基因治疗
2005-1-20 16:33:06
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基因是生命之本，是生物得以保持其连续性和稳定性的物质基础。用专业的概念来说，它是可以编码蛋白质的DNA顺序。科学工作者通过这些看似简单的排列探索生命的奥秘、解读疾病的根源……基因治疗就这样应运而生，它把医学科学引入一个全新的发展空间，并为疾病的治疗开拓了广阔而美好的前景。虽然人们正式开展基因治疗研究只有十几年的时间，但其由提出至发展尤其是其赖以形成的相关理论与技术的不断积累和完善，却是经历了相当长的历史过程。1944年Avery等证明DNA是诱导肺炎球菌发生转化的物质；1953年Watson和Crick等提出DNA双螺旋结构模型；60年代遗传密码的破译；70年代重组体DNA技术、基因转染和选择技术的出现；80年代癌基因与抑癌基因研究的突飞猛进，逆转录病毒载体的发展，新型基因表达载体和转染技术（包括体内组织直接转染法）及途径的建立，特别是人类基因组计划的实施，使越来越多的新型疾病基因的分离成功，都为基因治疗发展提供了坚实的理论基础和技术条件，使基因治疗作为一种新疗法应用于临床成为可能。 二、基因治疗概念 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。 1943 O.T. Avery，C.M. McLeod，M. McCarty 证实遗传物质是DNA。 1953 J.D.Watson & F.H.C.Crick提出DNA双螺旋结构。 1955-57 有关核酸合成的酶被分离，发现DNA聚合酶I。A.Kornberg、S. Ochoa阐明DNA复制方式。 1958 F.H.C. Crick提出遗传信息流的中心法则。 1960 信使RNA（mRNA）被发现。 1961-66 M. Nirenberg, J.H. matthal, R. Holley and H.G. Khorana等破译遗传密码。 1965 细菌质粒中发现耐药基因。 1968-71 W. Arbor, D. Nathans and H.O. Smith发展了利用限制性核酸酶切割、 拼接DNA片断的方法。 1970 美国总统尼克松(M. Nixon)代表美国政府宣布向癌症宣战，医学研究预算飚升。 1972 D.A. Jackson, R.H. Symons and P. Berg在体外切割、连接不同物种DNA，产生新的DNA。 1973 S.N. Cohen, A.C.Y. Chang, H.Y. Boyer and R.B. Heiling把具有生物活性的重组DNA(rDNA)转入细菌。 1975 首次讨论重组DNA安全性的会议在美国加州Asilomar召开。 1976 美国NIH颁布重组DNA研究指导原则。第一家基因工程公司GeneTech在美国加州成立。 1977 W. Gilbert首次在细菌中表达人类胰岛素及干扰素基因。 1979 H.G. Khorana人工合成了一条基因。 1980 J.W. Gordon, G.A. Scangos, D.J. Plotkin 培养出第一个转基因鼠。史坦福大学和加州大学旧金山分校申 请关于DNA加工的美国专利（No.4237224）。 1981 J.D. Kemp and T.H. Hall 培育出第一株转基因植物Sunbean. 1982 美国FDA批准第一个基因工程产品人胰岛素上市。 1984 Alex Jeffrey建立 DNA指纹技术。第一个基因工程动物疫苗假性狂犬病疫苗诞生。 1986 第一个抗病转基因烟草Agracetus问世。 1988 哈佛大学医学院获得转基因小鼠的美国专利。 1989 HGP--人类基因组计划启动。 1990 M. Blasé, W.F. Anderson and K. Culver在美国NIH进行了治疗一种重度联合免疫缺陷病（SCID）的基因治 疗临床试验。 1997 苏格兰科学家从成熟绵羊细胞中提取DNA ,获得第一个克隆绵羊（Dolly）。 2000 人类基因组工作草图完成。 2001 美、英、德、法、中、日6国科学家和美国Celera公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 2001 人类蛋白质组计划启动。 2003 美、英、法、德、中、日6国科学家完成人类基因组序列图的绘制。 1967 当N.M.Nirenberg声称用合成的遗传信使可改变细胞生长发育，并由此带来益处和危险时，对基因治疗的争 论骤起。 1970-72 基因治疗的最初事件发生。