基因治療的現(xiàn)狀與展望資料

1、基因治療的現(xiàn)狀與展望朱雙喜在生命進(jìn)化的漫長歷程中， 生物體通過基因突變以適應(yīng)環(huán)境， 基因突變是生物進(jìn)化的基 礎(chǔ)。同時，不利的突變會造成細(xì)胞形態(tài)和功能的異常，導(dǎo)致疾病，甚至機(jī)體的死亡。人體某 些疾病的發(fā)生與基因的核苷酸序列變化有關(guān)， 那么從校正核苷酸序列著手來治療疾病的設(shè)想 也就順理成章了。 基因治療是向靶細(xì)胞引入正常的或野生型基因， 糾正和補(bǔ)償致病基因產(chǎn)生 的缺陷從而達(dá)到治療疾病的目的。 Anderson 于 80 年代初首先闡述了基因治療的前景； 1990 年美國成功地進(jìn)行了 ADA（ 腺苷脫氨酶 ）缺陷患兒的人體基因治療； 1991 年我國首例基因治 療 B 型血友病也獲得了成功。目前，基

2、因治療已從遺傳病擴(kuò)展到腫瘤、心血管疾病、神經(jīng) 系統(tǒng)疾病、傳染病，包括 AIDS 病等領(lǐng)域。它依然存在例如缺少高效的傳遞系統(tǒng)、缺少持續(xù) 穩(wěn)定的表達(dá)和寄主產(chǎn)生免疫反應(yīng)等一些問題。 但隨著人類基因組計劃的實施、 大批新基因的 發(fā)現(xiàn)以及新技術(shù)的發(fā)展，治療范圍將大大拓寬，從而給人類健康事業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響。一、基因治療的前提在基因治療成為一種普通的醫(yī)療手段之前必須首先明確兩個前提。11 基因治療需要有清晰定義的靶組織通常以疾病類型來選擇進(jìn)行基因治療的細(xì)胞， 例如 在肺部系統(tǒng)纖維疾病的臨床治療中選擇肺作為靶器官， 使用呼吸道氣霧劑法， 可使含有補(bǔ)償 缺陷基因的 DNA 直接傳遞到肺中；治療類似血友病的凝血因

3、子疾病需要在血漿里含有達(dá)到 治療水平的凝血蛋白，這種蛋白可以由肌肉、 活細(xì)胞、成纖維細(xì)胞或甚至血細(xì)胞提供， 于是 就可有多種接受基因治療的靶組織。此外，靶組織的最終選擇還必須考慮基因傳遞的效率、 表達(dá)蛋白變性、機(jī)體免疫狀態(tài)、可行性和治療費(fèi)用等因素。12 究競要往靶組織內(nèi)傳遞多少治療基因 B 型血友病的病因是缺乏一種稱為第九因子的 凝血蛋 白，然而病人只需正常水平 5的這種蛋白，其生存機(jī)會就能提高，假設(shè)經(jīng)治療后 的細(xì)胞能穩(wěn)定表達(dá)這種蛋白，那么需要傳遞基因給人體全部 1013 個細(xì)胞中的 5xlO11 細(xì)胞； 然而相對于大腦來說， 只需幾百個細(xì)胞被基因轉(zhuǎn)染， 神經(jīng)性疾病的患者就可減輕痛苦； 如果

4、考慮對成血干細(xì)胞 （或生殖細(xì)胞 ）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染， 治療幾個細(xì)胞將會對其數(shù)以百萬計的子代產(chǎn) 生影響，所起的負(fù)作用也同樣如此。二、基因治療的方法基因治療的應(yīng)用有兩種途徑： （1） 把一個健康基因拷貝插入靶細(xì)胞以補(bǔ)償缺陷基因；（2）引進(jìn)經(jīng)過改造的基因以賦予細(xì)胞新的特性。最常用的技術(shù)有：（a）體外處理（ex vivo）療法將有基因缺陷的細(xì)胞取出，引入正?；蚩截惡笤偎突伢w內(nèi)；（b）原位療法，使用載體將目的基因直接導(dǎo)入靶組織。（c）體內(nèi)療法（in vivo），將基因載體注入血液，定向?qū)ふ野屑?xì)胞并將遺 傳信息安全有效地導(dǎo)入?；蛑委熭d體可分為病毒型和非病毒型4兩類。病毒型載體包括：逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒、腺相

