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编号:10497909
泌尿系肿瘤的基因治疗
http://www.100md.com 《首都医科大学学报》 2000年第3期
     作者:薛竹 张玉海

    单位:(首都医科大学附属北京友谊医院泌尿外科研究所)

    关键词:

    首都医科大学学报000340

    恶性肿瘤的治疗一般为外科手术、化疗或放疗。随着分子生物学的发展,细胞内许多复杂的反应已开始明了,癌发生的基因表达及细胞调节的研究取得了长足的进步。当今,基因治疗已成为现实。基因治疗不仅安全而且几乎没有不良反应。然而,当基因治疗应用于肿瘤时,就显得复杂多了。因为肿瘤的发生是复杂的过程,可能是多种基因的缺陷和许多不同基因的突变[1],因此,在对其进行基因治疗中选择最有效力的靶基因是很困难的,而只选择1种可能不起作用。同样,如果缺乏1个可携带基因的载体,安全、有选择的、高效的将目的基因运到靶目标,那么基因治疗肿瘤将是很局限的。此外,这些转基因载体的长期安全性也有待证实。对此,我们将讨论主要的泌尿系肿瘤的恶性变过程及其基因治疗所有潜在机制。
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    1 基因治疗的潜在方法

    所有细胞都是由DNA、RNA和蛋白质组成的,当它们在任何复制过程中产生错误,则细胞形态学及功能发生改变,导致癌变的发生。基因治疗就是将1个新的基因介入到瘤细胞中,使其在瘤细胞中表达,以期在分子水平纠正这些错误,维持自身的稳定;或改变细胞表面抗原的表达,以增强抗肿瘤的免疫学反应。

    基因替换疗法:在肿瘤细胞系中,已鉴定出了几种癌基因及肿瘤抑制基因,它们可在基因替换疗法中充当靶基因。泌尿系肿瘤的遗传学变化,大多是由于癌基因的过分表达或肿瘤抑制基因失活而引起。在单基因缺陷的代谢性疾病(如囊状纤维瘤)中,替代缺陷基因是1个在疾病治疗中有广泛前景的方法。以癌基因和肿瘤抑制基因作为靶基因的基因替代疗法已广泛应用于肿瘤细胞系中。然而,在生物体内所有肿瘤形成的过程中,涉及几种不同的癌基因和肿瘤抑制基因,而只以1个单基因缺陷作为靶基因,对于恶性肿瘤的治疗仍存在一定困难。

    肿瘤疫苗疗法:对于基因治疗1个可替代的疗法是被细胞因子基因修饰的肿瘤细胞可产生“肿瘤疫苗”,使宿主免疫系统致敏,以抵抗肿瘤细胞。将从病人的肿瘤中得到的肿瘤细胞,进行体外培养,用细胞因子基因如IL-2、IL-6、肿瘤坏死因子和干扰素等转染瘤细胞,从而促进细胞表面抗原的表达,以增强它们的免疫力[2]。这些被细胞因子刺激的瘤细胞经照射,回输到病人的体内,从而产生局部的免疫应答,抵抗剩余的肿瘤。肿瘤的免疫应答一是依赖于癌细胞对免疫治疗的内在敏感性;一是依赖于癌细胞对于高剂量的细胞因子的反应。这种治疗方法已在膀胱癌、肾细胞癌、前列腺癌的动物研究中显示了不同程度的成功。
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    自杀基因疗法:是目前肿瘤基因治疗中较为常用的手段。即应用逆转录病毒或其他启动子介导的基因转移技术将外源性单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV-tk)基因导入迅速分裂的肿瘤细胞后,再给予抗疱疹病毒药(GCV)进行治疗,而HSV-tk基因可使GCV磷酸化,使其转化成为抑制瘤细胞DNA合成的细胞特异性毒物,促进肿瘤细胞的自杀性死亡[3]。由于最新发现了前列腺特异抗原(PSA)启动子增强子序列,使得自杀基因疗法在前列腺癌的治疗中,更具有潜力。这一序列可导向HSV-tk基因特异杀伤肿瘤细胞。

