质粒与基因治疗

质粒与基因治疗

摘要:基因治疗是与传统治疗完全不同的一种新型治疗方法,它针对的是疾病的根源即基因,开创了医学的新纪元。在基因治疗中载体是不可缺少的基因转移工具。质粒作为一类非病毒载体,有着安全性高,制备简单、方便快捷等优点,因此是现今最主要也是被广泛地用于基因治疗的一类载体。本文综述了质粒的特点以及它在基因治疗中的应用机理、应用现状和应用前景。

关键词:质粒基因治疗载体

从20世纪70年代初基因工程诞生以来,其发展都与克隆载体的发现及构建有密切关系。要把一个目的基因通过基因工程手段送进生物细胞中,需要运载工具,这个携带目的基因进入受体细胞中的工具就称为载体(Vector)[1]。质粒(Plasmid)就是目前应用最广泛的一类基因克隆载体,它种类多,在自然界种群中分布复杂。它是细胞内独立于染色体外存在于胞质中的遗传物质,能自行复制而传递许多世代,分子量仅为染色体DNA的0.3%～0.5%。质粒同染色体一样,是遗传和变异的物质基础,但又有别于染色体,有它自己的特点,能进行自我复制外,还可通过细胞接合等途径在不同质粒种类或个体间进行转移。获得质粒的细胞即获得质粒编码的生物学性状,如耐药性、产生细菌素等性状,而失去质粒即失去其控制的生物学性状。

1 基因治疗

基因治疗,就是将有治疗价值的基因构建到特定的载体中,再导入人体细胞,纠正人体自身基因结构或功能上的紊乱,或抑制外援致病遗传物质的复制,达到治疗目的[2]。1990年9月14日,美国政府批准了世界上第一项人类基因治疗临床研究方案,对一名患有重度联合免疫缺陷症(SCID)的四岁女童进行基因治疗并获得成功,从而开创了医学的新纪元。目前,已有为数众多的人类基因成功地转入各种类型的靶细胞中。1990年,Wollf等用质粒直接肌肉注射小鼠,并得到表达[3]。从此揭开了质粒载体用于基因治疗研究的序幕。传统治疗法针对病人的具体症状进行治疗,而基因治疗则瞄准治病的根本原因即基因,所以基因治疗被认为是制药领域的一场革命。

2 质粒在基因治疗中的应用

有效的基因治疗的关键是将治疗基因导人靶细胞,当基因被克隆后,可以通过转染技术通过载体将克隆基因导入各种不同类型的细胞内进行分子生物学方面的研究和实施基因治疗。将治疗基因插入质粒导人靶细胞被认为是比较安全的和方便的治疗方法,因此质粒作为非病毒类基因载体用于基因治疗的研究也在逐年增多[4～5]。自1995年以来,被批准的以质粒DNA为传递载体的基因治疗方案数已有很大的增长,约占基因治疗试验的25%。质粒载体的基因治疗是一类极有前途的非病毒基因治疗方法,它还具有低免疫反应、安全稳定、低成本和适合商业化生产等特点[6]。

3 基因治疗现状

目前,基因治疗已被用于治疗心血管疾病、肿瘤、乙型肝炎、艾滋病等疾病。随着基因重组和基因转移技术的迅速发展,基因治疗成为治疗糖尿病的一条新途径[7]。通过基因重组和转基因技术可使非胰岛细胞获得合成分泌胰岛素的能力,并使其呈生理模式的表达与分泌胰岛素,从而达到控制血糖,甚至根治糖尿病的目的[8]。肿瘤作为一种分子病的发病机制是癌基因及抑癌基因的突变,因此基因治疗是战胜肿瘤的一种重要手段,其战略和技术目前已建立了多种,如用脂质体包埋含有人INF-γ基因的真核表达质粒,并在其表面嵌入能识别人胶质瘤的单克隆抗体,这种脂质体进入体内后特异性地与胶质瘤细胞发生融合,并在此过程中将INF-γ基因导入肿瘤细胞,定位表达的INF-γ便抑制其增殖特发性和继发性。甲状旁腺功能低下症的治疗在临床上要局限于药物治疗,近几年基因工程技术的不断和日趋成熟,使甲状旁腺功能低下症的基因治疗成为可能。朱易凡等人于2000年至2002年对SD大鼠成功进行了构建表达体系pCKM2mPTH质粒的研究,在研究工作中成功构建了SD大鼠pCKM2mPTH质粒,并证实了其在骨骼肌细胞中有着很好的表达,为进一步利用该基因表达体系治疗甲状旁腺功能低下症提供了良好地实验基础。张丽梅等人[9]研究了肝再生增强因子真核表达质粒对急性肝损伤的保护作用,pcDNA32ALR重组质粒通过促进肝细胞增殖,降低血清AST、ALT水平发挥抗急性肝损伤的作用。

4 展望

以质粒为载体的基因治疗已取得了很大进展,且因其自身优点仍然具有很大的挖掘潜力,但还需要深入探讨质粒转染细胞的的机制,据此采用更加高效、安全、定向的转染办法,构建更加适合的质粒载体,研究符合质量和安全标准的质粒的制备工艺是生物药生产商和相关研究人员的共同追求目标!这些问题一旦解决,基因治疗将成为超越传统治疗的主要且有效的治疗手段。

参考文献

[1] 杨隽,李馨.基因工程的克隆载体——质粒[N].黑龙江畜牧兽医,2000,5:35～36.

[2] Evans MJ et al.Nature,1981,292(5819):154～156.

[3] Wiles MV et al.Exp cell Res,1999,247(1):241～248.

[4] NABEL GJ,NABEL EG,YANG ZY,et al.Direct gene transfer with DNA-liposome complexes in melanoma:expression,biologic activity,and lack of toxicity in humans[J].Proc Natl Acad Sci USA,1993,90:11307～11311.

[5] 温济民,孙芸,于春梅,等.pcDNA3.1-PTH治疗甲状旁腺功能

低下症血钙变化[J].中国现代医学杂志,2003,13(23):66～69.

[6] 祝献民,张毅.质粒载体的基因治疗[J].生命的化学,2002;22(6):583～585.

[7] Saudek F.Gene therapy in the treatment of diabetes mellitus.Cas Lek Cesk 2003;142(9):523～7.

[8] Oka K,Chan L.Liver-directed gene therapy for dyslipidemia and diabetes,Curr Atheroscler Rep 2004;6(3):203～9.

[9] 张丽梅,刘殿武,杨洁.大鼠肝再生增强因子真核表达质粒对急性肝损伤的治疗作用[J].疾病控制杂志,2004,8(5):425～428.