5、關(guān)病毒和皰疹病毒， 目前最有效的方法是使用經(jīng)過改造的、 具有穿膜特性的病毒作 為載體， 定向地將目的基因?qū)爰?xì)胞。 然而由于人體自身具有抗病毒的免疫系統(tǒng)， 使用病毒 載體作為媒介來傳遞 DNA 時就不得不面對宿主的免疫反應(yīng)。非病毒型載體包 括：脂質(zhì)體、裸露 DNA 和 DNA 包裝顆粒，范圍從裸 DNA 顯微注射，電激法、基因槍技術(shù) 等各類物理學(xué)方法到聚陽離子賴氨酸或陽離子脂質(zhì)體。三、基因治療面臨的問題缺乏某種單基因產(chǎn)物而患病的病人， 一旦獲得一個野生型的基因拷貝并能正常表達(dá)， 就 有被治愈的可能。 基因治療亟待解決的問題是目的基因的定向表達(dá)， 目的基因?qū)氚屑?xì)胞是 定向表達(dá)的基本條件。 目前

6、，必須優(yōu)先發(fā)展有更強(qiáng)適用性和靈活性的能準(zhǔn)確調(diào)控轉(zhuǎn)導(dǎo)基因表 達(dá)的基因傳遞系統(tǒng)，即發(fā)展一種理想的“載體” （能幫助新的基因 "潛入"），人體細(xì)胞的特殊病毒或其他試劑 ) ，這是基因治療得以成功的關(guān)鍵。因為現(xiàn)在各種傳遞系統(tǒng)都還有這樣或那 樣的問題：如 C 一型反轉(zhuǎn)錄病毒會被人體的補(bǔ)體系統(tǒng)所殺死，因此不能用于體內(nèi)；腺病毒 能誘發(fā)免疫應(yīng)答，它們只能通過裂解細(xì)胞傳染； DNA 一聚陽離子復(fù)合物在血液中不穩(wěn)定； 而脂質(zhì)體顯然轉(zhuǎn)染效率太低，因此，還需要開展大量的基礎(chǔ)研究(表 1)。作為非病毒型載體的脂質(zhì)體能介導(dǎo) DNA 進(jìn)入細(xì)胞核使外源基因得到表達(dá)，如果提高體內(nèi)基因表達(dá)量等技術(shù)問 題能解決

7、的話，脂質(zhì)體作為基因治療的載體將很快被應(yīng)用于臨床。盡管基因治療得到了很大的發(fā)展， 但它仍處于發(fā)展的最初階段。 雖然有幾份令人信服的 報告， 然而事實上有確切療效者還很有限， 與成千上萬適合治療的病例來說很不相稱。 近五 年來，國際上大多數(shù)基因治療是針對惡性腫瘤的，約占全部臨床試驗的 60以上，但無一 例成功， 究其原因， 很可能是人類至今對腫瘤的形成機(jī)制尚未真正搞清楚， 所以很難有針對 性?；蛑委熯€需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究， 這已是國際上眾多專家的共識， 除了對疾病的發(fā)病機(jī)理 (特別是癌癥 )的基礎(chǔ)研究外，將目的基因?qū)爰?xì)胞的各種載體從長遠(yuǎn)來看是否對人體有害， 亦是一個不容忽視的課題 。 ；此外，目

8、的基因?qū)爰?xì)胞后，所引起的機(jī)體免疫反應(yīng)將降低 表達(dá)效率，同樣是亟待解決的問題；再者，從遺傳病 ADA 和 B 型血友病的基因治療來看， 即使接受治療者能完全康復(fù)，他們的后代能否不再患病也值得長遠(yuǎn)思考。四、基因治療的發(fā)展階段基因治療已歷經(jīng)了三個發(fā)展階段。第一階段 (1970-1990)Rogers 及其德國同事于 1970 年首先進(jìn)行了建立在動物實驗基礎(chǔ)上的基因治療嘗試。他 們給患有精氨酸酶缺乏癥的兩個孩子注射了Shope pa_pilloma ，病毒，這種病毒能夠合成精氨酸酶。研究顯示， 直接注射感染性病毒可成功地轉(zhuǎn)染編碼精氨酸酶的基因并有效降低血漿 內(nèi)的精氨酸水平。然而最終的治療結(jié)果是，既無

