脏病、中风风险，心律失常、心力衰竭等。（5）神经系统：认知障碍，表现为记忆力减退、注意力不集中。头痛、头晕、嗅觉/味觉丧失（部分患者），部分患者伴随耳鸣或视力模糊。（6）消化系统：恶心、呕吐、食欲不振，可能与肠道菌群紊乱或自主神经功能障碍有关。（7）其他系统：皮肤问题（皮疹、瘙痒）、骨骼问题（骨质疏松）、生殖系统（勃起功能障碍）等。长新冠对生活的影响：长新冠的疲劳、认知障碍等症状可能直接摧毁个体的职业能力与生活秩序；部分患者康复后体力下降，爬楼梯气喘，需数月调整饮食与运动以恢复机能；感染者需休息养病，导致工作进度延误；疫情不确定性、感染经历可能导致少部分的感染者出现焦虑，甚至出现抑郁。CAR-T技术一直在不断地更新迭代，假如你是相关科研人员，你将对下一代CAR-T进行哪些改造和更新？答：作为相关科研人员，可从靶点选择、安全性提升、持久性优化、实体瘤突破、制备工艺革新、应用领域拓展六个方面，针对下一代CAR-T技术的改造和更新，具体策略如下：（1）多靶点与动态靶点设计：破解肿瘤异质性与逃逸难题实体瘤抗原表达高度异质，单一靶点易导致肿瘤细胞逃逸。下一代CAR-T将采用双靶点（如BCMA/CD19、CLDN18.2/GPC3）或三靶点设计，通过逻辑门控技术实现精准识别。如，针对胃癌的CLDN18.2与HER2双靶点