基因传递系统

( 一 ) 病毒基因传递系统

病毒基因传递系统也称病毒载体 (viral vector), 是野生型病毒经改造除去致病性 后得到的基因输送系统 其主要特点是转染相对高效 , 但安全性较 差。
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病毒结构
病毒一般由核酸和蛋白质外壳构成。 病毒基因组可分为编码区与非编码区 , 编 码区基因可表达病毒的结构蛋白和非结 构蛋白； 编码区基因又分为必需基因和非必需基 因 , 必需基因负责病毒感染性能复制 ; 非编码区包含病毒复制与包装所必需的 顺式作用元件。

目的基因
1.随着人类基因组计划的完成 , 人们可以获得 一套正版人类基因的版本 , 一方面将有利于查 找病变基因 , 一方面可以通过人工合成方式 , 按标准版本制造出需要的目的基 因。 2.目前用于基因治疗的目的基因并不太多 , 大 约有 10 多个不同类别的基因 90 余 种 。 3.人类对大部分的多基因疾病 , 如恶性肿瘤、 高血压、糖尿病、冠心病、神经退行性疾病等 的致病基因还不是很了解 ,有待阐明。

二、基因的传递系统
一个理想的基因传递系统应具备以下重 要的性质 : ①携带性能

控制基因的释放 , 延长基因的表 对机体没有毒性 、致病 达时间 ,改善基因治疗的效果 性或免疫原性 , ②安全性 能携带足够数量的目的基因 具有生物降解性或良好 的生物相容性 ③缓释作用
理想的基因传递系统

Delivery systems

目的基因被输送至靶细胞后 , 一般是通过内吞 方式进入细胞 , 并存在于内吞小泡 (endosome) 中, 内吞小泡可以将内容物释放至溶酶体中 , 后者 有丰富的酶系统 , 可使 DNA 降解破坏。 目的基因必须从内吞小泡释放进入胞浆 , 并最 终进入细胞核中才能实现基因的表达
In vivo途径:将外源基因装配于适宜的载 体传递系统 ,直接输入人体 。

Introduction

基因治疗的成功与否主要涉及三个重要环节。 首先要有用于治疗的基因 ( 目的基因 ), 其次要有接受目的基因的细胞 ( 靶细胞 ), 最后要有一个适宜的传递系统 ( 导入系统 ) 将 目的基因输送至靶细胞。 基因治疗正是围绕这三个技术关键点来展开深 入研究的。

Delivery systems
在已进行的基因传递系统的临床研究中 , 反转录病 毒传递系统占首位 , 共计 150多个治疗方案 , 病例数 达 1200 多人 ； 脂质体传递系统位于第二 , 治疗方案 70 多个 , 病 例 数达 700 多人 ; 腺病毒传递系统位于第三 , 治疗方案约 70 个 , 病例 数达 400 多人 ; 排在后面的基因传递系统依次是产生反转录病毒的 包装细胞 、 Pox 病毒、 DNA 载体和腺相关病毒。
载体 / DNA 复合 物
另外 , 用于基因治疗的 DNA 为超螺旋结构或 开环结构 ,空间体积很大 ,一般难以主动或有效 地进入靶细胞。 通过与适当载体的结合 ,DNA 的体积可以变为 原来的 1% 以下 , 这个过程称为缩合 (condensation) 。 缩合可形成具高级有序结构的载体 / DNA 复合 物 , 有利于 DNA 对靶细胞的透入 , 从而提高转 染的效率。

④稳定性
载体系统本身应稳定 , 而且要保护携带的基因免受核酸酶等的破坏
⑤靶向性能
可有效地将目的基因输 送至靶细胞内
理想的基因传递系统

⑥可促进目的基因从内吞小泡释放进入 胞浆 ； ⑦可促进目的基因转运入核； ⑧可调控基因输入后在体内的表达 ,因为 表达失控的后果将是非常严重的。


发展概况
从 1990 年 FDA 正式批准基因治疗进行 临床试验以来 , 基因治疗经历了狂热期 (1990～1995) 和 理性期 (1996～ 现在 ) 。 迄今为止已有 380 多个治疗方案进入临 床 , 病例数达 3 000多人。 在这些治疗方案中 , 针对恶性肿瘤的最多， 然后依次为 HIV 和遗传病等。

制备病毒基因传递系统的方法

1.删除病毒的某些必需基因,用外源基因 ( 目的基因 ) 代替病毒的非必需基因 ( 非 编码区不变 ) 特点：一方面病毒成为复制缺陷型病毒 , 另一方面也为外源基因留出了空间。

制备病毒基因传递系统的方法
2.重组载体质粒 外源基因 、顺式作用元件和质粒骨架 在 辅助系统 ( 反式作用元件 ) 的作用下包装 到病毒壳粒中,形成重组载体质粒 。 特点： 不含任何病毒基因 , 但在包装时 需要辅助病毒参与 , 容易造成产品污染。


Delivery systems

基因治疗中最关键的技术就是基因的输送或传递 。 载体在输送基因的过程中要遇到二个主要的障碍：
一个是胞外屏障 , 指载体进入机体到达靶细胞之 前所遇到的障碍 ,包括降解酶系统 、吞噬系统 、 调理化作用和胞外粘膜层等 ； 另一个是胞内屏障 ,包括靶细胞膜、内吞小泡和细 胞核膜等。
基因传递系统
Gene Delivery Systems
张娜
Main Contents

1. Introduction

2. Delivery systems
(1) viral vector (2) non-viral vector

Introduction

基因治疗 (gene therapy)

依靠人源或外源的遗传物质 , 来纠正人类 基因的结构或功能上的错乱 , 阻止病变的 发展 , 杀灭病变的细胞 , 或抑制外源病原 体遗传物质的复制 , 从而实现对疾病的治 疗。
Gene therapy

基因治疗分为二种不同的途径 。
Ex vivo 途径:将含外源基因的载体在体 外导入人体自身或异体细胞 ,经体外细胞 扩增后 ,再输入人体。

靶细胞
皮肤成纤维细胞
肝细胞 内皮细胞 淋巴细胞
目前靶细胞
缺点：转入基因表达量少 且不能持续表达

靶细胞

骨髓造血干细胞可不断分化 ,能将目的基 因传递给子代细胞 ,因而成为十分重要的 靶细胞； 未来的靶细胞除了上述体细胞外 , 还可能 是生殖细胞 , 这样才可能真正取代缺陷基 因 , 使之不会遗传给下一代。