基因治療技術(shù)綜述

1、中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)論文姓 名： 曾宇翔 學(xué) 號： 1044002 專 業(yè)： 10生物技術(shù) 指導(dǎo)教師： 徐小靜 基因治療技術(shù)綜述2013年4月27日基因治療技術(shù)綜述曾宇翔（中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 北京 100081）摘要：基因治療是一種新的治療手段，具有廣闊的發(fā)展前景?；蛑委熡型蔀橹委熯z傳病，癌癥，心血管病及其他難治性疾病的有效手段，目前以取得一定進(jìn)展。本文主要對基因治療技術(shù)的現(xiàn)狀、方法、問題和未來發(fā)展等幾方面進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞：基因治療；策略；方法；應(yīng)用。20世紀(jì)是科技空前發(fā)展的時代，同樣也是“生物大發(fā)現(xiàn)”的時代，而21世紀(jì)是基因治療技術(shù)發(fā)展的時代。自1989年

2、人類史上首次基因治療方案在北京實施以來，到目前為止，基因治療技術(shù)已經(jīng)在世界各國廣泛開展。基因治療作為一種安全的、新的疾病治療手段，在一定程度上取得了重大進(jìn)展。然而基因治療啊依然存在諸如缺少高效的傳遞系統(tǒng)、缺少持續(xù)穩(wěn)定的表達(dá)和寄主免疫等一系列問題。但我們相信隨著科學(xué)家對基因的不斷深入研究，基因治療一定會給人類健康事業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)。本文從以下幾方面將國內(nèi)外近年基因治療技術(shù)的研究情況做一綜述。1 基因治療概念基因治療是向靶細(xì)胞引入正常有功能的基因，以糾正或補(bǔ)償治病基因鎖產(chǎn)生的缺陷，從而達(dá)到治療疾病的目的的生物學(xué)高新技術(shù)?；蛑委熡兄M義和廣義的概念，狹義概念指用具有正常功能的基因置換或增補(bǔ)患者體內(nèi)

3、有缺陷的基因，因而達(dá)到治療疾病的目的；廣義概念指把某些遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到患者體內(nèi)，使其在體內(nèi)表達(dá)，最終達(dá)到治療某種疾病的方法。實施基因治療的所需步驟大致有：(1)目的基因的篩選和植被；（2）基因載體的選擇；（3）靶細(xì)胞的選擇；（4）細(xì)胞轉(zhuǎn)染：（5）基因的表達(dá)檢測。2 基因治療的方法目前基因治療有二種形式：一是體內(nèi)療法，把一個將抗的基因拷貝插入靶細(xì)胞以補(bǔ)償缺陷基因；二是體外療法，引進(jìn)經(jīng)過改造的基因賦予細(xì)胞新的特征。這兩者都屬于體細(xì)胞基因治療，還有一種生殖細(xì)胞基因治療，通過干細(xì)胞或者生殖細(xì)胞進(jìn)行介導(dǎo)的治療手段，由于涉及一系列倫理學(xué)問題，目前仍屬禁區(qū)。體內(nèi)療法將外源基因?qū)胧荏w體內(nèi)有關(guān)的器官組織和細(xì)胞內(nèi)

4、，以達(dá)到治療疾病的目的。這是一種簡便易行的方法，體細(xì)胞基因治療通過載體直接傳送，將治療性轉(zhuǎn)基因制作出來，然后包裝入載體中，直接注射到病人體內(nèi)，到達(dá)靶器官。但其缺點是基因轉(zhuǎn)染率較低。目前研究和應(yīng)用較多的還是體外療法，即將有基因缺陷的細(xì)胞取出，在體外將外源基因?qū)氲捷d體細(xì)胞，然后將基因轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞輸給受著，使攜有外源基因的載體細(xì)胞在體內(nèi)表達(dá)治療產(chǎn)物，以達(dá)到治療目的。3 基因治療的策略3.1基因矯正功能 對于致病基因中的異常堿基進(jìn)行精確恢復(fù)，而正常部分予以保留，使細(xì)胞恢復(fù)正常。這種方式在操作中要求高，實踐中有一定難度。3.2基因置換 指用正?；蛲ㄟ^同源重組技術(shù)，原位替換致病基因，使細(xì)胞內(nèi)的DNA

5、完全恢復(fù)正常狀態(tài)。這是最理想的基因治療策略，尚處于基礎(chǔ)研究階段，未能從理論和技術(shù)上得到突破。3.3基因增補(bǔ) 不刪除突變的致病基因，而在基因組內(nèi)額外插入正?；?，致病基因仍在其中，正?；蛟隗w內(nèi)表達(dá)出功能正常的蛋白，達(dá)到治療疾病的目的，是目前主要使用的基因治療策略。3.4基因失活 向患者體內(nèi)導(dǎo)入有抑制基因表用的反義RNA、核酸，干擾RNA等，通過這類物質(zhì)抑制或降解相應(yīng)的mRNA，在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平阻斷某些基因的異常表達(dá)，而實現(xiàn)治療的目的。3.5自殺基因 在某些病毒或細(xì)菌中的某基因可產(chǎn)生一種酶，它可將原無細(xì)胞毒或低毒藥物前體轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒物質(zhì)，將細(xì)胞本身殺死，此種基因稱為“自殺基因”。3.6免疫治療將

