病毒载体与基因治疗

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是指将目的基因直接导入体内有关的组织器官, 使其进入相应的细胞并进行表达。 2. 间接体内疗法(ex vivo) 是指在体外将目的基因导入靶细胞,经过筛选 和增殖后将细胞回输给患者,使该基因在体内 有效地表达相应产物,以达到治疗的目的。
根据基因导入的靶细胞分为两种:
1.生殖细胞基因治疗
生殖生物学问题复杂 伦理学问题 禁止应用人体
2. 设计和制备方便 体外转录获得
3. 能直接作用于一些RNA病毒
RNA干扰技术
概念:短的双链RNA (dsRNA) 导入细胞,可以使同源mRNA 发生特异性的降解,从而阻断 相应基因的表达。
❖ 高度的序列专一性 ❖ 高效性 ❖ 易操作性
(二) 间接策略
导入与致病基因无直接联系的治疗基因
1. 免疫基因治疗 2. 分子化疗 3. 特异性细胞杀伤
受体介导的反义RNA转移
❖ 脱唾液酸糖蛋白(ASGP)受体介导的转移,通过化学 物质作为中间连接物,将ASGP与多聚赖氨酸(PL)共 价结合,得到ASGP-PL复合物,这种复合物可以携带 RNA,再专一性地被肝细胞表面的ASGP受体所识别, 并被吞噬到肝细胞内发挥作用。
反义RNA应用前景
1. 安全性高 不改变基因结构,最终在细胞内被降解。
筛选等。
逆转录病毒载体的特点
1. env编码的糖蛋白结合细胞膜上的特异性受 体,基因转移效率更高;
2. 结构基因gag、env、pol的缺失不影响其他 部分的活性;
3. 整合到靶细胞基因组,可长期表达; 4. 包装好的假病毒颗粒分泌至包装细胞的培养
上清中,易于分离制备。
问题
1. 靶细胞DNA合成必须很活跃,因为病毒感 染和整合作用均依赖靶细胞DNA的复制;
3. 基因增强(gene augmentation)
成熟的策略
是指不去除异常基因,将有功能的正常 基因导入病变细胞或其它细胞后发生非 定点整合,表达正常产物以补偿缺陷基 因的功能,或使原有的功能得以加强。
4. 基因干预(gene interference)
是采用特定的方法,导入外源基因选择性地 阻断、干扰、抑制和封闭有害基因在DNA、 RNA和蛋白质水平的表达及其生物合成。
2. 安全性问题 随机整合:诱发插入突变,激活癌基因 缺陷型逆转录病毒通过重组获得复制能力
腺病毒载体
1. 基因组:双链无包膜DNA病毒,36kb 2. 通过受体介导内吞作用进入细胞,基因导入效率高。 3. 不整合宿主基因组,安全。 4. 宿主细胞范围广泛。 5. 可口服、喷雾吸入或气管内滴注。 6. 载体容量大。 7. 体外容易培养制备,病毒滴度较高。
常用的病毒载体及其基因转移的特点
逆转录病毒 腺病毒 腺相关病毒 单纯疱疹病毒
基因组
正链RNA 线性dsDNA
线性ssDNA dsDNA
8~11 kb
36 kb
4.7 kb
152 kb
外源基因容量 < 8 kb
2~7 kb
< 3.5 kb
30 kb
重组病毒滴度


较低

靶细胞状态 分裂细胞,表面 分裂细胞或 分裂细胞或 分裂细胞或
导入抑癌基因 RNA干扰(RNA interference)
抑癌基因疗法
❖ 抑癌基因:是正常细胞内正常存在 的,能抑制细胞转化和肿瘤发生的 一类基因群。
Rb基因,p53基因,MTS基因, nm23基因
反义RNA技术
反义RNA(antisense RNA):与mRNA互 补的RNA,抑制mRNA的加工与翻译。
1. 免疫基因治疗 2. 分子化疗 3. 特异性细胞杀伤
2.分子化疗
(1) 自杀基因疗法: TK基因、CD基因 (2) 化疗保护性基因治疗: MDR基因 (3) 药物增敏基因治疗: 钙调素基因
(1) 自杀基因疗法
自杀基因(suicide gene),前体药物酶转化基因 该基因表达产生的酶可催化无毒性的药物前体转变为
如将多药抗性(multiple drug resistance, MDR) 基因MDR-1导入骨髓造血干细胞,减少骨髓受 抑制的程度,以加大化疗剂量,提高化疗效果。
(3) 药物增敏基因治疗
