基因治疗的发展及其应用

基因治疗的发展及其应用

【摘要】基因治疗一种很有发展前途的高新技术。基因治疗有望成为治疗遗传病、肿瘤、心血管病、病毒感染及其它难治性疾病的有效手段，本文通过国内外相关文献的分析，从基因治疗(基因治疗的现状、肿瘤的基因治疗)、基因预防、基因治疗技术、基因治疗存在的问题和未来发展等进行综述。

【关键词】基因治疗;基因预防;基因治疗技术;现状;问题和未来发展

人类的疾病是由于其本身的基因的核苷酸发生变化有关。近年来，基因治疗作为一种安全的、新的疾病治疗手段，在一定程度上取得了重大进展。

1 基因治疗

基因治疗(Genethrapy)是向靶细胞引入正常有功能的基因，以纠正或补偿致病基因所产生的缺陷，从而达到治疗疾病的目的，通常包括基因置换、基因修正、基因修饰、基因失活等。简而言之，基因治疗是指通过基因水平的操纵而达到治疗或预防疾病的疗法。

1.1 基因治疗的现状

生物医学的深入研究表明，人类的各种疾病都直接或间接与基因有关[1]。因此，可认为人类的一切疾病都是“基因病”。故人类疾病可分为三大类。一类是单基因病。这类疾病只需一个基因缺陷即可发生，如腺苷脱氨基酶(ADA)缺陷症。二是多基因病。此类疾病的病因大多比较复杂，不但涉及各个基因，往往还与环境因素(包括自然环境、社会环境、生活方式等)有关。基因缺陷和疾病表型都具有明显的多样性。Ⅰ型糖尿病、肿瘤、心血管疾病等皆属此类。三是获得性基因病。此乃病原微生物入侵所致，如艾滋病、乙型肝炎等。因此，理论上，人类所有的疾病都可采用基因治疗。

1.2 肿瘤的基因治疗

目前治疗癌症的基因疗法种类颇多，主要集中在免疫基因治疗、药物敏感性基因治疗、肿瘤抑制基因治疗治疗三个方面。

1.2.1 免疫基因治疗

常用方法有：①细胞因子基因治疗：将某些细胞因子基因如IL 2、IL 4、IL 6、B7 1，GM CSF等转染肿瘤细胞后，增强机体对肿瘤细胞的免疫反应。②肿瘤抗原基因免疫治疗：将某些肿瘤抗原基因如MHC基因等转染肿瘤细胞，增强肿瘤细胞免疫原性。②反义基因治疗：应用反义核酸在转录和翻译水平，通过碱基互补原则封闭某些异常基因的表达，反义核酸被称为信息药物[3]。④用抗体抑制癌基因的产物杀灭肿瘤细胞。

另外，端粒酶在形成过程中依赖一种染色体端粒分泌出的名叫HTERT的蛋白质，它是端粒酶产生的基础和模板。采用基因工程手段对这种蛋白进行改造，抑制端粒酶的产生过程，从而阻止癌细胞的无限分裂。

1.2.2 药物敏感性基因治疗

利用单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV TK)基因来治疗脑恶性胶质瘤，用“自杀基因”“插入”正在分裂增殖的肿瘤细胞，并与肿瘤基因组“整合”而“生出”胸苷激酶。该酶能使进入肿瘤细胞和原来对该细胞无毒的一种叫更昔洛韦的药物立即成为“毒死”肿瘤细胞的“杀手”，并能杀死邻近的肿瘤细胞[2]。我国上海市肿瘤研究所基因实验室在国内率先研制成功的胸苷激酶基因工程化细胞制剂已开始用于脑恶性胶质细胞瘤的基因治疗。增强机体对治疗耐受能力的基因疗法，例如向患者骨髓细胞导入多药耐药基因，则可增加化疗或放疗剂量以便更多地杀灭癌细胞，而机体能够耐受，就可以提高治疗效果。

1.2.3 肿瘤抑制基因治疗

恶性肿瘤本质是一种基因病，肿瘤的发生、发展与复发均与基因的改变密切相关，因此基因治疗针对的是肿瘤发生的根源——在基因水平上对肿瘤进行根治。这方面研究最多的为野生型p53基因疗法。将重组的人P53腺病毒，通过注射导入人体所需的P53抑癌基因，以抑制肿瘤发展，甚至缩小肿瘤[4]。如北京市海淀医院基因治疗中心用重组人P53 腺病毒注射液(又名今又生、是一种广谱抗癌基因药品)，用于治疗头颈部鳞癌、鼻咽癌、喉癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌、胃癌等各类实体性肿瘤。

