癌基因与癌症的基因治疗前景
第17卷第4期
1999年7月
泉州师专学报(自然科学)
Journal of Quanzhou Normal College(Natural Science)
Vol.17 No.4
Jul.1999
?
癌基因与癌症的基因治疗前景
吴 政 声
(泉州师范高等专科学校生物系 泉州 362000)
摘 要 基因治疗是指基因导入人体用于治疗人类疾病.本文从基因水平阐述了
癌症发病机制,基因治疗的理论和技术背景及基因治疗癌症的前景.
关键词 癌基因 基因治疗 目的基因 逆转录病毒 靶细胞
中图分类号 Q782,Q789
迄今为止,癌症仍是人类健康的头号杀手,尽管现代医学能够对不少癌症作出早期诊断并
延长患者存活期,但要彻底征服癌症尚待时日.自50年代以来,分子生物学的飞速发展,尤其
是癌基因的发现,染色体畸变与致癌基因表达相互关系的揭示以及这两方面研究的深入,人们
开始从分子水平去探索癌症发病机制和治疗的可能,基因治疗应运而生了.
1 原癌基因、癌基因与癌症
1.1 原癌基因(proto-oncogene)与癌基因(oncogene)
原癌基因主要是指能促进细胞分裂的基因群影.正常情况下,这些基因的表达受到抑制,
只有在环境或其他因子影响下发生DNA扩增、重排或调控序列改变而被“激活”成为癌基因
时,才会使细胞生长分化失去控制,导致持续分裂和癌变.例如,已经证实各种脊椎动物染色体
DNA上都有与Rous肉瘤病毒中的V-src基因相类似的DNA序列.而V-src基因可以编
码产生被称为P60src的蛋白质,并加速细胞的癌变.到目前为止,已经发现了数十种原癌基因,
证明细胞癌变的分子基础就是基因,即DNA的改变和不正常活动导致细胞癌变.
一系列实验表明,原癌基因能够被外源DNA的插入、DNA片段移位和扩增等活化.通过
活化,原癌基因获得了一个新的转录启动子,基因表达效率因此提高.如某些鸟类血细胞癌中
的myc和erbB原癌基因,正常时并不活化.一旦整合上鸟类白血病原病毒DNA片段,后者即
为原癌基因提供启动子,使之活化成致癌基因,经表达后细胞发生癌变.
癌基因可分为病毒癌基因(V-onc)和细胞转化基因(C-onc)两大类.在V-onc中,研
?收稿日期 1999-06-03究最多的是逆转录病毒致癌基因(retrovirusonc).已经在各种逆转录病毒中发现了许多致癌
基因,它们感染后诱导宿主产生肿瘤的主要原因是激活特定的基因表达,从而破坏宿主细胞原
有的基因表达方式,导致靶细胞恶变.而C-onc能够使正常细胞转化为肿瘤细胞.有人认为C
-onc可能就是存在于人体正常细胞中的原癌基因的突变产物.这类原癌基因在生物界广泛
存在,对细胞生长和分化起调控作用.但在某些环境因素或内源性因素作用下,使结构、数量改
变并形成C-onc进而产生癌细胞.
1.2 抑癌基因
实际上在脊椎动物中还存在抑癌基因,它们
的产物能够抑制细胞的恶性增殖,因此又称为
隐性癌基因.当抑癌基因的表达受抑制时,则原癌基因表达增强,最终引起细胞癌变.研究较清
楚的抑癌基因有P53基因和Rb基因.其中P53的抑癌作用可能是通过其蛋白与DNA的结合
而实现的.这种结合既影响DNA复制又影响基因表达.在人类某些肿瘤细胞中可观察到P53
等位基因的缺失,推测可能是由于P53基因的保守序列区有某一位点的突变,导致了P53基
因产物结构与功能的改变,失去抑癌活性,影响了肿瘤的发生.
1.3 细胞的癌变
从分子生物学角度看,细胞的癌变并不是由单一因素引起的,它可能是正常细胞中的原癌
基因受到环境和其它因子的作用,活化成为显性的癌基因,癌基因与隐性的抑癌基因经过多阶
段的协同作用而形成的过程.这一过程可以是病毒感染细胞后,在病毒启动子和增强子作用下
高效表达过量合成基因产物,从而促使细胞无限制生长增殖的过程;也可以是非病毒因子(如
放射线、化学试剂亚硝酸、烷化剂等)诱导细胞转化,改变细胞内原有遗传信息,使细胞发生恶
性转化的过程.一般认为在一种肿瘤中起主要作用的几乎不可能是两种以上的癌基因,但很可
能涉及两个以上的抑癌基因的突变.