将外源基因插入肿瘤细胞后,改变肿瘤细胞对 药物的敏感性。
如将钙调素基因转入癌细胞,其表达产物作为 细胞内信号转导系统的重要物质,明显增强肿 瘤细胞对化疗药物的吸收量而相应减少了排出 量,使癌细胞对化疗药物的敏感性明显提高。
基因克隆 人工合成 PCR扩增
外源基因的选择原则
1. 体内少量表达就可显著改善症状; 2. 过高表达不会对机体造成危害; 3. 在抗病毒和病原体的基因治疗中,所选择的靶基因
应在病毒和病原体的生活史中起重要的作用,并且 该序列是特异的; 4. 肿瘤病人多有免疫缺陷,可选用免疫因子基因转入 人体;可采用反义技术封闭细胞内活化的癌基因或 向细胞内转入野生型抑癌基因,抑制肿瘤生长,所 针对的癌基因或抑癌基因应与该肿瘤的发生和发展 有明确的相关性。
(五) 基因转染细胞的筛选与鉴定
抗性筛选方法: 重组载体上插入有标记基因Neo,导入受体细
胞后可使其产生对G418(Geneticin)药物的 抗性。在加入G418的培养基中进行选择性培养 时,转染NeoR基因的细胞能够存活,而未转染 的细胞则死亡;
应用标记基因作为探针进行分子杂交法筛选。
(五) 基因转染细胞的筛选与鉴定
须有特殊受体 非分裂细胞 非分裂细胞 非分裂细胞
基因转移效率 高
高高Biblioteka 高基因整合随机整合
不整合
定点整合于 不整合
染色体19q
外源基因表达状况 短暂/稳定表达 短暂表达 稳定表达 短暂/稳定表达
安全性及其它 相对较安全 可引起炎症 无病原性 可能出现毒性反应
宿主范围广 和免疫反应
(三) 靶细胞的选择
生殖细胞: 禁止
传统治疗方法
1. 药物治疗 2. 手术治疗 3. 放射治疗 4. 理疗
新的生物治疗: 基因治疗 (gene therapy):以重组DNA技术和
基因转移技术为基础的生物高新技术。
基因治疗
一、概念 二、种类和策略 三、基本流程 四、应用与展望
一、基因治疗的概念
Gene therapy is a medical intervention based on modification of genetic materials in living cells.
1. 基因修正(gene correction) 指将致病基因的突变碱基加以纠正,而保留正 常部分。
2. 基因替代(gene replacement) 指通过同源重组(基因打靶)技术,将正常基 因定点整合到靶细胞基因组内,以原位替换致 病基因。
❖ 不涉及基因组整体改变的情况下对缺陷基因进 行精确的原位修复,是最理想的治疗方式。
(二)载体的选择与构建
病毒载体:
非病毒载体:
逆转录病毒(RV)
• 脂质体法
腺病毒(AV)
• 直接注射法
腺相关病毒(AAV) • 受体介导基因转移
单纯疱疹病毒(HSV) • DNA-磷酸钙共沉淀
痘苗病毒(VV)
• 电穿孔
逆转录病毒
逆转录病毒的基因组结构
5’LTR gag pol env 3’LTR
1.免疫基因治疗
(1) 细胞因子基因治疗 IL-2、IL-4、IL-1、IL-6、IL-7、IL-12、 INF-γ、TNF-α、G-CSF、GM-CSF
(2) 免疫增强基因疗法 MHC I类抗原、共刺激分子
(3) 肿瘤DNA疫苗疗法 癌胚抗原(CEA)制备的肿瘤DNA疫苗
(二) 间接策略
导入与致病基因无直接联系的治疗基因
基因治疗是指改变细胞遗传物质为基础 的医学治疗。
概念的发展
经典概念:将具有正常功能的基因置换或增补 患者体内的缺陷基因,从而达到治疗疾病的目 的。
广义概念:将某种遗传物质转移至患者细胞内, 使其在体内有效表达,最终达到治疗疾病目的 的方法,均称之为基因治疗。
二、基因治疗的种类
根据基因导入的方式分为两种: 1. 直接体内疗法(in vivo)
结构基因
gag (group antigen) :编码核心蛋白和属特异性抗原 pol (polymerase) :编码逆转录酶 env (envelop) :编码病毒外壳蛋白和包膜蛋白
LTR 调控序列
含增强子、启动子、转录所需起始和终止信号
逆转录病毒的生活史
逆转录病毒
宿主细胞
病毒RNA
cDNA
整合
