基因治疗在疾病防治中的应用

基因治疗在疾病防治中的应用

120311102 张宇鑫

[摘要] 传染病是目前人类所面临的一类重大疾病，在某些疾病状态下，人类还未寻找到理想的治疗方法，如病毒感染等。现代基因治疗是一种应用基因工程技术和分子遗传学原理，对人类疾病进行治疗的新疗法。主要是指对致病基因的修正和基因增强及采用外源性细胞因子基因、核酶、基因药物进行疾病治疗的方法。经过多年的发展，技术逐步走向成熟，在传染性疾病的防治中显示了重大的临床应用前景。传染性疾病的基因治疗包括：基因疫苗、RNA干扰、反义技术、药物靶向治疗等。

[关键词] 基因疫苗反义技术药物靶向治疗

一、现状

1.1我国传染病预防现状

21世纪人类依然面临着传染病的挑战，就全球而言，艾滋病是当前首恶，由于其病毒极易发生变异，所以到目前为止疫苗仍在试验阶段，缺乏理想的特效药物，免疫损伤治疗难度大。我国2003年比2002年发病率上升44．39%，人类免疫缺陷病毒检出率提高了55％。并且防治工作面临来自传统传染病和新发传染病的双重压力：传统传染病威胁持续存在，新发传染病不断出现。近10年来，我国几乎每一两年就有1种新发传染病出现，许多新发传染病起病急，早期发现及诊断较为困难，缺乏特异性防治手段，早期病死率较高。其次，人口大规模流动增加了防治难度，预防接种等防控措施难于落实。三是环境和生产生活方式的变化增加了传染病防治工作的复杂性。一些地区令人堪忧的城乡环境卫生状况，以及传统的生产生活方式，使一些人畜共患病持续发生。

1.2基因治疗研究的现状

(1) 复合免疫缺陷综合征的基因治疗

1991年美国批准了人类第一个对遗传病进行体细胞基因治疗的方案，即将腺苷脱氨酶（ADA）采用反转录病毒介导的间接法导入一个4岁患有严重复合免疫缺陷综合征（SCID）的女孩，大约1－2月治疗一次，8个月后，患儿体内ADA水平达到正常值的25%，未见明显副作用。此后又进行第2例治疗获得类似的效果。

(2)黑色素瘤的基因治疗

对肿瘤进行基因治疗是人们早已期望的事，在进行了多方面探索的基础上，发现了肿瘤浸润淋巴细胞（即能在肿瘤部位持续存在而无副作用的一种淋巴细胞）在肿瘤治疗中的作用。于1992年实施了TNF/肿瘤细胞和IL－2/肿瘤细胞方案，即分别将IL－2基因肿瘤坏死细胞（TNF）基因导入取自患者自身并经培养的肿瘤细胞，再将这些培养后的肿瘤细胞注射至病人臀部，3周后切除注射部位与其引流的淋巴结，在适合条件下培养T细胞，将扩增的T细胞与IL－2合并用于病人，结果5名黑色素瘤病人中1名肿瘤完全消退，2名90%的肿瘤消退，另2人在治疗后9个月死亡。由于携有TNF的TIL可积于肿瘤处，因而TIL的应用提高了对肿瘤的杀伤作用。

1.3．其它遗传病的基因治疗其它遗传病

诸如白种人中常见的囊性纤维化的进展很快。对于DMD的基因治疗，由于有小鼠动物模型，也取得一定进展。例如1993年法国将腺病毒－罗斯病毒小肌营养不良蛋白基因重组体注入小鼠肌内成功。即用腺病毒为载体，与小肌营养不良蛋白基因的cDNA重组，在RSV 启动子启动下，作肌肉注射，证明可在mdy小鼠肌肉表达，此外，对一些遗传病如血友病，地中海贫血、高雪氏病等正在探索中。

二、基因治疗的方法

2.1 基因疫苗

基因疫苗（genetic vaccine）又称核酸疫苗(nucleic acid vaccine)或DNA疫苗，是指将编码外源性抗原的基因插入到含真核表达系统的载体上，然后直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，该抗原蛋白可直接诱导机体产生免疫应答。抗原基因在一定时限内的持续表达，不断刺激机体免疫系统产生应答反应，从而达到预防疾病的目的。它的免疫方式有以下几种方式：（1）直接注射法：裸质粒DNA或经脂质体包裹的裸质粒DNA 直接从肌肉、皮内、皮下、粘膜、静脉内注射。包裹DNA的脂质体能与组织细胞发生膜融合，而将DNA摄入，减少了核酸酶对DNA的破坏。(2)基因枪轰击法：将质粒DNA包被在金微粒子表面，用基因枪将包被DNA的金微粒子高速穿入组织细胞。这种方法效率高，免疫应答强烈，但操作复杂，需特殊设备。(3)细菌或病毒携带法：选择一种容易进入某组织器官的细菌或病毒，将其繁殖基因去掉形成繁殖缺陷菌株，然后将质粒DNA转化到该细菌或病毒中，当这些细菌或病毒进入某组织器官后，由于不能繁殖，则自身裂解而释放出质粒DNA。(4)口服、喷鼻或滴鼻法。