    2 肾细胞癌的基因治疗

    由于近几年来对于肾细胞癌的遗传研究比较透彻,因此采用基因治疗比泌尿系其他肿瘤进展迅速。随着对肾细胞癌(RCC)遗传病因学研究的深入及染色体3p25~p26区域VHL(von hippel lindau disease)克隆的定位成功,发现VHL的基因突变与RCC发病密切相关[4]。VHL基因具有典型的肿瘤抑制基因的特征。VHL蛋白为细胞周期的调节子,可通过限制基因的转录、翻译和修复控制着细胞的生长。但是,在所有非家族性肾细胞癌中,只有45%~60%的VHL基因突变。尽管几乎所有VHL综合征的家族中,发现有VHL基因缺陷,但这个缺陷表现型的表达不同,这是由于VHL缺陷表达的产物不同所致。另外,第5、7、14号染色体的畸变及Y染色体畸变也与一些较严重的肾细胞癌有关[5]。尽管对VHL基因作为靶基因的肾细胞癌治疗目前是有限的,但在实验室中已尝试用替换缺陷的癌基因,以改变癌的表现型。有学者将VHL基因连接到巨细胞病毒启动子上,转染缺乏正常基因表达的肾细胞癌。尽管1个突变的VHL基因的转染在体外对细胞的生长无影响,但由于野生型VHL基因的表达,导致肿瘤细胞的生长受到抑制[6]。这说明,不但细胞生长的抑制对于RCC是特异的,而且VHL基因表达蛋白对于肾细胞的增生是至关重要的。此研究也显示野生型VHL基因在替代治疗RCC中起着一定的作用。但其安全性及治疗效率有待进一步观察。
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    另1种恶性肿瘤的基因治疗方式是P53肿瘤抑制基因替换,有的学者在体外RCC中,用脂质体P-53复合体替换P53基因,可抑制肿瘤细胞的生长[7]。而将P53基因转染鼠异种移植模型,可降低肺转移癌的发病率。但对于原发性肾癌,治疗的效果仍需进一步观察。

    另1个在临床得以应用的肿瘤标志物叫G250,其蛋白的功能尚不清楚。约有90%的RCC中可探测到G250抗原。因此,用G250单克隆抗体组化染色探测G250抗原,可作为RCC的辅助诊断。同时,G250抗原又可作为放射性核素扫描的肿瘤定位。由于G250在RCC中占有较高的比例,因此,这对于肿瘤疫苗疗法的基因治疗是很有潜力的。然而,我们并不知道G250蛋白能否刺激一个免疫反应。另外,由于这个基因的表达产物是在胆管、胃粘膜,则抗G250治疗的安全性有待进一步深讨。

    在RCC中,用肿瘤疫苗疗法,提高细胞因子在肿瘤内的水平,以增加表面抗原的表达,特别是HLA-C7的表达增加,使得免疫系统抗肿瘤能力增加。因为获得了高水平的细胞因子,则肿瘤免疫治疗可获得收效[8]。在大鼠的RCC模型中,用IL-2转染RCC,可产生1个局部的细胞因子,抑制瘤细胞的生长。将携有IL-2基因的逆转录病毒转染RCC,可使瘤细胞产生α-干扰素,提示这种协同的免疫源性的功效是通过全身或局部的基因治疗及免疫刺激所获得的[9]。此外,IL-4、GM-CSF、HLA-B7和α-干扰素基因转染都可作为RCC的肿瘤疫苗中的免疫调节因子[10]
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    3 前列腺癌的基因治疗

    由于前列腺表面抗原(PSA)和前列腺膜抗原(PSM)只在前列腺组织中有较高水平,因此,以前列腺作为特异靶目标的基因治疗已逐渐开展。目前,又发现多种新的前列腺特异基因。它们是:癌基因、肿瘤抑制基因、细胞表面基因,它们分别在前列腺的致癌中起着一定的作用[11]。由于前列腺癌生长的分子生物学过程现已明了,因此对于前列腺癌的基因治疗不断发展。PSA是来自前列腺体细胞的一种蛋白质,它不仅存在于正常的前列腺组织中,也存在于所有类型的前列腺癌中。PSA基因为高效基因启动子增强子序列[12]。PSA基因增强子启动子的表达显示为特异性的雄激素的应答,且仅在前列腺细胞中表达。以PSA启动子发动基因治疗是将前列腺特异性启动子或增强子序列与自杀基因相连,用于治疗人类肿瘤[13]。一种可替代的疗法是直接将自杀基因注入肿瘤内,而不用PSA启动子协助,也可获得靶特异性抗瘤作用。Berman等证实在大鼠前列腺癌模型中注射HSV-tk自杀基因[14],可有效抑制癌变。另有学者将携有HSV-tk的腺病毒注入前列腺肿瘤内,无不良反应发生,但还没有资料证实其转染效率。早期研究显示,大约有60%的前列腺细胞株有P53基因的突变。在裸鼠的模型中,用正常的P53基因转染P53缺失的恶性前列腺细胞癌系中,可减少肿瘤的增生及恶性变的发生。然而,大约80%的转移前列腺癌没有P53的缺陷,因此基因治疗的效果可能是有限的。其他的癌基因和肿瘤抑制基因也可作为基因治疗的靶基因,它们包括C-ras、H-ras、C-myc等。通过反义DNA转染到前列腺细胞以减少C-myc和TGF的表达[15]
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    用局部产生细胞因子抗前列腺癌也是1种免疫抗肿瘤的方法。以逆转录病毒载体进行体外IL-2包装,转染大鼠R3327-Matly Lu包装细胞系,经照射后,注入原发瘤细胞。IL-2肿瘤疫苗不仅能治愈大鼠的转移性前列腺癌,而且也能产生免疫记忆,以预防肿瘤。GM-SCF基因的转染也可在Dunning R3327 G模型中有效的产生免疫记忆[16]

