肿瘤基因治疗的研究进展

肿瘤基因治疗的研究进展

摘要：基因治疗是一种新的肿瘤治疗手段。抗肿瘤有效基因的筛选、基因治疗方法的选择、基因治疗的相关载体的选择及其安全性改造的研究逐步深入，使肿瘤的基因治疗研究进展迅猛，部分基因治疗方案已进入临床试验阶段。然而，肿瘤基因治疗仍然存在风险。本文对肿瘤基因治疗的应用及所面临的挑战进行综述。关键词基因治疗；肿瘤；治疗方法；载体

引言

随着现代分子生物学及其技术的发展,人们对疾病的认识和治疗手段已进入分子水平。越来越多的研究资料表明,多种疾病与基因的结构或功能改变有关,因而萌生了从基因水平治疗疾病的想法。DNA重组、基因转移、基因克隆和表达等技术的建立和完善,为基因治疗(gene therapy)奠定了基础。

1 肿瘤基因治疗概述

1.1基因治疗的诞生和发展

早在上个世纪60年代末,美国科学家迈克尔·布莱泽首次在医学界提出了基因治疗的概念;进入80年代,对基因治疗能否进入临床存在很大争议。直到1990年,美国国家食品药品监督管理局(FDA)才正式批准了第一个基因治疗临床试验,美国国立卫生研究院(NIH)进行了世界上首次人体基因治疗的临床试验。一名年仅4岁患有先天性腺苷脱氨酶缺乏症(ADA)的小女孩,经过基因治疗技术导入正常的腺苷脱氨酶基因,患儿的免疫能力得以提高,获得了明显的治疗效果。这项临床试验的成功是当今生物医学发展最重要的篇章。

此后,世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮，许多人认为这预示着基因治疗时代的到来。在华盛顿美国国家历史博物馆有一份DNA研究的历史档案,记载了自1943年Avery及其同事McLeod、McCarty证明DNA是生命的遗传物质以来所有发展的里程碑,档案上清楚地显示基因治疗是当今基因生物技术最新的重要里程碑。

然而,基因治疗的诞生与发展从来就不是一帆风顺的。由于最初基因治疗技术达不到预期持久稳定的治疗效果,在不断遭到质疑的同时,人们便逐渐对其丧失兴趣。1999年,美国一位患有先天性鸟氨酸转甲酰酶缺陷症的18岁少年Jesse Gelsinger,在宾西法尼亚大学人体基因研究所施行基因治疗4天后死去,致使基因疗法遭受重创,人们对基因治疗的热情骤然间降至冰点。在人们怀疑基因治疗安全性的同时,美国FDA终止了该大学的8项正在进行中的基因治疗临床试验。但随后的调查结论证明,问题不在基因治疗本身。死者在治疗前正在发热,其用药

量也明显超过FDA批准的标准且未上报。尸检和实验室检查结果表明,门静脉大剂量注射重组腺病毒激发了该例患者机体致命的免疫反应,导致多器官衰竭而死亡。这显然是主诊医师为了尽快将基因治疗推向临床而违规操作的结果,与进行的基因治疗制品本身无直接关系。由此可见,医师不恰当的违规操作放大了公众业已存在对该项试验安全性的怀疑。在随后的2002年底到2003年,法国巴黎Necker儿童医院报道重症联合免疫缺陷综合征(SCID)接受基因治疗的患者中,有2例出现了类白血病样症状。这2例患儿发生类白血病的原因可能与采用的鼠白血病病毒(MLV)载体的整合位点有关,MLV插入造血干细胞染色体细胞生长启动基因LMO2的启动子附近,从而导致某些细胞的失控性生长。这次源于法国的事件经过媒体的广泛报道和渲染,又一次引发了公众对基因治疗安全性危机的大讨论。从此,人们对基因治疗的期望跌到了低谷,基因治疗临床试验受到了更严格的监管,安全示范标准比其他治疗方法设置的都要高。

1.2基因治疗的现状

时至2009年,基因疗法在经过多年沉寂之后,最近频频传来好消息。先天性黑矇症、X连锁肾上腺脑白质营养不良、帕金森氏症这三种疾病运用基因治疗取得成功的案例使得基因治疗逐步摆脱过去失败的阴影,重新燃起新的希望。此外，《Journal of Clinical Investigation》发表了美国波士顿大学医学院的研究人员用基因疗法治疗α-1抗胰蛋白酶缺乏症(alpha-1 anti-trypsin deficiency)引起的肺气肿的论文,以及报道肌肉萎缩症基因疗法动物实验获得成功;《Cell》报道抑制IB激酶ε(IKKε)基因表达可治疗肥胖《NatureMedicine》报道人类首个艾滋病病毒(HIV)感染患者的基因治疗临床试验结果,对74例HIV 成人感染者实施了随机、双盲、安慰剂对照的基因转换Ⅱ期临床试验,接受携带OZ1分子的血液干细胞有效抑制了HIV病毒的复制,并且未发现与OZ1相关的毒副作用。这一系列成功的案例,将大大促进基因治疗的发展。2009年岁末,《科学》杂志评出2009年十大科学突破,位列第七的就是“基因疗法卷土重来”。1.3肿瘤基因治疗

