基因工程在疾病治疗方面的应用教学提纲

基因工程在疾病治疗方面的应用

浅谈基因工程药物

基因工程药物是指用现代基因重组高科技对基因进行克隆，通过重组DNA导入大肠杆菌、酵母或动物细胞成功构建工程菌株或细胞株，在工程菌株、细胞中所表达生产的新型药物包括细胞因子、多肽类激素、溶血栓药物、疫苗、抗体、反义RNA及基因治疗药物等等多种难治疾病的基因工程药物.

基因工程药物因其疗效好、应用范围广泛、副作用小的特点成为新药研究开发的新宠。也是发展最迅速和最活跃的领域。自1982年美国Lilly公司上市了第一个基因工程产品——人胰岛素以来，至今已有基因工程药物大约140多种上市，尚处于临床试验或申报阶段的基因工程药物有500多种。当传统制药业的增长速度减慢时，基因工程制药正在加速发展，全世界基因工程药物持续6年销售额增长率都在l5％～33％，基因工程制药已成为制药业的一个新亮点[1-2]。

一.目前药物治疗的主要类型

1.胰岛素至今仍是临床上治疗糖尿病最有效的方法。

过去，胰岛素主要从猪等大家畜胰腺中提取。从一头猪的胰腺中只能提取出300单位胰岛素，而一个病人每天就需要40单位胰岛素，因此远远不能满足需要。

基因工程技术一问世，科学家就想到利用该技术来解决胰岛素药源不足的问题。他们首先要找到胰岛素基因，在人的胰岛细胞里有一段特定结构的DNA分子指挥着胰岛素的合成，然后又找到在人的大肠里存在对人体无害的大肠杆菌。把人的胰岛素基因转入到大肠杆菌的细胞中，随着大肠杆菌的繁殖，胰岛素基因也一代代的遗传下去。大肠杆菌繁殖速度相当快，大约20分钟就能繁殖一代，把它放到大型的发酵罐里进行人工培养，就可以大量繁殖，并且生产出大量人的胰岛素。

1981年，基因重组人胰岛素产品正式投入市场，大肠杆菌成了名副其实的生产胰岛素的“活工厂”，胰岛素供不应求的问题彻底解决了

胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素!大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题

2.干扰素：

是哺乳动物细胞在诱导下产生的一种淋巴因子，能够加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用，抑制病毒在细胞内的增殖，用于肿瘤和其他病毒病的治疗。

基因工程干扰素干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”!过去从人血中提取，300L血才提取1mg!其“珍贵”程度自不用多说。基因工程人干扰素α-2b(安达芬)是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。

生长激素人体生长激素能够治疗侏儒症和促进伤口愈合，动物生长激素能够加速畜禽生长发育。目前，人和动物的生长激素基因都已经在大肠杆菌中成功表达．在医学和畜牧业领域取得了很好的应用效果。

红细胞生成素是一种肾脏产生的作用于肾髓的造血相关细胞因子，使原始红细胞的成熟期缩短，调节。肾髓中的造血细胞含量，用于。肾功能不全引起的贫血、放射化疗引起的贫血以及其他一些罕见的贫血症的治疗．还可用于外科手术前准备自体输血的病人。红细胞生成素目前是在培养的哺乳动物细胞中表达，但成本较高，生产过程复杂。

白细胞介素是一种抗肿瘤免疫因子．可促进T细胞的生长、增殖和分化，也可促进B细胞的生长和增殖，同时能够增强杀伤性淋巴细胞的功能，也用于癌症的治疗。

集落刺激因子分为2类：一类为粒细胞集落刺激因子，另一类为巨噬细胞集落刺激因子。二者都可促进体内白细胞的增殖，增强粒细胞的功能，调控造血功能，用于肿瘤病人化疗后白细胞下降等的治疗[19-2o]。

3.DNA重组技术为新一代疫苗——

基因工程疫苗的研制提供了全新的方法。基因：I=程疫苗是指应用DNA重组技术，通过基因组改造，降低病原微生物的致病性，提高免疫原性，进而达到防治传染病的目的。迄今为止，基因工程疫苗是最先进的疫苗，相比传统疫苗而言它有巨大的优势。

基因工程疫苗种类

应用基因工程技术开发的已经使用和正在研制的新型疫苗种类主要有基因工程亚单位疫苗、基因工程活载体疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、转基因植物可食疫苗等。展望疫苗开发具有安全性、有效性、价廉性、易推广性等特点。基因工程疫苗具有传统疫苗无可比拟的优点，是疫苗产品开发的主要方向。研制多联或多价疫苗是基因工程疫苗的主要发展方向