    4 睾丸癌及膀胱癌的基因治疗

    睾丸癌的发病与12号染色体末端缺失或其短臂上几种染色体重叠有关,这提示,肿瘤抑制基因可能存在于此位置,此位置与精原细胞转化过程有关。另一称作MGF的肿瘤抑制基因位于12号染色体长臂,约在45%的睾丸癌中发现MGF基因杂合性的丧失[17]。MGF的功能目前尚不清楚。

    尽管现存的基因治疗和基因诊断很少应用于睾丸癌,且对其分子生物学研究还很有限,但仍有学者将多种药物抑制基因(MDR-1)注入病人骨髓,以避免骨髓由于高剂量的化疗而产生血液学的不良反应。这种高剂量的化疗用于对一般治疗无效的病人。这种化疗抑制睾丸肿瘤的方法已进入临床实验阶段。目前,MDR-1的基因治疗正在实施,但它提供给骨髓的保护作用可能是有限的[18]。由于睾丸癌的治疗主要是通过外科手术或化疗,并有很高的成功率,因此睾丸癌的基因治疗研究、发展并不显著。尽管如此,对睾丸癌分子水平的研究已经开始。
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    膀胱癌的发病涉及许多不同的癌基因,如肿瘤抑制基因Rb、C-myc、C-CAM1、Bdx-1和P53。这些都可做为基因替代疗法中的靶基因。人们最初是在动物模型中尝试着用这些不同的基因为靶基因,以找出对于治疗膀胱癌最有效的基因。流行病学的研究表明,在成视网膜细胞瘤(Rb)家族中,膀胱癌的发病率较高。因此研究Rb抑制基因对膀胱癌细胞系生长的影响已经开展。Rb失活不仅存在于散发性膀胱癌中,同时也存在于具有Rb基因介入的膀胱癌细胞系中,其结果使癌细胞缓慢增生[19]。有学者观察Rb基因替换疗法治疗膀胱癌的效果。由腺病毒载体转染膀胱癌细胞,与对照组相比,Rb基因转染的结果,使瘤细胞DNA合成下降,从而导致细胞生长率下降。此外,在基因替代疗法中,自杀基因策略也应用于膀胱癌的治疗。用HSV-tk自杀基因转染并与GCV结合,已在鼠膀胱癌模型中实施,与不给GCV比较,给药后肿瘤缩小了90%[20]

    除自杀基因、癌基因及肿瘤抑制基因之外,肿瘤疫苗疗法也正在用于临床前的准备,即通过免疫反应修饰因子如干扰素和杆菌属卡尔默狄-盖兰(BCG)实现的。用BCG及干扰素免疫治疗,其疗效及安全性由一些专家证实。另外,脂质体-基因(如脂质体-IL-2或B7)复合体,通过体外连接再回输体内,可有效地控制肿瘤[21]。在动物膀胱癌模型中,给予IL-2基因的动物是不给予IL-2的动物生存时间的2倍,而如果将IL-2与B7这2种肿瘤疫苗联合用药,将有75%的动物比单独只给IL-2的动物存活时间更长,且可使药效更持久。许多研究表明,肿瘤疫苗对于治疗膀胱癌具有广泛的前景。
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    1个成功的基因治疗取决于许多因素,包括治疗基因的选择、既安全又转染率高的载体的选择、治疗基因表达水平的高低等等。基因治疗所面临的问题:一是返回人体的重组细胞能否准确集中在肿瘤部位,而不是在肝脏或其他部位;二是体内重组细胞外源基因的表达能否达到较高水平和持久。目前,在肿瘤的治疗中,人们正在为寻找更理想的治疗基因片段及肿瘤特异的基因启动子而努力着。由于基因治疗是在基因水平治疗癌症,因此具有很大潜力,它将是未来几十年中,人类医学研究的热点。

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    收稿日期:1999-04-02, 百拇医药