1.4 基因预防

细胞在演变为癌之前的数年甚至几十年中，分子水平的基因突变多数已经出现，及时了解某些特定基因的完损与否，就可以通过减少对致癌因素的接触以及修复基因的功能来达到预防的目的，例如高血压、糖尿病、乳腺癌等。干细胞是细胞最早期、最原始的阶段，可以通过干预干细胞基因，纠正疾病“因素”。基因检测是21世纪预防医学最伟大的发明。它使人们真正地可以了解自己的健康，尤其对我们的下一代进行基本疾病的基因检测其意义更重大，如果提前知道他们身上有哪些疾病的易感基因，我们完全可以通过对居住条件、膳食组成、生活方式、增加体检频度、接受早期诊治等多种方法，有效地规避

疾病发生的环境因素。通过基因检测，可向人们提供个性化健康指导服务、个性化用药指导服务和个性化体检指导服务。就可以在疾病发生之前的几年、甚至几十年进行准确的预防，而不是盲目用药、无效用药、有害用药以及保健等。

2 基因治疗技术

2.1 基因治疗常用方法

有两种，即体内疗法(In vivo)和体外疗法(Ex vivo)。体内疗法是将外源基因导入受体体内有关的器官组织和细胞内，以达到治疗目的，这是一种简便易行的方法，如肌肉注射、

静脉注射、器官内灌输、皮下包埋等，但其缺点是基因转染率较低。研究和应用较多的还是体外疗法，即先在体外将外源基因导入载体细胞，然后将基因转染后的细胞回输给受者，使携有外源基因的载体细胞在体内表达治疗产物，以达到治疗目的。最常用的技术有三种：(1)体外处理疗法：将有基因缺陷的体细胞取出后，引入正常的基因拷贝后再送回体内;(2)原位疗法：使用载体将目的基因直接导入靶细胞;(3)体内疗法：将基因载体注入血液，定向寻找靶细胞并将基因安全有效地导入。

2.2 基因治疗载体

有效的基因治疗依赖于外源基因在受体中高效、稳定的表达，而这在很大程度上取决基因治疗所采用的载体系统。基因治疗载体可分两大类：病毒性载体和非病毒性载体。

2.2.1 病毒性载体

病毒性载体如逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、痘苗病毒、疱疹病毒等。逆转录病毒应用最早，研究也相当深入，目前仍被广泛应用。

2.2.1.1 逆转录病毒载体

反转录病毒(Retrovirus)是一类已知的RNA病毒。该载体系统有两部分组成，一是带有外源基因的重组反转录病毒载体分子，二是能以反式提供病毒结构蛋白的包装细胞，其要求是能高效产生感染靶细胞的重组病毒颗粒，且无野生型的反转录病毒存在，后者是基因治疗安全性的关键问题。逆转录病毒载体最大优点是：(1)转染谱广，可以感染各种细胞类型;(2)转入的外源基因可完全整合;(3)对细胞感染率高，达到100%;(4)感染细胞不产生病变，可建立细胞系长期持续表达外源基因。根据报道利用逆转录病毒作为载体来进行血友病A的基因治疗已经有了很大的进展。

2.2.1.2 腺病毒载体

腺病毒(Adenovirus，Ad)是一种无包膜的线状双链DNA病毒，其复制不依赖于宿主细胞的分裂。临床上已运用Ad载体系统对囊性纤维病进行基因治疗，取得良好的效果。Ad载体具有以下优点：(1)人类是Ad的自然宿主，因此比较安全;(2)靶细胞范围广，不仅能感染复制分裂细胞，也能感染非分裂细胞;(3)滴度高，可达1011～1012pfu·ml-1;(4)可在肠道及呼吸道内繁殖，其重组病毒可由静脉注射、肠道吸收或气管内滴注等多种方式给予，已达到有效的基因转移和治疗;(5)该载体没有包膜，不易被其补体所灭活，可直接在体内应用。

2.2.1.3 腺相关病毒载体

腺相关病毒(Adeno associated virus，AAV)单链DNA病毒，是一种缺陷型病毒，只有与腺病毒、单纯疱疹病毒等共感染时才能进行有效复制。与其他载体病毒相比：(1)AAV 无致病性，并且在受染体上不会引发免疫反应;(2)宿主范围广，并可感染非分裂细胞;(3)AAV 载体可将外源基因定点整合到人类19号染色体长臂，基因表达稳定;(4)AAV是一种无包膜