9、臨床癥狀的好轉(zhuǎn)也沒有觀察到不良反應(yīng)。在 80 年代又實施了兩例基因治療。 1980 年，通過磷酸鈣共沉淀方法將 p 一球蛋白基因 轉(zhuǎn)染到兩個患有地中海貧血癥孩子的骨髓干細(xì)胞中， 轉(zhuǎn)染基因在這個有爭議的試驗中表達(dá)了 9 個月的時間 (使用 Southem Blot 檢測 )，首次證明了轉(zhuǎn)染重組 DNA 到人體是可行的 引。這 項研究成功地對靶細(xì)胞進(jìn)行了改造，并且證明轉(zhuǎn)染基因的細(xì)胞可以長期存活。 1989 年，美 國國家健康研究所 (NIH) 作了另一例使用造血系譜 ex uiv0 操作的轉(zhuǎn)基因研究 引。從腫瘤中 提取的 T 細(xì)胞在體外被反轉(zhuǎn)錄病毒載體標(biāo)記，再從靜脈注射回到病人體內(nèi)，實驗結(jié)果同樣

10、顯示失活的重組病毒基因 ex uivo 療法的可靠性。雖然三個實驗得出可以實施基因治療的結(jié)論， 但人體轉(zhuǎn)基因今后始終存在的最大問題仍 是它的安全性。 研究人員非常關(guān)注在臨床試驗中轉(zhuǎn)入體內(nèi)的病毒和重組 DNA 分子所產(chǎn)生的 不良影響，科學(xué)界為此建立了重組 DNA 顧問委員會來發(fā)展、指導(dǎo)和監(jiān)督 DNA 的研究。事 實上，最早的三個臨床研究 (兩個使用病毒載體 )沒有記錄到任何不良癥狀，相對由于安全因 素而被限制多年的異源骨髓移植來說是很幸運(yùn)的。 然而這僅僅是一個開端， 在基因治療被完 全確認(rèn)安全以前， 還需要更多的臨床測試和轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。 盡管如此， 早期基因治 療探索的結(jié)果為擴(kuò)大治療領(lǐng)域

11、提供了倫理學(xué)基礎(chǔ)， 基因治療就將如同骨髓移植和抗菌素等其 他科學(xué)進(jìn)程中的治療手段一樣不斷得到發(fā)展。第二階段 (1990 1996)DeSilVa 患者自出生起就缺乏人體編碼腺苷脫氨酶所必需的 ADA 基因，將因喪失人體 免疫系統(tǒng)功能而致命。 1990 年這位患者接受了首例經(jīng)授權(quán)的人體基因治療，從她身上分離 的細(xì)胞顯微注射 (ADA) 功能基因后， 再回輸至體內(nèi)， 四年后這位八歲女孩的健康成長被宣布 是一個奇跡。 從首次人體基因治療的嘗試直到 1990 年的第一次成功花去了 20 年時間， 在這 期間技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致了許多傳遞基因新系統(tǒng)的出現(xiàn)，同時發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種與基因相關(guān)的疾病， 控制體內(nèi)外細(xì)胞生長

12、的方法也得到長足進(jìn)步， 故而一到首次批準(zhǔn)基因臨床治療時， 就有十分 豐富的知識可供參考，自此僅美國平均每年就有 22 個治療方案被批準(zhǔn)。 當(dāng)基因治療顯示出其臨床療效， 一個嶄新的研究階段就此開始了。 研究標(biāo)記基因細(xì)胞體 內(nèi)治療的持續(xù)性， 開發(fā)新的免疫學(xué)功能以及提高臨床療效逐一被提上議事日程。 首例經(jīng)授權(quán) 的基因治療的成功使研究人員決心將臨床基因治療拓展到其他領(lǐng)域， 基因治療的熱情正在全 世界增長。到 1996 年 3月為止已有超過 200 名基因治療的記錄，基因治療已在世界范圍內(nèi) 得到許可，并有 23 個臨床實驗結(jié)果被公布。然而基因治療不單是一種綜合了許多學(xué)科優(yōu)勢 的治療手段， 它不僅取決于轉(zhuǎn)