2 癌症的基因治疗
2.1 基因治疗的理论背景
基因治疗是利用基因转移或基因调控的手段,将正常基因导入疾病患者机体细胞内,取代
突变基因.导入的基因可以是与缺陷基因相对应的有功能同源基因或是与缺陷基因无关的治
疗基因.表达所缺乏的基因产物,或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径,达到治疗某些
人类疾病的方法.
基因治疗的理论背景主要是基于引起遗传紊乱基因的确定及对其表达的认识.如镰刀型
红细胞贫血症(sickle-cell anemia)这种遗传性疾病是由于编码红细胞的基因引起突变,使表
达后的血红蛋白与正常的血红蛋白略有差异.在574个氨基酸残基构成的血红蛋白中仅有β
-链的N-端第6位以Vla代替了正常的Glu,却发生了功能上的巨大变化,使患者红细胞在
缺氧时呈镰刀状,易破裂,继而发生溶血性贫血.医学上称为分子病,1993年以来这一领域的
研究有了很大进展.例如发现了脊髓侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)缺陷的
基因是超氧物歧化酶(SOD)的基因.ALS是一种使中枢神经系统日益退化的病症,患者一般
在三、四年内就会死亡.随着对病毒分子生物学、真核生物基因调控原理和高等动物的基因表
达等相继的深入研究,了解上述遗传病发病机理,进而使应用基因治疗成为可能.
2.2 基因治疗的技术背景
36 泉州师专学报(自然科学) 1999年7月在生物界,生命活动具有高度统一性.例如,脱氧核糖核酸(DNA)是地球上千百
万生灵
(少数生物体除外)所共有的遗传密码.如果没有这个统一性,人们就不可能把某一基因从A
生物转移到B生物体内,得到表达并发挥相同的功能;又如尽管动、植物获取能量的方式千差
万别,但它们的细胞代谢活动的实质是电子在一系列受体蛋白质之间传递,造成膜内外质子梯
度差,以合成ATP.从1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋模型以来,高新科技突飞猛
进,如研究三维结构及其运动规律的X射线衍射的晶体学(又称蛋白质晶体学);利用二维核
磁共振和多维核磁研究液相结构;电镜三维重组,电子衍谢,中子衍谢,各种频谱学方法研究生
物高分子的空间结构;DNA重组技术(即基因工程)以及最新的转基因技术,使人类对生命的
微观研究达到分子水平,并计划于2005年完成人体基因组30亿个碱基对全部序列的测定.从
1989年起全球开始了基因治疗的大量研究.
2.2.1 基因转移载体 将目的基因转移到哺乳类动物细胞有多种方法.根据1995-1996年
美国国立卫生研究院(NIH)对美国已施行的基因治疗方案(103个)所作的评估,载体种类仍
以逆转录病毒为最常用,其次为脂质体,而腺病毒在体内应用数增多,裸DNA亦开始应用.
逆转录病毒是一种RNA病毒,由糖蛋白外壳、两条RNA链和核心蛋白组成,中间还包括
有逆转录酶.核心蛋白进入细胞后,逆转录酶以病毒RNA为模板逆转录出DNA,并以单链形
式整合到宿主细胞基因组上,成为原病毒(provirus).原病毒具有与逆转录病毒相同的基因结
构,即LTR-gag-pol-env-LTR.LTR含启动子、增强子、整合信号及转录终止多聚A信
号等;在病毒基因组中间是三个结构基因,gag基因编码核心蛋白,pol基因编码逆转录酶,env
编码外壳糖蛋白.这三个结构基因是病毒复制所必需的,与病毒RNA的合成包装和DNA整
合等机制无关.因此,若把逆转录病毒基因组中的三个结构基因去除,而用目的基因DNA代
替它们,使原病毒转变成为目的基因的载体,这种原病毒载体由于已去除了gag等三个结构基
因,失去了制造病毒蛋白产生后代的能力.这是逆转录病毒介导的基因转移的前提.由于逆转
录病毒的整合位点是随机的,一旦载体插入到某个关闭的抑癌基因附近时,有可能诱发癌症.