6、某種抗體、抗原或者細(xì)胞因子的基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，從而改變病人的免疫狀態(tài)，達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。比如將白細(xì)胞介素-2導(dǎo)入腫瘤病人體內(nèi)，提高病人IL-2的水平，激活體內(nèi)免疫系統(tǒng)的抗腫瘤活性，達(dá)到防治腫瘤復(fù)發(fā)的目的。3.7耐藥治療耐藥基因治療是在腫瘤治療時，為提高機(jī)體耐受化療藥物的能力，把產(chǎn)生抗藥物毒性的基因?qū)肴梭w細(xì)胞，以使機(jī)體耐受更大劑量的化療。4 基因治療載體有效的基因治療依賴于外源基因在受體中高效、穩(wěn)定的表達(dá)，而這很大程度上取決于所用的載體系統(tǒng)。目前外源基因的轉(zhuǎn)移方法主要有病毒法和非病毒法：4.1病毒載體病毒具有一些獨特的性質(zhì)如多數(shù)病毒可感染特異的細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)不易降解；RNA病毒能整合到

7、染色體上等。因此病毒載體是良好的基因運轉(zhuǎn)載體，現(xiàn)在絕大多數(shù)基因治療臨床項目采用病毒載體。4.1.1RAN病毒載體最常見的RNA病毒載體來源于逆轉(zhuǎn)錄病毒，逆轉(zhuǎn)錄病毒屬于正練RNA病毒，可高效地感染許多類型的宿主細(xì)胞，它雖然是RNA病毒名單是有逆轉(zhuǎn)錄酶，可使RNA轉(zhuǎn)錄為DNA，在整合到宿主細(xì)胞。逆轉(zhuǎn)錄病毒是最先且最廣泛的基因治療載體，逆轉(zhuǎn)錄病毒表面的糖蛋白能被很多哺乳動物細(xì)胞膜上的特異性受體所識別，因而可以高效地將基因轉(zhuǎn)移到感染細(xì)胞。它能感染光譜動物物種而無嚴(yán)格的組織特異性。被轉(zhuǎn)移的外來基因能整合到感染細(xì)胞中而不丟失。慢病毒載體是以HIV-1為基礎(chǔ)發(fā)展起來的基因治療載體。區(qū)別一般的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，

8、他對分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞都具有感染能力，它能再不存在細(xì)胞因子的情況下轉(zhuǎn)換造血前體細(xì)胞。目前以在動物模型上取得了較好的結(jié)果。此外，慢病毒載體治療神經(jīng)疾病具有較大的應(yīng)用前景。4.1.2腺病毒載體腺病毒是線性雙鏈DNA病毒，在自然界中分布廣泛。DNA每條鏈上都有重疊的轉(zhuǎn)錄單位。病毒基因組通過核孔進(jìn)行轉(zhuǎn)運，使初始轉(zhuǎn)錄的啟動更容易。腺病毒載體具有容量大，可感染分裂和不分裂細(xì)胞，感染效率高，無插入致變性，增殖多等優(yōu)點。但也存在一些問題，比如腺病毒如何繞開人體的免疫系統(tǒng)，宿主范圍廣泛使得腺病毒難以針對某一特定組織。4.1.3單純皰疹病毒載體人單純皰疹病毒是大分子量雙鏈DNA，可容納大片段外源DNA。I型單純

9、皰疹病毒(HSV-1)屬于人嗜神經(jīng)病毒，可在神經(jīng)元內(nèi)建立潛伏感染。HSV-1可被改造成兩類載體：一是擴(kuò)增子載體。即僅把HSV的復(fù)制起點和包裝信號序列插入到細(xì)菌質(zhì)粒中；當(dāng)其轉(zhuǎn)染到細(xì)胞，用HSV輔助病毒超感染，便可獲得含有擴(kuò)增子的假病毒。另一類為重組載體，即刪除了與復(fù)制相關(guān)及非必須基因，以減少細(xì)胞毒性，然后插入外源基因，用于宿主神經(jīng)細(xì)胞長期表達(dá)外源基因。4.2非病毒載體迄今已完成的基因治療臨床研究結(jié)果都不盡如人意，其最大困難在于開發(fā)無毒、高效地基因治療載體。雖然多數(shù)研究仍采用轉(zhuǎn)染效率較高的病毒載體，但其非靶向性，有限攜帶能力、生產(chǎn)安全等問題，使得非病毒基因治療載體倍受關(guān)注。非病毒載體包括裸DNA，