(一)外源基因的选择与制备 (二)载体的选择与构建 (三)靶细胞的选择 (四)基因转移 (五)基因转染细胞的筛选与鉴定 (六)回输体内
(一)外源基因的选择与制备
外源基因 目的基因:
与致病基因相对应的有功能的正常基因 与致病基因无关、有治疗作用的基因
标记基因:
新霉素磷酸转移酶(Neo)基因
外源基因的获得
外源基因表达的鉴定:
采用Northern印迹杂交:检测mRNA的表达 测定其表达产物即蛋白质的含量等方法。
(六) 回输体内
方式: 静脉注射、肌注、皮下注射、滴鼻等
体外合成反义RNA,直接导入;
将特异的反义基因通过特定的表达载体(质粒、 病毒)导入细胞,转录出反义RNA发挥作用, 避免了在给药途径中易被RNase降解的缺点。
关键性问题
1. 专一性转移 如何专一的作用于病变细胞,而不影响其他正常细胞。
2. 反义RNA进入靶细胞前的降解问题
解决: 特定受体介导的反义RNA转移
(二) 间接策略
导入与致病基因无直接联系的治疗基因
1. 免疫基因治疗 2. 分子化疗 3. 特异性细胞杀伤
3.特异性细胞杀伤
指利用重组DNA技术将生物来源的细胞毒素基 因与一些特异受体的配体基因融合,构建融合 基因,导入高度表达该受体的肿瘤细胞,以特 异性杀伤该肿瘤细胞。
三、基因治疗的基本流程
细胞毒性物质,从而杀死肿瘤细胞; 同时通过“旁观者效应”(bystander effect)杀死邻近
未导入该基因的分裂细胞而显著扩大杀伤效应。 由于携带该基因的受体细胞本身也被杀死,所以这类
基因被称为“自杀基因”。
自杀基因
单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV-TK)基因
编 码 胸 苷 激 酶 ( TK ) 催 化 丙 氧 鸟 苷 (ganciclovir, GCV)成为磷酸化的核苷酸类似 物,阻断DNA的合成而使细胞死亡。 大肠杆菌胞嘧啶脱氨酶(CD)基因
2.体细胞基因治疗: 研究重点
体细胞治疗的概念
指应用人的自体、同种异体或异种(非人体) 的体细胞;
经体外操作后。 回输(或植入)人体的治疗方法。
基因治疗的策略
(一) 直接策略:
针对致病基因
(二) 间接策略:
导入与致病基因无直接联系的治疗基因
(一)直接策略
1. 基因修正(gene correction) 2. 基因替代(gene replacement) 3. 基因增强(gene augmentation) 4. 基因干预(gene interference)
前病毒
病毒RNA
感染其他细胞 子代病毒 出芽分泌
包装成完整的 病毒颗粒
包装蛋白
病毒载体构建
(1)去除病毒致病性结构的基因序列如逆转录病毒的 gag、pol、env基因,从结构上保证病毒的安全性。同 时产生的空白区以目的基因取而代之;
(2)保留其基因的调控序列及包装序列等; (3)插入标记基因如Neo基因以对基因转染细胞的抗性
病毒法: 主要通过携带有外源基因的病毒载体感染靶细
胞来实现基因的转移。
非病毒法: 物理方法——显微注射、电穿孔、微粒轰击及
DNA直接注射、基因枪技术等; 化学方法——磷酸钙沉淀法、DEAE-葡聚糖法、
脂质体融合法等。 受体介导的内吞作用
脂质体 liposomes
脂质体介导的基因转移示意图
将 5’- 氟 胞 嘧 啶 ( 5’-FC ) 转 化 为 5’- 氟 尿 嘧 啶 (5’-FU)而发挥细胞毒性作用。
自杀基因 + 病毒载体
转染
药物前体 无毒
重组载体 Gene→酶→ ↓
药物复合物 有毒
细胞死亡
(2) 化疗保护性基因治疗
指将编码抗细胞毒性药物蛋白的基因导入人体 细胞,以提高机体耐受肿瘤化疗药物的能力。
体细胞: 淋巴细胞、造血细胞、 内皮细胞、肌肉细胞、 肝细胞、成纤维细胞 肿瘤细胞等
靶细胞的选择
可根据疾病的特点、目的基因及其转移的 方式等因素来确定。
选择的原则:
(1)便于从体内取出和回输; (2)便于在体外培养与增殖; (3)便于基因的高效转移; (4)能够持续表达目的基因。
(四) 基因转移
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