蔬菜水果为“天然药物”我国科学家，他们也正在为西红柿做着各式各样的“基因手术”，使蔬果成为“天然药物”功能食品，可用来治病。生病了，也许不必打针，也用不着吃药，只要随口来上几个水果就行。研究人员首先要将某种特定蛋白植入普通西红柿，经多代繁殖，使被转入的基因逐步稳定化，并最终成为一个独立的番茄品系。这时，这些番茄家族新成员就可以从实验室大

步走向田间大规模繁衍。首批问世的药物西红柿将分别用于治疗高血压、血蔬果为“天然药物”友病和骨质疏松症。对于一些重症患者，西红柿疗法也许还不能完全替代传统药物治疗，但它们至少能起到“神奇”的辅助疗效。

一种名为抗乙肝的西红柿也已在中国农科院生物技术研究中心培育成功，目前正处于环境释放阶段。虽然它不能治愈乙肝，但只要一年吃上几个，就能完全代替乙肝疫苗注射。预计~U2004年底，这种“疫苗水果”将首先亮相于全国20个大城市的超市，每个西红柿售价约为2元。可以预见，用不了很长时间，酸甜可口的番茄就将正式升格为人见人爱的“天然药物”。对于病人而言，吃药将变成一种品尝美味的享受

二．基因治疗（从基因方面着手）

1.非病毒载体递送微小RNA治疗肿瘤：

微小RNAs(microRNAs，miRNAs)是一种转录后水平调控基因表达的非编码小RNAs。已有大量研究显示，miRNAs在肿瘤发生发展过程中发挥重要调控作用，如肿瘤细胞的增殖、转移、凋亡和耐药性等方面。因此，miRNAs可作为肿瘤基因治疗的重要潜在靶标。然而，由于miRNAs分子本身的特性而存在以下几方面不足：①极不稳定，在血浆中易被核酸酶降解；②由于带负电荷，它很难穿过脂质双分子层构成的细胞膜以及在胞内不能释放，造成生物利用度低；③全身性给药要求miR—NAs必须具有靶向性。因此，选择安全高效的递送载体是miRNAs分子肿瘤基因治疗成功的关键所在。

在基因治疗中，病毒载体由于其对人体具有潜在的致病威胁，因此近来非病毒载体受到瞩目关注。与病毒载体相比较，非病毒载体具有低毒、低免疫原性，而且所携带的基因不整合至宿主细胞基因组等优点，有着病毒载体不可替代的作用。因此，更深入地探讨非病毒基因递送载体及其聚合物在肿瘤基因治疗中的作用，具有重要的临床意义。目前，非病毒递送载体主要包括脂质载体、聚合物载体、无机纳米载体等类型：脂质载体(Lipid—basedcarriers)是递送miR．NAs分子最常用的载体。研究表明，脂质载体可通过包裹miRNAs分子，

保护其免受血清中核酸酶的降解，并维持该分子的完整性和生物活性，还具有良好的生物相容性以及可与细胞膜融合增加细胞摄取率J。此外，脂质载体还具有可应用荧光示踪技术及对靶基因化学修饰等优点J

2.重组人5型腺病毒注射液在肝癌介入治疗中的疗效探讨

重组人5型腺病毒是一种溶瘤病毒，它是利用基因重组技术将人腺病毒加以修饰而来，而修饰后的腺病毒可以在人类肿瘤细胞中选择性增殖【1]，大量复制，从而杀死肿瘤细胞。肝动脉灌注化疗栓塞(transcatheterhepaticarterialchemoembolization，TACE)联合多种方法综合治疗已经成为肝癌治疗的发展趋势

重组人5型腺病毒(H101)是基因工程改造后的缺失Elb55ku蛋白的腺病毒[3]。H101感染突变型P53的肿瘤细胞后，由于P53蛋白功能缺失，可以在肿瘤细胞内复制并发挥溶瘤作用，细胞死亡后，释放的病毒感染周围肿瘤细胞，进一步杀灭肿瘤。它是世界上第一个被批准用于治疗肿瘤的溶瘤病毒，而且有报道[4称经改造的重组人5型腺病毒(H101)对肿瘤细胞有杀伤作用，但对健康人体细胞的损害微乎其微。临床试验显示其对头颈部肿瘤有很好的疗效。

证明了重组人5型腺病毒联合TACE治疗中晚期肝癌是一种安全的治疗方法。重组人5型腺病毒作为一种新生的抗肿瘤药物，要想完全替代传统放、化疗方法，目前还有一定距离。但可以肯定的是经肝动脉直接注人重组人5型腺病毒，提高其在靶器官的浓度，增加感染率；与碘油混合，让其在肿瘤局部释放，提高了转染率，从而能够提高肝癌治疗的疗效。