10、脂質(zhì)體，納米顆粒及其他一些方式，以脂質(zhì)體與陽離子聚合物使用較多。5 基因治療技術(shù)的應(yīng)用5.1遺傳性疾病的基因治療1991 年美國批準(zhǔn)了人類第一個對遺傳病進(jìn)行體細(xì)胞基因治療的方案,即將腺苷脫氨酶（ ADA ）導(dǎo)入一個 4 歲患有嚴(yán)重復(fù)合免疫缺陷綜合征（ SCID ）的女孩.。采用的 是反轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的間接法,即用含有正常人腺苷脫氨酶基因的反轉(zhuǎn)錄病毒載體培養(yǎng)患兒的白細(xì)胞, 8 個月后,患兒體內(nèi) ADA 水平達(dá)到正常值的 25 ,未見明顯副作用.此后又進(jìn)行第 2 例治療獲得類似的效果.。我國復(fù)旦大學(xué)等單位對乙型血友病的基因治療也進(jìn)行了有意義的探索,他們在兔模型的基礎(chǔ)上,將人第 因子基因通過重組質(zhì)粒（

11、 pcmvix ）或重組反轉(zhuǎn)錄病毒（ N2CMVIX ）導(dǎo)入自體皮膚成纖維細(xì)胞,獲得可喜的階段性成果。對于其他遺傳病如杜氏營養(yǎng)不良癥、帕金森等疾病的研究，也已取得一定進(jìn)展。相信未來基因治療會取得巨大成功。5.2惡性腫瘤的基因治療許多癌癥的發(fā)生是由于癌基因的激活過度而表達(dá)的，因此可以通過影響癌基因的轉(zhuǎn)錄反義等過程來達(dá)到擾亂癌基因的功能。采用基因失活策略，將反義RNA，進(jìn)入癌細(xì)胞，阻止特定mRNA序列表達(dá)，使其喪失產(chǎn)生癌基因蛋白質(zhì)的能力，通過研究表明對癌細(xì)胞具有明顯的作用。通過基因免疫治療癌癥是目前最為廣泛的一種方法，通過向患者體內(nèi)引進(jìn)能增強(qiáng)患者免疫功能的基因，增強(qiáng)患者自身的免疫系統(tǒng)以達(dá)到治愈癌癥

12、的目的。5.3其他方面的基因治療1994年，肥胖有關(guān)的瘦基因的發(fā)現(xiàn)，為肥胖的基因治療展示了美好的前景，這項技術(shù)已在老鼠身上取得成功。歇頂相關(guān)基因的發(fā)現(xiàn)，為很多禿頂男性帶來福音?；蛑委煂碛锌赡苤委熑藗兪軅募∪饣蚬钦郏跗诘娜梭w試驗已經(jīng)開始，專家們相信這種試驗會發(fā)展到治療階段?；蛑委熯€在創(chuàng)傷修復(fù)、減少疤痕、抗衰老以及器官移植等方面有著相當(dāng)明顯的作用。6 基因治療技術(shù)存在的問題過去幾年里，全球基因治療臨床試驗取得了很大的進(jìn)步。實際上也遇到了很多困難。除了道德倫理問題之外，目前尚存的主要問題是：6.1基因治療的副作用自2000年以來，法國巴黎內(nèi)克爾醫(yī)院對17名患有嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷病的兒童實施基

13、因療法，將正常的基因植入患兒體內(nèi)，修復(fù)有缺陷的免疫系統(tǒng)。但從2003年開始，有5名患者出現(xiàn)白血病癥狀，后有一名患病兒童死亡。至此，人們開始意識到基因治療可能具有潛在的、長期的副作用。因此，大量基因治療臨床試驗被擱淺，人們對于基因治療的期望也跌入低谷。6.2基因治療的不可控病毒侵入染色體后的位置是隨即的，誰也無法保證它不會突然碰觸到某些癌基因，所以說存在治病不成的可能。導(dǎo)入基因治療的載體一般為病毒載體，存在著安全隱患，如在病毒載體中可能產(chǎn)生有傳染性、野性或輔助性病毒。6.3用于治療的基因過少目前在以用于靈川實驗的治療基因集中于少數(shù)基因，對大多數(shù)疾病致病基因有待闡明。，目前許多未知功能的基因，及其

14、表達(dá)調(diào)控序列的確定還有待基因組學(xué)進(jìn)一步的發(fā)展。6.4載體轉(zhuǎn)移基因的效率和靶向性目前基因治療沒有獲得滿意的結(jié)果，目的基因在涕淚不能持續(xù)表達(dá)和表達(dá)水平不高是影響治療的重要因素。載體的特異性識別，如何能保證載體能將外源基因送入到指定的靶細(xì)胞，從而在該細(xì)胞中表達(dá)，也是癌癥研究的一大熱點。6 基因治療技術(shù)前景展望盡管基因治療存在諸多問題有待解決，公眾和學(xué)術(shù)界對其也褒貶不一，但我們相信，作為一種對人類健康影響寬廣而深遠(yuǎn)的新興的治療方式，正朝著治愈更大范圍疾病的方向邁進(jìn)，為很多不治的疾病得患者帶來了希望?；蛑委煷嬖诰薮鬂摿σ驯蝗藗儚V泛看好，也始終相信這項技術(shù)最終會取得成功，成為人類生物工程史上又一里程碑。

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