2.2反义技术

又称反义寡核酸技术，是指利用人工合成的反义RNA和反义DNA来阻断基因的转录或复制，控制细胞生长在中间阶段,使编码蛋白质的基因能转录mRNA，因而不能翻译成相应的蛋白质，以达治疗某一疾病的目的，用反义DNA已对某些癌症进行临床试验。这类反义技术只能认为是一种从基因水平进行治疗的技术，它们以不同方式，在DNA复制、转录和翻译水平发挥作用。由于它们的分子量低，故而有潜力进入靶细胞，但其临床稳定性、毒性、细胞通透性等各方面都需要进一步研究。

2.3药物靶向治疗

此法机理可概括为病毒导向酶的药物前体治疗，即用反转录病毒载体的外源基因转移到细胞内。该基因编码一种酶，此酶可将一种无害的药物前体转变为细胞毒素复合物。带有这一基因的病毒载体只在特殊组织或肿瘤细胞中而不在正常细胞中表达。例如，胞嘧啶脱氨酶可将无害的5－氟胞嘧啶转变为细胞毒素5－氟胞嘧啶。此病毒可感染正常细胞和癌细胞，但将该酶基因连接到一种“分子开关”后，则只能在肿瘤细胞中表达。Sikora等设计一个“嵌合小基因”，即将酶基因连接到erbB2基因启动子的下游，此启动子活性增强，使erbB2在乳腺癌细胞中过度表达。此时，药物5－FC注入细胞后即转变为5－FU而致癌

细胞死亡。而当5－FC给予含有此嵌合基因却无erbB2表达的细胞时，亦无药物前体活性。这一基因治疗的新策略，可有可能使人对肿瘤等不同疾病进行基因治疗。

三、基因治疗在传染病防治中的应用

3.1 基因疫苗乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)基因疫苗在国外已进入I期临床实验，其结果显示：该疫苗可在体内有效表达HBsAg，并可诱导强烈的免疫反应，产生高效价抗体，同时，志愿者对疫苗具有良好的耐受性。我国科学家将S抗原基因与IL-2、INF基因连接在同一载体上，构建融合基因给健康小鼠、HBV转基因小鼠使用后，发现CTL活性显著升高，HBsAg特异T细胞增殖能力显著高于对照组，血清抗HBs抗体显著升高。HIV-1基因疫苗在动物体内可产生有效的免疫应答，减少病毒颗粒释放和对T细胞的损害，在人体内的实验证明它可有效诱导抗HIV抗体产生。沙眼衣原体MOMP—DNA疫苗给小鼠免疫后可有效诱导抗体产生，其效价高达1: 1250，脾细胞对衣原体的刺激指数显著高于对照组，说明该基因疫苗不仅诱导了体液免疫，同时还诱导了细胞免疫。

3. 2 反义技术在病毒性感染疾病上的应用。由于病毒核酸的序列比较明确, 易于人工合成相应的反义寡聚核苷酸, 来抑制病毒基因的表达。反义 RNA 技术已用于抑制乙肝病毒( HBV) 、疱疹病毒( HIV) 、AIDS 病毒等病毒的研究。Morgan 等(1996) 的研究表明 HIV 的反式激活蛋白反应顺序(TAR) 与 TAT 蛋白结合可促进 HIV 转录, 当用反义TAR 封闭TAR 时,即可终止HIV的转录。姚志强等针对不同靶位设计了10段互补反义核酸( DNA 片段)，经模型筛选发现针对S基因起始区、SP2增强子帽区和polyA信号编码区的asONs作用最强, 揭示反调节基因转录、翻译起始区的反义核酸具有明显的抗病毒作用。反义RNA 还用于研究甲型流感病毒(AIV)及乳头瘤病毒(HPV)复制及基因表达的抑制。另外,国内外在应用反义RNA技术培育抗病(如猪瘟、抗鸡马立克氏病等) 动物品系方面也取得比较明显的进展。

四、问题与展望

基因治疗在染性疾病的体内外实验生物治疗中均显示了疗效。尤其是基因疫苗对机体的保护作用已得到了公认，但其真正进入临床广泛应用尚有一段距离。还有许多问题须要进一步的验证:(1)基因疫苗编码抗原的表达问题。基因疫苗使用时进入机体的是一段DNA 片段，其作用的发挥须要DNA在细胞内有效转录和翻译成相应的蛋白，如何能使DNA高效率进入机体细胞并得到高效转录和翻译; (2) DNA疫苗目前的动物实验显示其免疫效果存在较大的个体差异，总的来看其免疫原性不高; (3)基因治疗的安全性问题，尤其是选用的载体对机体的影响还须要进一步证实，这一问题在短时间内无法解决;(4)伦理道德方面的争论也是影响因素之一;(5)基因转移中的副作用和抗体形成问题。

虽然基因治疗还存在如此诸多问题，但它的理论基础和强大生命力是显而易见的。经过几年来的发展，基因治疗的研究已逐步从理论走向了临床的实验，人们已获得了不少宝贵的知识与经验，随着分子生物学、免疫学的发展，人类及细菌、病毒等基因组测序的完成，为进一步发展和完善基因治疗奠定了良好的基础，相信不久的将来，基因治疗将在传