在热衷于基因治疗同时,人们最大的期望并不是只想治疗好几个单基因缺陷症的患者,而真正的目的是要攻克人类健康的头号“杀手”———肿瘤。相对于单基因缺陷症来说,肿瘤的发生是一个极为复杂的过程,有许多基因的突变会导致肿瘤的发生。因此,肿瘤基因疗法受到的最大挑战首先是有效基因的筛选,其次是载体安全性的控制。所选择的目的基因是否只针对癌细胞而不损害体内的正常细胞?该基因的治疗是否可被精确调控而不会引起其他遗传性改变?癌细胞是否能被全部清除?因此,随着基因导入系统的改造、表达调控元件的应用以及新的治疗基因的发现,上述问题将逐步得到解决,基因治疗将会成为恶性肿瘤治疗的重

要组成部分,在肿瘤综合治疗、防止肿瘤细胞的转移与复发等方面发挥重要的作用。

2 抗肿瘤有效基因的筛选

对肿瘤遗传性改变的深入研究,为肿瘤的基因治疗提供了更多可供利用的目的基因。根据治疗策略的不同,目的基因可选择原癌基因或肿瘤自分泌生长因子及其受体基因的反义核酸、抑癌基因、免疫调节因子基因、抗血管生成因子基因、肿瘤细胞自杀基因、抗肿瘤抗体基因等。针对肿瘤细胞的遗传缺陷,我们设计转染抑癌基因p16和p53转移使肿瘤细胞的生长受到抑制,诱导细胞凋亡;在体外细胞学和裸鼠移植瘤实验中证实,对胃癌、肺癌具有良好的抗肿瘤效应,并且在临床前的安全性评价中未见明显的毒副作用。针对实体肿瘤的微环境,我们构建了携带抗血管生成基因的腺病毒载体,如Canstatin、Endostatin,在多种人体肿瘤的动物模型上均能够明显抑制肿瘤微血管的生成,抑制肿瘤细胞生长,诱导细胞凋亡。为了提高宿主的抗肿瘤免疫能力,我们通过转染γ干扰素基因,不但使机体产生有效的免疫反应抑制肝癌细胞的生长,而且能够抑制肿瘤血管生长,诱导细胞凋亡,起到多重杀伤机制。然而，目前有治疗价值的基因还是太少,通过深入细致地研究肿瘤发生的机制以及基因调控的原理,寻找和筛选更有效的基因,仍然是我们努力的方向。

3 肿瘤基因治疗的的治疗方法

3.1 自杀基因疗法

自杀基因疗法也称前药转换酶基因疗法,是将能编码某些药物敏感酶的基因转导入肿瘤细胞,肿瘤细胞产生的这些酶将低毒或无毒的药物前体转化为细胞毒性产物,以达到杀死肿瘤细胞的目的。其作用是:促进免疫效应细胞的分化增殖、加强对肿瘤的杀伤力;直接杀伤癌细胞;增加肿瘤细胞的免疫原性。

自杀基因治疗系统的种类很多,主要包括单纯疱疹病毒Ⅰ型胸苷激酶/丙氧鸟苷(HSV1-tk/GCV)系统、带状疱疹病毒胸腺嘧啶激酶/阿糖甲氧基嘌呤(VZV-tk/Ara-M)系统、胞嘧啶脱氨酶/5-氟胞嘧啶(CD/5-FC)系统和硝基还原酶/CB1954(NTR/CB1954)系统等。HSV-tk/GCV系统将无毒的药物前体GCV磷酸化,转变为毒性药物丙氧鸟苷三磷酸。CD/5-FU系统能将无毒的5-FU脱氨酶转变为5-FU,5-FU再转化为5-FUTP或5-FdUMP,发挥细胞毒性作用,从而杀伤转染基因的肿瘤细胞,而且基因表达的细胞对邻近未转染的细胞有较强的旁路细胞毒效应(旁观者杀伤效应)。目前研究较多的是HSV-tk/GCV系统,研究者正在致力于提高自杀基因疗法的效率。Okada等发现,将表达逆转录包蛋白的复合体载体与腺病毒载体AVC2、GCEGFP(二者均为腺病毒载体)共同转导可以提高转导的效率,提高了体外细胞对更昔洛韦前药的敏感性,而对种植于裸鼠的肿瘤抑制率也达到了