基因治疗

以不同方式恢复基因的正常功能

基因治疗(gene therapy,GT)最早指在原位用正常基因替换缺陷基因来治疗人类疾病。后来指将外源基因导入细胞以纠正基因缺陷,其概念随分子遗传学技术的不断发展而拓展,目前指将外源基因转移至患者细胞内并有效地适度表达,以达到治疗疾病的目的。基因治疗可以是直接修复、补偿缺陷基因,或抑制某些基因的过度表达;也可间接增强机体免疫功能,或利用外源基因对病变细胞特异性杀伤等。

在20世纪60年代末,人们就尝试将含精氨酸酶基因的病毒注射入精氨酸酶缺陷的病人体内,第1例经批准的人基因治疗临床试验于1990年9月14日在美国国立卫生研究院临床中心进行,Aderson等将正常的腺苷脱氨酶基因导入因先天性腺苷脱氨酶缺陷而患重度联合免疫缺陷综合征的4岁女孩体内,结果证明了由病毒介导的外源基因确实能够在患者体内表达正常的具有生物活性的蛋白,从而使得基因治疗引起了人们的广泛关注。目前,基因治疗的范围已从过去罕见的单基因疾病扩大至常见的单基因疾病和多基因疾病。遗传性疾病的基因治疗多数属于单基因缺陷所引起的疾病的基因治疗。以腺病毒为载体,靶向肝细胞对苯丙氨酸羟化酶(PAH)缺陷症小鼠模型进行了研究,结果表明小鼠的伤寒表型症状得到明显改善。

恶性肿瘤的基因治疗已进行了大量的预备性实验,美国科学家构建了重组的TIL (肿瘤浸润淋巴细胞),能表达100倍于正常水平的TNF并应用于黑色素瘤的临床治疗。另外,用表达IL-22、IFN-22和IL-21的TIL治疗神经母细胞瘤及白血病等的研究工作也已见报道;还有应用反转录病毒将毒素基因(蓖麻毒素和脊髓灰质炎病毒素中所含的一种蛋白酶的基因)导入癌细胞内,只在靶细胞内表达毒素并发挥杀伤作用,但对其他细胞毒性较低。

相比其他治疗方式,基因治疗显示着更全面、更本质的效果。在不断探讨各种疾病的发病机制、尝试不同基因药物、采用不同治疗途径的过程中,基因治疗已取得了极大的进展。尽管如此,基因治疗仍停留在研究探索阶段,未能获得临床上的推广及普及。其中一个最重要的原因就在于基因治疗途径的局限性,寻找简便、安全、无毒的基因转移载体以及给药方式已成为基因治疗的关键。

人类间充质干细胞(human mesenchymal stem cells)为干细胞的研究提供了方便。人类间充质干细胞在一定条件下可分化为各种组织细胞,如骨、软骨、脂肪等。一些代谢性骨病(如骨折后骨不连接和低磷酸酶症)有望用人类间充质干细胞治疗,而且因为这种干细胞能调节免疫反应,故很少发生免疫排斥反应。

基因治疗的方式主要有体外基因导入和体内基因导入两种途径,基因治疗的技术和方式日趋多样化,但按基因导入的形式,可归纳为以下两种。

1. 体外基因导入

该法是在体外细胞培养时,用适当的方法将基因导入人体自身或异体细胞,该细胞经培养扩增后再注入人体,其制品形式是外源基因转化的细胞。此法易于操纵且较为有效,由于受到细胞培养、生长和注入等条件的限制,其制品不利于大规模生产,目前应用于血液、皮肤、肝脏、免疫系统和肿瘤细胞等的治疗。

2. 体内基因导入

该法是将外源基因装配于能在人体细胞表达的载体,直接导入人体,其制品形式是基因工程技术改造的载体与重组DNA混合物,其制品可进行较大规模生产。但此法的效果相对较差,不易于将治疗基因准确导入体内靶细胞。目前应用于肝脏、脑和呼吸系统等的基因治疗。

病毒载体和非病毒载体是基因治疗的必要途径

基因必须通过一定的载体才能导入体内并在体内高效表达,裸露的DNA不但容易被机体的降解酶系所降解,而且也难以进入宿主细胞并在宿主细胞内高效表达。目前用做基因治疗的载体主要包括病毒载体和非病毒载体两大类。后者又包括细菌载体、人工载体和脂质体载体等。而病毒载体主要来源于鼠和人类的DNA、RNA 病毒,最常用的以反转录病毒、腺病毒(Ad)、腺相关病毒(AAV)、慢病毒和单纯疱疹病毒(HSV)为多。最近几年,又有更多的病毒被开发改造为基因治疗的载体,包括牛痘病毒、杆状病毒、EB 病毒(EBV)、水疱性口炎病毒(VSV)和人巨细胞病毒(CMV)等,其中一些也已经进入了临床试验阶段。细菌载体和人工载体主要有志贺菌载体、人工小染色体载体及各种物理载体等。

1. 病毒载体

主要包括反转录病毒载体、腺病毒载体、腺相关病毒载体、单纯疱疹病毒载体、慢病毒载体和其他病毒载体。

2. 非病毒载体

非病毒基因转移方式与病毒方式相比,有以下几个潜在优势:①对DNA大小的限制较少,长达48kb的片段已被成功转移至细胞;②没有对包装和复制所必需的病毒序列的要求的限制,DNA容易操纵;③比起有感染性的病毒构建物,DNA复合物少有感染能力,比较安全;④免疫原性低。目前已经在研的非病毒载体有脂质体载体、人工染色体载体和生物纳米载体。

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