美国医生Stanfield Rogers与德国医生合作，直接用野生型乳头瘤病毒（ Shope papilloma virus, SPV）治疗二例高精氨酸血症，他们错误地认为这种病毒可使病儿体内分解 精氨酸的酶表达。 1974 美国重组DNA顾问委员会（Recombinant DNA Advisory Committee，RAC）与FDA启动了基因示踪研究，观察 基因修饰的产品的安全性、有效性和质量控制。1991年，FDA公布了\体细胞治疗和基因治疗的指导原则\，进 一步修订后于93年形成法规执行。 1978 美国要求对于基因治疗，须经过专门生物安全委员会 (IBC) 专门评估委员会 (IRB)审查，最后报 RAC审查 。 1979-80 美国加州大学洛衫矶分校（UCLA）的Martin Cline教授将重组 DNA导入二个患血液遗传病的病人（意大 利和以色列）。当年10月份，Loa Angeles Time详细报道了 Cline的研究后，UCLC勒令他辞去系主任、 削减了他的研究经费并三年内不得再申请。 1982 在美国展开了对基因治疗的伦理问题讨论。 1984 美国RAC成立了基因治疗分会（HGTS），专门负责对基因治疗方案的评估。同年，美国技术评估局（U.S. Office of Technology Assessment，OTA）强调体细胞基因治疗与性细胞基因治疗的不同，并就基因治疗伦 理展开公众调查。 1988 HGTS批准了第一个基因治疗方案（其实是没有治疗作用的基因示踪方案），即Steven Rosenberg的NIH-Neo- TIL-MM方案，于次年5月22日在临床上做了第一个病人，并获得成功。 1990 HGTS 批准了第一个具有治疗作用基因治疗方案，即Michael Blaese 和 French Anderson的NIH-ADA-PBL- SCID方案，于当年9月14日在临床上做了第一个病人，并获得初步成功。 1991 FDA公布了\体细胞治疗和基因治疗的指导原则\，进一步修订后于93年形成法规执行 (中国93年颁布) 1992 NIH主任Dr. Bernadine批准将基因治疗在临床上用于目前无有效方法治疗的病人。 1999 1999年9月17日，18岁Jesse Gelsinger因临床试验的某些失误而死亡，他是5000多例临床试验者中因基因治 疗副反应发生死亡的唯一例。FDA和NIH对此事件的调查认为宾夕法尼亚大学的基因治疗临床试验存在违规行 为。 2000 基因治疗在肿瘤、遗传病及心血管病的治疗上取得成功，让人们看到基因治疗是21世纪的科学、医药和商业 。 2002.10 法国巴黎Necker Enfants Malade 医院用逆转录病毒载体携带的IL2RG基因治疗SCID，2/10个患儿发生白 血病。这是由于携带IL2RG基因的逆转录病毒整合进了宿主基因组上人T细胞原癌基因LMO2的启动子附近，逆 转录病毒的增强子活性导致了LMO2基因的异常转录和表达。 2003.03 中国SFDA频布了世界上第一份详细和系统的\人基因治疗研究和制剂质量控制技术指导原则\。 2003.10 重组人p53腺病毒注射液（今又生）获中国SFDA颁发的新药证书，标志着世界首个基因治疗产品问世。 2004.01 重组人p53腺病毒注射液（今又生）获中国SFDA颁发的准生产批文。 2004.03 重组人p53腺病毒注射液（今又生）获中华人民共和国药品GMP证书及物价批文标志着世界首个基因治疗 五、基因治疗要素 基因治疗是一个生物医学高技术密集的领域，它综合应用分子生物学、分 子遗传学、分子病毒学、细胞生物学等学科的最新研究成果，来治疗那些目前尚无好的治疗方法的顽疾。尽管基因治疗的技术复杂，方法多样，但它的组成要素不外乎三个： 第二个要素是携带基因进入细胞内表达的载体，包括病毒载体和非病毒载体。病毒载体中又分腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒载体等；非病毒载体包括脂质体、磷酸钙、基因枪等。 第三个要素是靶细胞。治疗基因必须通过靶细胞发挥作用。 2. 心血管疾病：随着人们生活水平的提高，心血管疾病的死亡率逐年增高。深入的研究表明，心血管疾病是一种多基因遗传病，所以心血管病的基因治疗越来越引起人们的关注，成为继肿瘤基因治疗之后的又一研究热点。 3. 其他：如遗传病，AIDS等严重威胁人类安全和健康的疾病。 七、基因治疗策略 1．基因置换（gene replacement）：用正常的基因原位替换致病基因，使细胞内DNA完全恢复正常。这是最理想的基因治疗方法，但目前的技术水平尚难达到。 2．基因修复（gene correction）：纠正致病基因的异常部分，正常部分保留，最终使致病基因完全恢复，这种基因治疗方式操作上要求高，实践上有一定难度。 3．