3.乳腺癌基因治疗研究进展

近年来我国女性乳腺癌的发病率以及病死率均呈直线上升的态势，乳腺癌已成为威胁妇女生命和健康的头号杀手而倍受世界各国瞩目[】]。传统的治疗方式已经远远不能满足人们对于乳腺癌治疗后的生活质量的要求，因此基因治疗这种新型的方法应运而生。基因治疗不只是从基因水平上彻底纠正细胞的遗传缺陷，更是大大减轻了病人的痛苦

1抑制癌基因的活性

癌基因是指人类或其他动物细胞固有的一类基因，癌基因正常的生物学功能是刺激细胞正常的生长，以满足细胞更新的要求。当癌基因受到激活发生突变后，会在没有接收到生长信号的情况下仍然不断地促使细胞生长或使细胞免于死亡，最后导致细胞癌变。针对癌基因的治疗策略主要是抑制其表达，目前常用的方法有：(1)反义核苷酸核酸或siRNA阻止癌基因mRNA转录和翻译。李玉强等_z]研究发现NUP88基因沉默，可抑制MCF_7细胞系的增殖、侵袭和促进其凋亡

2恢复抑癌基因活性

抑癌基因同样也是正常细胞中存在的基因。在正常情况下，当细胞生长到一定程度时，会自动产生反馈抑制，抑癌基因表达增高，癌基因则不表达或低表达。但在某些特殊情况下被抑制或丢失以后可减弱甚至消除抑癌作用。目前针对乳腺癌治疗应用较多的抑癌基因主要有P53、BRCA1、Ki67等。近年来，除了上述传统的抑癌基因的研究，越来越多新型的抑癌基因进入人们的视野，WWOX(WWdomain-containingoxi—doreductase)表达的失活和乳腺癌等肿瘤有着

密切的关系[5]。GeF等研究发现WWOX针对乳腺癌的抑癌作用和另一种癌基因KLF5(Kriippel-liketranscriptionfactor5)有着密切的关系，wwOX通过抑制KLF5蛋白的翻译水平的表达，从而抑制肿瘤细胞的增殖L6j。

3.自杀基因治疗

自杀基因是指将某些病毒或细菌的基因导入靶细胞中，其表达的酶可催化无毒的药物前体转变为细胞毒物质，从而导致携带该基因的受体细胞被杀灭。乳腺癌治疗研究中应用较多的有：(1)单纯疱疹病毒胸苷激酶(Hsv．TK)基因／更昔洛韦(GCV)系统引人肿瘤细胞后，无毒的GCV通过TK编码的胸苷激酶磷酸化成有毒的三磷酸化GCV(GCVTP)终止DNA复制，进而促进癌细胞的死亡[1。

问题与展望

乳腺癌基因治疗已取得了很大的进步，但要使其真正应用于临床综合治疗仍有众多问题亟待解决，但是相信随着相信随着分子生物学、免疫学技术、细胞生物学等基础学科的的飞速发展，以及与临床医生的密切合作，将会出现更多更有效的基因治疗方法，乳腺癌基因治疗前景将更加广阔。

基因工程药物研究未来的发展方向

基因工程药物目前的研究方向是通过关键技术的突破性研究，研发具有自主知识产权，对治疗人类重大疾病能够产生确切的疗效，毒副作用较小，可以进行大型规模化生产，质量较为稳定的、功能可控的基因工程药物，并且在原有基因工程药物的基础上，开发系列制剂，满足不同患者的需求，扩大临床治疗效果和应用范围.

基因工程药物开发研究是一个系统工程，技术含量高，决策管理风险大。但是只要在具体的研发过程中充分注意并解决好其内在问题，所投入的人力、财力就会发挥最大作用，成功的可能性就越大。相信随着基因组学、蛋白质组学的发展，人们对基础医学、基础药学、基础药理学、分子生物学、生物信息学等的认识也越来越深入，特别是对许多疾病的发病机理的认识越来越清楚，越来越多的基因产物将成为基因工程药物开发的目标，基因工程药物开发将会迎来一个美好的明天阻埘。

基因工程技术的运用使药品开发发生了根本性的转变，治疗性蛋白质分子设计与工程化已取得突破性进展，如今基因工程药物已进入第三代蛋白质治疗药物发展阶段。通过基因工程手段可以使过去一些生产困难的产品，如激素、酶、抗体等生物活性物质明显提高产品质量与收率，同时大幅度降低生产成本，提高患者的用药水平和生活质量。基因工程技术应用于药物研制是一项造福于人类的宏伟工程，随着科学技术的发展，基因工程药品必将会给人类带来巨大的经济效益和社会效益。

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