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编号:10498643
基因治疗原理及发展
http://www.100md.com 《苏州大学学报(医学版)》 2000年第10期
     作者:蒋滢

    单位:苏州大学医学院生物技术系,苏州,215007

    关键词:

    苏州医学院学报001002

    1 基因治疗原理

    1.1 基因治疗类型 一般包括替换疗法及添加基因法两种类型[1]

    1.1.1 替换疗法 是最理想的基因治疗类型,即将有缺陷的基因除法,换上具有正常功能的基因,这种治疗方法称替换疗法。如异常β-珠蛋白的基因用正常β-珠蛋白的基因替换,由于必须在生殖细胞基因转移,难度大,尚未进入临床。

    1.1.2 添加基因法 缺陷基因仍保留,让其少表达,再外加基因,以补足缺陷基因的不正常表达,只需体细胞。目前是临床首选的基因方法。“靶细胞”,即是转载外源基因的细胞。
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    1.2 基因治疗中靶细胞的选择

    1.2.1 骨髓干细胞 它是基因治疗中研究最多的细胞,易采集、移植及繁殖力强的优点,用于治疗各种红细胞病,腺苷脱氨酶(ADA)缺乏病、免疫缺失、慢性肉芽病、Gaucher's病。

    1.2.2 肝细胞 它可作为许多遗传性代谢缺陷的靶细胞,带了外源基因的肝细胞直接注入组织,容易死亡,现在可将肝细胞附着于胶原覆盖的微孔膜,再植入皮下或腹腔,就可使肝细胞存活并表达外源基因产物。可用于人类低密度脂蛋白受体缺乏,苯丙酮酸尿症以及α1-抗胰蛋白酶缺乏病等先天性疾病的基因治疗。

    1.2.3 皮肤细胞包括成纤维细胞及角质细胞 体外易繁殖及转化,选用治疗血友病、血清蛋白病及糖尿病等激素缺陷的疾病。

    1.2.4 淋巴细胞 它易采集、分离,体外大量繁殖,虽然在体内生命期有限,但可连续多次输入体内,已对ADA缺乏病进行了首例治疗。
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    肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)它对肿瘤有特异性,输入外源基因后,输回给病人,它可以集中在原肿瘤所在部位,对肿瘤发挥治疗作用。

    1.2.5 癌细胞 是治疗肿瘤常用的靶细胞。通过外源性基因转移,增加肿瘤细胞的免疫原性,或抑制癌基因表达,或表达正常的抗癌基因产物等达到治疗肿瘤的目的。已用于临床治床迁移性黑色素瘤。

    此外,还有使用血管内皮细胞、肌细胞、胎儿细胞等,均可作为基因治疗中的靶细胞。

    1.3 基因转移的方法

    1.3.1 理化方法

    1.3.1.1 DNA与磷酸钙共沉淀法 即将外源基因DNA片段与磷酸钙共沉于靶细胞膜上,让靶细胞摄取,使外源基因进入细胞核。手续简单,但效率低,只有百万分之一。
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    1.3.1.2 脂质体-细胞融合法 即将外源基因包在磷脂和胆固醇形成的脂质体内,然后与受体细胞融合,将标有外源基因的脂质体转入细胞内,适用于各种靶细胞[2]

    1.3.1.3 血影红细胞(erythrocyte ghost)融合法 即使分离出来的红细胞处于低渗,红细胞肿大,膜上出现20~25μm小孔,使外源基因从小孔进入红细胞,然后恢复渗透压,红细胞膜恢复,不让外源基因释放出来,最后再与受体细胞融合,效率高,没有免疫问题。

    1.3.1.4 微注射法 将外源性基因在特制显微镜下直接注入受体细胞,转化率高,但每次只能注射一个细胞。

    1.3.1.5 电穿孔法(dlectroporation) 即借助瞬间的高压脉冲,将细胞穿孔,使外源性基因穿入受体细胞,已进入商品化。但必须注意:脉肿过强引起细胞死亡,过弱不能转入。
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    1.3.2 生物学方法-使用病毒为载体 手续简便,但转化率低,只有万分之一。常用病毒:

    1.3.2.1 反转录病毒作为载体 属于RNA病毒[3-4]