13、基因系統(tǒng)、 轉(zhuǎn)基因安全性等最基本因素， 尤其還要確定能使分 子治療獲得成功的各類關(guān)鍵性參數(shù)。 轉(zhuǎn)基因基礎(chǔ)理論的研究將加深對其作用機(jī)制的理解， 并 加快基因治療推廣應(yīng)用。盡管治療顯示有一定的毒副作用， 但不良反應(yīng)始終維持在極低水平， 目前也沒有與基因 治療本身聯(lián)系起來的直接證據(jù)。 我們正處于一個基礎(chǔ)實驗和臨床治療互補(bǔ)發(fā)展的階段， 這就 需要綜合的實驗基礎(chǔ)和科學(xué)合作精神。 基礎(chǔ)理論的研究成果不斷地應(yīng)用到臨床中去， 治療試 驗將反饋需要改進(jìn)的信息并不斷完善。 從新藥開發(fā)的經(jīng)驗得知， 臨床的治療試驗往往要比理 論發(fā)展提早數(shù)年。 基因治療已證明了目前的基因轉(zhuǎn)染系統(tǒng)的相對安全性， 并且有病人得到治 療療效

14、的數(shù)據(jù)。良好的開端為下一個廣泛臨床應(yīng)用階段打好了基礎(chǔ)。第三階段 （1997 一 ） 盡管存在理解和觀點的不同， 但科研人員和公眾都普遍認(rèn)同基因治療在人體健康領(lǐng)域的 巨大潛力。 關(guān)鍵問題是時間和療效， 這需要依靠對基因轉(zhuǎn)染和調(diào)控的充分認(rèn)識才能逐漸轉(zhuǎn)變 為現(xiàn)實，因而基因治療極為依賴臨床研究領(lǐng)域。如果有人預(yù)言說未來 DNA 技術(shù)的發(fā)展與基礎(chǔ)診斷相結(jié)合， 今后五年內(nèi)將沒有別的什么 東西能夠比基因治療的巨大發(fā)展更能帶給人們真正益處的了，那么他的論調(diào)也太過主觀了， 因為基因治療絕不是攻克人類疾病的萬能靈藥，它還只是處于對抗疾病的初級階段。誠然， 基因治療藥物所具有的前景， 譬如對損壞的分子進(jìn)行修補(bǔ)、 植入

15、新的基因信息、 提高基因轉(zhuǎn) 染效率和基因的表達(dá)調(diào)控，這些都表明了人類追求健康的創(chuàng)造性和進(jìn)發(fā)出的生命潛力。在這個研究階段，人們從細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、 rit）ozyme 和反義核酸 等角度對基因治療進(jìn)行各方面的研究。 除此之外， 在基因治療中還應(yīng)注意到： 細(xì)胞和器官這 一局部整體之間的關(guān)系； 導(dǎo)入目的基因后新系統(tǒng)的形成與體內(nèi)環(huán)境中其他系統(tǒng)（如免疫系統(tǒng) ）的內(nèi)在關(guān)系； 導(dǎo)入的目的基因在表達(dá)過程的層次與其受細(xì)胞核及細(xì)胞器調(diào)控的主要層次的相 互關(guān)系等。 無論如何， 基因治療這個領(lǐng)域正在迅速地發(fā)展， 相信在不遠(yuǎn)的將來會取得突破性 進(jìn)展。五、基因治療的展望 預(yù)言基因治療何時將變成有廣闊應(yīng)用潛力的臨床醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)手段并不重要， 由于 AIDS 病 傳播和癌癥死亡率的升高等一系列不容回避的事實，增加基因治療的臨床試驗顯得十分必 要，這樣可匯總大量新數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估。 然而， 要將基因治療成功轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床治療手段必 需通過大量臨床試驗信息的積累一這是一個緩慢漸進(jìn)的過程。目前 ex uivo 的對象一般是血細(xì)胞，將來很可能會瞄準(zhǔn)骨髓干細(xì)胞。另外，許多組織專 一性表達(dá)的基因調(diào)節(jié)片段已經(jīng)研究清楚了， 目的基因與這些調(diào)節(jié)片段重組的逆轉(zhuǎn)錄病毒可產(chǎn) 生基因的定向表達(dá)， 因而可被試用于基因治療。 不能