高中生物第三单元生物科学与人类健康第一章疾病的现代诊断与治疗技术3.1.1基因诊断和基因治疗(1)素材中图

基因治疗
基因治疗（gene therapy）
基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。

基因是携带生物遗传信息的基本功能单位，是位于染色体上的一段特定序列。

将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体，目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。

腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一。

基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞，目前开展的基因治疗只限于体细胞。

基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。

基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学高技术。

基因治疗与常规治疗方法不同：一般意义上疾病的治疗针对的是因基因异常而导致的各种症状，而基因治疗针对的是疾病的根源--异常的基因本身。

基因治疗有二种形式：一是体细胞基因治疗，正在广泛使用；二是生殖细胞基因治疗，因能引起遗传改变而受到限制。

一、基因治疗的概念
狭义的概念
指用具有正常功能的基因置换或增补患者体内有缺陷的基因，因而达到治疗疾病的目的广义的概念
指把某些遗传物质转移到患者体内，使其在体内表达，最终达到治疗某种疾病的方法。

二、基因治疗的总体策略
基因治疗策略
1．基因治疗按基因操作方式分为两类，一类为基因修正（gene correction）和基因置换（gene replacement），即将缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，不涉及基因组的其他任何改变。

通过同源重组（homologous recombination）即基因打靶（gene targetting）技术将外源正常的基因在特定的部位进行重组，从而使缺陷基因在原位特异性修复。

另一类为基因增强（gene augmentation）和基因失活（gene inactivation），是不去除异常基因，而通过导入外源基因使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因等的功能；或特异封闭某些基因的翻译或转录，以达到抑制某些异常基因表达。

按靶细胞类型又可分为生殖细胞（germ-line cell）基因治疗和体细胞（somatic cell）基因治疗。

广义的生殖细胞基因治疗以精子，卵子和早期胚胎细胞作为治疗对象。

由于当前基因治疗技术还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，生殖细胞基因治疗仍属禁区。

在现有的条件下，基因治疗仅限于体细胞。

2．基因治疗药物的给药途径基因治疗有两种途径：即ex vivo及 in vivo方式。

①ex vivo
途径：这是指将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体细胞（或异种细胞），经体外细胞扩增后，输回人体。

Ex vivo基因转移途径比较经典、安全，而且效果较易控制，但是步骤多、技术复杂、难度大，不容易推广；②in vivo 途径：这是将外源基因装配于特定的真核细胞表达载体，直接导入体内。

这种载体可以是病毒型或非病毒性，甚至是裸DNA。

in vivo基因转移途径操作简便，容易推广，但目前尚未成熟，存在疗效持续时间短，免疫排斥及安全性等一系列问题。

(一)基因矫正
纠正致病基因中的异常碱基，而正常部分予以保留。

(二)基因置换
指用正常基因通过同源重组技术，原位替换致病基因，使细胞内的DNA 完全恢复正常状态。

(三)基因增补
把正常基因导入体细胞，通过基因的非定点整合使其表达，以补偿缺陷基因的功能，或使原有基因的功能得到增强，但致病基因本身并未除去
(四)基因失活
将特定的反义核酸(反义RNA、反义DNA)和核酶导入细胞，在转录和翻译水平阻断某些基因的异常表达，而实现治疗的目的。

(五)“自杀基因”的应用
在某些病毒或细菌中的某基因可产生一种酶，它可将原无细胞毒或低毒药物前体转化为细胞毒物质，将细胞本身杀死，此种基因称为“自杀基因”
(六)免疫基因治疗
免疫基因治疗是把产生抗病毒或肿瘤免疫力的对应与抗原决定族基因导入机体细胞，以达到治疗目的。

如细胞因子(cytokine)基因的导入和表达等。

(七)耐药基因治疗
耐药基因治疗是在肿瘤治疗时，为提高机体耐受化疗药物的能力，把产生抗药物毒性的基因导入人体细胞，以使机体耐受更大剂量的化疗。

如向骨髓干细胞导入多药抗性基因中的mdr-1
三、基因治疗的基本程序
(一)治疗性基因的获得
(二)基因载体的选择
(三)靶细胞的选择
(四)基因转移方法
(五)转导细胞的选择鉴定
(六)回输体内
四、基因治疗的现状与展望
肿瘤的基因治疗
艾滋病的基因治疗
遗传病的基因治疗
基因治疗研究一般要符合下列要求
①为已明确了的单基因缺陷疾病；
②仅限于体细胞；
③靶细胞的亲缘性和可操作性等；
④有明显疗效和无或低危害性等；
⑤表达水平稳定时程长；
⑥必须有动物实验基础。

遗传病的基因治疗(gene
therapy)是指应用基因工程技术将正常基因引入患者细胞内，以纠正致病基因的缺陷而根治遗传病。

纠正的途径既可以是原位修复有缺陷的基因，也可以是用有功能的正常基因转入细胞基因组的某一部位，以替代缺陷基因来发挥作用。

基因治疗的靶细胞可以分为两大类，即体细胞和生殖细胞。

生殖细胞的基因治疗是将正常基因直接引入生殖细胞，以纠正缺陷基因。

这样，不仅可使遗传疾病在当代得到治疗，而且还能将新基因传给患者后代，使遗传病得到根治。

但生殖细胞的基因治疗涉及问题较多，
技术也较复杂，因此，目前更多地是采用体细胞基因治疗。

体细胞应该是在体内能保持相当长的寿命或者具有分裂能力的细胞，这样才能使被转入的基因能有效地、长期地发挥“治疗”作用。

因此干细胞、前体细胞都是理想的转基因治疗靶细胞。

以目前的观点看，骨髓细胞是唯一满足以上标准的靶细胞，而骨髓的抽取，体外培养、再植入等所涉及的技术都已成熟；另一方面，骨髓细胞还构成了许多组织细胞(如单核巨噬细胞)的前体。

因此，不仅一些涉及血液系统的疾病如ADA缺乏症、珠蛋白生成障碍性贫血、镰状细胞贫血、CGD等以骨髓细胞作为靶细胞，而且一些非血液系统疾病如苯丙酮尿症、溶酶体储积病等也都以此作为靶细胞。

除了骨髓以外，肝细胞、神经细胞、内皮细胞、肌细胞也可作为靶细胞来研究或实施转基因治疗。

基因治疗的基本步骤
1．目的基因的转移
在基因治疗中迄今所应用的目的基因转移方法可分为两大类：病毒方法和非病毒方法。

基因转移的病毒方法中，RNA和DNA病毒都可用为基因转移的载体。

常用的有反转录病毒载体和腺病毒载体。

转移的基本过程是将目的基因重组到病毒基因组中，然后把重组病毒感染宿主细胞，以使目的基因能整合到宿主基因组内。

非病毒方法有磷酸钙沉淀法、脂质体转染法、显微注射法等。

2．目的基因的表达
目的基因的表达是基因治疗的关键之一。

为此，可运用连锁基因扩增等方法适当提高外源基因在细胞中的拷贝数。

在重组病毒上连接启动子或增强子等基因表达的控制信号，使整合在宿主基因组中的新基因高效表达，产生所需的某种蛋白质。

3．安全措施
为避免基因治疗的风险，在应用于临床之前，必须保证转移-表达系统绝对安全，使新基因在宿主细胞表达后不危害细胞和人体自身，不引起癌基因的激活和抗癌基因的失活等，尤其是在将反转录载体用于基因转移时，必须在应用到人体前预先在人骨髓细胞、小鼠体内和灵长类动物体内进行类似的研究，以确保治疗的安全性。