    RNA病毒的基因:5′——(gag)/(核心蛋白)——(pol)/(反转录酶)——(env)/(外壳蛋白)——3′

    采用限制性内切酶,切除gag、env基因,装入外源性基因,形成重组反转录病毒,有时还装入SV40(疱疹病毒)或CMV(巨细胞病毒)启动顺序,便于外源基因表达,还装入neoR(抗新霉素)基因。由于自身基因已除去,无能力再复制,成为缺陷型重组反转录病毒。由于已失去感染宿主能力,所以借助辅助细胞来扩增和包装,而辅助细胞中含有另外一种缺陷型病毒,因此,只能转录翻译结构基因中包装的蛋白质,待包装好的重组缺陷病毒通过转导到靶细胞,然后再植入受体(宿主)细胞。
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    由包装好的重组缺陷病毒→cDNA→整合到受体细胞,最后表达外源基因产物。因此,这种反转录病毒作载体,宿主(受体)细胞范围广,但只能转导到正在分裂、增殖的细胞,基因转移效率高,可达100%,但外源基因不能大于8Kb,所以它不能作为大基因载体。由于在制备过程中使用了辅助细胞扩增及包装,或其它微生物的RNA转导到靶细胞而污染,因此,必须进行一系列的动物试剂和安全检查。

    1.3.2.2 腺病毒作为载体 近年进展很快,其优点为运载的基因片段可达36Kb,并可转导到非分裂增殖的细胞。因此,一些反转录病毒不能转导的靶细胞,不需要整合到宿主细胞基因组,避免了基因整合引起宿主细胞恶变的危险性,但易引起宿主的免疫反应及其它副作用。

    1.3.2.3 疱疹类病作为载体 包括单纯疱疹病毒(HSV-1),巨细胞病毒(CMV),EB病毒等,其优点可以插入大基因片段,感染已完全分化的肝细胞、神经元细胞,而缺点是外源基因表达时,常受到机制尚未明确的基因组调节的影响。
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    2 肿瘤的基因治疗

    治疗肿瘤的基因种类不少,在此介绍几种[5-6]

    2.1 细胞因子基因 一般认为用基因工程重组的细胞因子进入患者体内,半衰期短,毒性反应大等缺点,因此改用细胞因子的基因导入细胞,常用细胞是肿瘤细胞及淋巴细胞[7],然后回输到患者体内,使其在体内持续分泌一定量的细胞因子,调节患者的免疫系统,达到直接或间接地杀伤肿瘤细胞。临床用的细胞因子基因有IL-2、IL-4、TEF和INF-γ。

    2.2 HLA基因 它是一种肿瘤细胞人类白细胞抗原基因。正常人的免疫系统对肿瘤存在着免疫监视作用,而肿瘤细胞的HLA表达不强,这是肿瘤形成的重要原因。因此,可以将HLA基因导入肿瘤细胞,提高体内免疫效应细胞对肿瘤的监视能力,从而提高机体抗肿瘤的免疫力。1994年Gary Nabal曾用HLA-B的基因导入恶性黑色素瘤细胞,提高肿瘤的免疫原性,从而刺激了机体抗肿瘤的免疫功能,达到杀伤恶性黑色素瘤细胞;又如使用缺陷型单纯疱疹病毒-Ⅰ型(HSV-1)带着HLA基因导入神经胶质细胞瘤,刺激HLA基因表达,提高机体抗胶质细胞肿瘤的免疫能力,HLA基因转移表达,在肿瘤治疗中占有相当重要的地位。
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    2.3 自杀性基因 所谓自杀性基因实际上它是单纯疱疹病毒胸腺核苷激酶(HSV-TK)的基因[8],此基因目前只用于脑肿的治疗。其原理:TKTMPTKTDPTKTTP。自杀性基因的表达产物-TK,它只能使胸腺核苷及胸腺核苷酸磷酸化,而不能使胸腺嘧啶磷酸化,为此凡被HSV-TK基因感染的细胞,都可被丙氧鸟苷杀死,因为TK能磷酸化丙氧鸟苷,从而抑制了肿瘤DNA的合成。治疗方法:先将HSV-TK基因导入脑肿瘤细胞,然后回注到脑肿瘤组织,随后用丙氧鸟苷(Ganciclouir)治疗,可消除肿瘤组织,称“旁观者效应(by-stander effects),只需要10~20%带有HSV-TK基因的肿瘤细胞,就可消除全部肿瘤。带有自杀基因的细胞能释放出毒性代谢物,通过细胞间隙进入没有自杀基因的肿瘤细胞,发挥对肿瘤细胞的杀伤作用。