因此,只有建立高效安全的载体系统,基因治疗才能进一步应用研究,这也是目前基因治疗未
能在临床上应用的制约因素之一.
2.2.2 靶细胞的选择 人类的基因治疗已有十年历史,一般采用从遗传病或癌症患者体内取
出某一器官组织的细胞,在体外培养扩增,然后将外源的正常基因转入这些靶细胞,经选择表
达高的细胞,再扩增后,以一定数量植入患者体内,使导入的正常基因在患者体内高表达其产
物,从而达到治病的目的.
目前靶细胞的
选择标准大致为:能较方便地获取和植入体内,在体外易大量培养,能高效
率地将外源目的基因导入靶细胞或直接导入体内有关的组织器官;当基因校正后的细胞回输
病人体内以后,能高效持久地表达外源基因.除上述标准外,目前都选择体细胞而不采用生殖
细胞.原因是有关生殖的生物学极其复杂,一旦发生差错后果严重,还有一系列伦理学观念问
题.现今只有体细胞的基因治疗被允许临床试验.常用的靶细胞包括淋巴细胞、骨髓造血干细
胞、肌肉细胞和皮肤成纤维细胞.
2.2.3 靶向表达 第一个批准的基因治疗项目开始于1990年9月,这是一种病人的腺苷脱
氨酶(ADA)基因缺陷造成严重联合免疫缺陷症(SCID),靶细胞采用病人的淋巴细胞.而首例
肿瘤患者的基因治疗是选用肿瘤浸润淋巴细胞(TIL).治疗过程中,对SCID将正常人ADA
37第4期吴政声:癌基因与癌症的基因治疗前景 基因在体外转导再回输给病人.而肿瘤治疗则采用一些细胞因子和肿瘤坏死因子(TNF)、白
细胞介素-2(IL-2)等基因导入TIL,再回输给患者.但这些体细胞经体外培养和基因转移
后,存在着原有生物性能是否会改变以及能否有效在体外重建并长期存活等问题.此外,对某
些多细胞器官和需要靶向深部的肿瘤组织,逆转录病毒载体基因转移的靶向问题,都是当前的
研究重点.对此,人们提出了几个设想:改变目前广泛采用的鼠莫洛尼逆转录病毒(Mo-
HLV)的感染谱,以达到对某些特殊类型细胞专一性感染的目的;改用其它逆转录病毒作载体
(如牛白血病逆转录病毒);构建嵌合逆转录病毒载体,即gag、pol和载体来自某一病毒,而env
来自另一逆转录病毒,从而改变或扩大病毒的感染范围.
2.3 癌症基因治疗的前景
目前基因治疗的主要对象多集中于遗传病(单基因引发的)、肿瘤和艾滋病.80年代初,随
着医学分子遗传学研究的深入和应用,许多遗传病的发病机理在基因水平上得到阐明,大多数
遗传病是由于单基因突变所诱发.随着基因工程技术的发展,遗传病的有关基因陆续被分离和
克隆,基因转移效率不断提高.人们提出了基因治疗的设想并首先用于遗传病的临床试验.
1990年9月14日经美国FDA批准,在美国国立卫生院(NIH)临床治疗中心,正式开始了遗
传病的基因治疗.第一个正式接受基因治疗的病人是一位体内ADA缺乏而患有SCID的4岁
女孩.治疗过程将转移有正常ADA基因的患者自身淋巴细胞经体外培养后回输给患者.经八
次注射后获得一定效果,从原来低于正常水平的1%提高到正常水平的25%.国外随即又进行
了临床上首例肿瘤的基因治疗试验.我国在1991年底也进行了B型血友病的基因治疗尝试.
在肿瘤的基因治疗临床试验方面,国外对包括黑
色素瘤、白血病、脑瘤、乳腺癌、结肠癌、肾
癌和神经母细胞瘤等癌症的基因治疗进行了探索.所采用的基因治疗方案也较多,如转移的基
因有肿瘤坏死因子(TNF)、胸苷激酶(TK)基因、白介素-2(IL-2)基因、多种药物抗性
(MDR)基因和干扰素基因等.治疗的途径有的将经过遗传校正的肿瘤浸润淋巴细胞重输给患
者;有的通过转移的基因进入肿瘤细胞,引起免疫排斥反应,再收集培养有免疫能力的淋巴细
胞进行肿瘤的免疫治疗;有的将药物抗性基因转移入病人干细胞,以提高病人免疫系统对大剂
量化学治疗的耐受力,从而提高化疗效果;还有的采用向肿瘤细胞直接注射治疗基因的DNA
的方式.