基因修饰（gene augmentation）：又称为基因增补，将目的基因导入病变细胞或其它细胞，其表达产物能加强或纠正缺陷细胞的功能。这种治疗方法中，缺陷基因仍然存在。目前的基因治疗多采用这种方式。 4．基因失活（gene inactivation）：利用反义技术特异地封闭基因表达的特性，抑制有害基因的表达，达到治疗疾病的目的。如利用反义RNA、核酶或核酸等抑制一些癌基因的表达，抑制肿瘤细胞的增殖，诱导肿瘤细胞的分化。用此技术还可以封闭肿瘤细胞耐药基因的表达，增加化疗效果。 5．免疫调节（immune adjustment）：将抗体、抗原或细胞因子的基因导入患者体内，改变免疫状态，达到预防和治疗疾病的目的。如将白细胞介素-2（IL-2）导入肿瘤病人体内，提高IL-2的水平，激活体内免疫系统的抗肿瘤活性，达到防治肿瘤的目的。 6．其 它：为增加肿瘤细胞对放疗或化疗的敏感性，通过给予前体药物以减少化疗药物对正常细胞的损害。如向肿瘤细胞中导入单纯疱疹病毒胸苷激酶（HSV-tK）基因，然后给予无毒性的单磷酸GCV药物，由于只有含HSV-tK基因的细胞才能将单磷酸CGV转化成有毒的三磷酸CGV药物（可终止可分裂细胞内DNA链的合成），因而肿瘤细胞被杀死，而对正常细胞无影响。 1．病毒载体 病毒作为一种生物经过亿万年的进化，对人的细胞具有自然的感染力。以人工改造的病毒DNA作为基因进入细胞的运输工具称为病毒载体，它能与细胞的表面受体相互识别继而把外源基因转入靶细胞内。病毒具有一些独特的性质如多数病毒可感染特异的细胞，在细胞内不易降解等，因此病毒载体是良好的基因转运体。 目前已被用作载体的病毒有腺病毒、逆转录病毒（包括HIV病毒）、腺相关病毒、疱疹病毒（包括单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒）等。大多数野生型病毒对机体都具有致病性，因此需对其改造后才能用于人体。如腺病毒，它是线性双链DNA无包膜病毒，基因治疗采用的腺病毒载体经改造去除了原有病毒的部分非必需基因。切除改造的目的除确保病毒载体的安全性外，还获得了插入外源基因的空间。 2．非病毒载体 主要指脂质体，它与基因可形成脂质体/DNA复合物。靠物理方法或化学方法转移入细胞，转移效率甚低。另外，可以将DNA直接注射入组织，或是用磷酸钙溶液沉淀，还有用高能微粒子轰击等方法。 载体 优点 缺点 优势适用 病毒载体 逆转录病毒 可稳定整合于宿主基因组，免疫原性低。 病毒滴度低，携带外源基因容量有限，仅感染分裂细胞，表达不稳定并难以控制。随机整合可能导致突变，具有遗传毒性。制备纯化复杂。 体外基因治疗（In Vitro）遗传病 腺病毒 可感染几乎所有细胞包括非分裂细胞，病毒滴度高，外源基因高表达，无DNA整合。 载体免疫原性较强，靶向性差。 体内基因治疗（In vivo）恶性肿瘤、心血管病 腺病毒相关病毒 特异整合。 需腺病毒辅助复制，携带治疗基因能力有限，具有遗传毒性。制备纯化复杂。 体内基因治疗（In vivo）遗传病 疱疹病毒 病毒滴度高，嗜神经性。 载体构建复杂，无包装细胞株 神经系统疾病 非病毒载体 裸DNA 易制备，安全，治疗基因大小无限制，无免疫原性，无DNA整合。 导率低，表达低。 肌肉局部应用 脂质体 治疗基因大小无限制，无感染力 无特异靶细胞，短暂表达，转染效率低 肌肉局部应用 基因治疗和基因工程都着眼于有治病或有其他应用价值的\目的基因\。但基因工程是将\目的基因\放在一个载体内，然后导入大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞在体外表达出所需要的蛋白，经过分离纯化获得能用于治疗或其他用途的蛋白纯品。因此，基因工程在医药方面，最终是制造出一种蛋白类的药物。目前市场上的胰岛素、干扰素，白介素-2、生长激素、EPO、TPA、GM-CSF等基因工程药物，均为重组蛋白质或者肽类。 基因治疗则不同，它是将目的基因放进特定的载体中，然后导入人体，要求这种基因在人体细胞中能制造出我们所需要的蛋白，通过它来达到治病的目的。比较起来基因治疗具有以下优点： 1． 直接的基因水平治疗； 2． 靶向性好，副作用小； 3． 技术含量更高，生产成本低； 4． 病毒液性质稳定； 5． 生产简单可靠，无环境污染。 所以基因治疗药物将对基因工程的蛋白质或者肽类药物形成严重挑战，而且对局部组织器官结构和/或功能障碍的针对性用药的优势还将对医疗方式产生重大影响。 |
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中国癌症信息库
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