    2.4 抑癌基因 至今已分离出许多抑癌基因[9],其中用于治疗肿瘤的有RB及P53抑癌基因,发现肿瘤患者的P53抗癌基因发生了突变,对小细胞肺癌及非小细胞肺癌P53的突变率分别为55%~73%及20%~45%,野生型抑癌P53基因导入肺癌细胞,可使恶性程度降低,甚至使肺癌细胞逆转,达到治疗肺癌的效果。发现前列腺癌中RB抑癌基因突变,假如导入正常RB抑癌基因,则抑制了前列腺癌。
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    2.5 癌基因的反义RNA封闭 正常人的癌基因在外界,如物理、化学、生物等因素作用下发生激活引起异常表达,异常表达产物干扰正常组织细胞的分裂与分化的动态平衡,使细胞恶性生长形成肿瘤。现常用反义技术,即用反义的RNA来封闭癌基因高表达[10]。例如,慢性粒细胞白血病(CML)的癌基因(C-abl)从9号染色体位到22号染色体bcr基因的下游,形成了bcr-c-abl基因,其表达产物P210,导致bcr基因不产生粘附分子,结果粒细胞不受控制增生,导致慢性粒细胞白血病的发生。现在发现这两种基因联合表达与它们邻近10~20核苷酸序列有关,为此用CML反义RNA来到闭邻近的10~20核苷酸序列,不使bcr与abl联合表达,从而产生正常的表达产物P145。此外,发现bcl-2基因,表达产物是线粒体膜组成蛋白,它过量表达,抑制了肿瘤细胞的凋亡(apoptosis)。目前,正在考虑封锁bcl-2基因的方法,消除肿瘤细胞凋亡的抑制作用。

    2.6 耐药基因 肿瘤的化疗,毒性大,特别对骨髓造血细胞,因此,使化疗药物剂量受到限制。有些病人或有些肿瘤对化疗药物,产生了耐药性,这与肿瘤细胞中耐药基因有关。1992年Sorrentino用肿瘤的耐药基因构建逆转录病毒,然后植入骨髓细胞后再给予药物化疗,这样凡含有耐药性基因的骨髓细胞能承受大剂量的化疗,这种方法目前正在进行临床初探。除以上对癌症采取种种基因治疗外,对遗传性疾病也是很有效的[11]。目前世界上确定对β-地中海性贫血作为基因治疗的首选疾病。
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    3 基因治疗存在的问题及前景

    基因治疗涉及医学和伦理道德多方面问题,1985年以来,美国对基因治疗试验必须通过三个机构:①国立卫生研究院(NIH);②重组DNA咨询委员会(Recombinant DNA Advisory committee,RAC);③食品和药物管理局(FDA),从而保证了基因治疗用于人类疾病治疗的安全性及可靠性。

    3.1 存在问题 ①外基因导入后的表达效率问题。②外基因表达调控问题 例如糖尿病基因治疗,血糖高时需加强受体表达,血糖不高时,不需加强受体表达,就涉及基因表达的调控。③免疫问题 即外基因表达后蛋白质被自身免疫系统识别为外来抗原,产生抗体,引起免疫反应。④反转录病毒作为载体,导入机体,能激活癌基因,而产生癌症,所以常用缺陷型反转录病毒作为载体。最近,美国国立卫生研究院,做了三个骨髓移植基因治疗的猴子,由于辅助病毒污染,产生了恶性淋巴细胞瘤。⑤医疗费用大,国家及个人一时均承受不了。
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    3.2 前景

    不仅对“不治之症”能得到治疗,而且随着人类基因组结构及功能渐渐被阐明,哪些人对某种疾病的易感性及抵抗性,从而对“不治之症”可以进行预防。

    参考文献

    1,Anderson W F.Human Gene Therapy.Science,1992,256∶808

    2,Aoki K,Yoshida T,Matsumoto N,et al.Gene therapy for peritoneal dissenination of pancreatic cancer by liposome-mediated transfer of perpes simple virus thymidine kinase gene. Hum.Gene Ther,1997,8∶1107~13
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    3,Ido A,Nakata K,Katoy,et al.Gene therapy for hapatoma cell using a retrovirus vector carry in herpes simplex virus thumidine kinase gene under the control of human alphafetoproteim gene promator. Cancer Res,1995,55∶3105~3109

    4,Sorrentino Bp,Brandt SJ,Bodine D,et al.Selection of drup-resistance bone marrow cells in vivo after retroviral transfer of the human MORI.Science,1992,257∶99~103

    5,Gutierrez A A.Gene Therapy for Cancer.Lancet,1992,239∶715.
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    6,Yanfang Zheng,Jeren Zhang.Cancer Gene Therapy.肿瘤杂志,2000,13∶1

    7,Lary BM,Coveney EC,Philip R,et al.Inhibition of establishied pancreatic cancer following specific active imunotherapy with interleukin-2 gene transduced tumor cells.Cancer Gene therapy,1997,4∶97~104

    8,徐克成,吴建文.消化系统癌肿的自杀基因治疗.世界华人消化杂志,1999,7(8)∶13

    9,孟照华,何振平.肝癌抑制基因治疗的研究现状.世界华人消化杂志,1999,7(4)∶24

    10,黄贤明,魏曙光,王琳芳,等.C-ets-2,c-myc,N-ras三个癌基因联合反义RNA对肝癌细胞恶性表型的逆转.中华肿瘤杂起,1994,16∶243

    11,张 晶,陈云弟.基因治疗:治疗遗传病的根本措施.科学导报,1999,134(8)∶18

    (2000年8月14日收稿), 百拇医药