有关资料对国外已批准的恶性肿瘤治疗103个方案进行了初步评估.具有初步疗效的仅
有9个.尽管疗效十分有限,但毕竟迈出了重要的一步.
总之,基因治疗经近十年的研究已显现出很强的生命力,随着基因原位输送即定点到基因
组中某一位置的技术(定点整合技术)的发展,基因治疗将成为恶性肿瘤治疗的另一种新手段.
与现有三大疗法(手术、放疗、化疗)共同组成综合治疗,对提高放疗、化疗的敏感性,减少肿瘤
复发与转移起重要作用.
参 考 文 献
1 陈诗书.人类基因治疗研究的进展.生物工程学报,1994,14(1):30-40
2 王立群.基因治疗中目的基因靶向表达的研究.生命的化学,1994,14(5):9-10
3 顾健人.基因治疗的昨天、今天与明天.生物工程进展,1997,17(6):22-24
4 宋克群.试论人类体细胞基因治疗的生命伦理.医学与哲学,1998,19(1):43-44
(下转第66页)
38 泉州师专学报(自然科学) 1999年7月基础理论和深广的专业知识;熟悉与专业有关的新理论、新技术、新方法及相关学科主要知识
内容,精通现行教材及教法,掌握教材变革趋势;熟悉化学教育学、心理学及现代教学手段,有
较高的教学水平及教学科研能力并成为中学化学教学的学科带头,可开设的课程:现代教育
观、教育理论专题研究,现代化学基础理论与中学化学教学,微格教学简介,国内外教改动态,
现代教学手段简介,化学教学心理学及化学教学专题研究等课程.
根据上述各类研修班课程的介绍,中学化学教师继续教育课程内容可归纳为四类:思想品
德修养类,如教师修养等;知识技术拓展类,如现代教育技术,化学新能源、新材料等;教材教法
研讨类,如中学化学疑难实验研究等;社会生活应用类,如环境化学、日用化学选讲等.
思想品德类课程旨在加强教师的道德品质教育,帮助他们树立正确的人生观、价值观、教
育观,树立爱岗敬业的思想,增强献身教育事业的信念.
知识技术拓展类课程旨在提高受训学员的知识和能力,它以更新知识、拓宽知识为重点,
在更新、拓宽知识的过程中提高能力,而不同于搞系统性很强的学历教育课程模式,也不是重
复学历教育的系统教学内容,该课程应是学科前沿知识的提高.
教材教法研讨类课程旨在直接帮助受训学员学以致用,从各个教育群体的实际需要出发,
开展针对性的继续教育.继续教育必须贴紧中学化学改革和中学化学教师的实际需要,使中学
化学继续教育源于中学的教育实践,解决中学化学教育实际的问题.
社会生活应用类课程旨在强调化学这门学科的应用性和它的社会价值,即生活中需要化
学、化学能促进科学技术的发展,突出化学与社会的联系.
处于世纪之交的化学教师,他们在向学生传授知识的同时,还应勤奋学习,努力提高自身
的素质,以逐步形成适合未来化学教育的知识能力网络,营造新的化学知识结构.
参 考 文 献
1 张家祥,金锵中学化学教师继续教育问题.杭州:杭州大学出版社,1991:189-197
2 朱嘉泰.北京市“九五”中学化学教师继续课程设置简介.化学教育,1997(12):18-19
(上接第38页)
The Oncogene and the Prospects
for the Gene Therapy against Cancer
Wu Zhengsheng
(Dept.of Biol,Quanzhou Normal College Quanzhou 362000)
Abstract The gene therapy means treat human diseases or illness especially cancer
through gene replacing.This thesis is about the mechanisim of how cancer emerges,the
theroretical and technical background of the gene therapy .It' s also refer to the prospects for
the gene therapy against cancer.
Keywords Oncogene Gene therapy Aim gene Retrovirus Target cell
66 泉州师专学报(自然科学) 1999年7月