基因和干细胞治疗

基因和干细胞治疗

基因和干细胞治疗

GeneandStemCellTherapies

EugeneH.&,MD

jerMLeiden.MD,Phi)

每个人都先天具有相对固定的

遗传信息,加之环境因素的影响共

同决定了个体易罹患的各种疾病.

直至近来,个体的遗传信息是固定

和不可改变的概念仍被广泛接受,

医生对患者可通过改变生活方式,

药物和外科手术治疗由遗传和环境

因素共同导致的疾病.例如,医生

可能会建议一例由于低密度脂蛋白

(LDL)受体基因杂合突变导致的家

族性高胆固醇血症患者戒烟和使用

HMGCo.A(3-羟基.3.甲基戊二酰辅

酶A)还原酶抑制剂(他汀类药物)降

低胆固醇的合成,并实施冠状动脉

搭桥术治疗其冠状动脉粥样硬化

症.尽管在缓解症状和改变疾病进

程方面是有效的,但上述治疗均未

直接针对患者或其后代的遗传学病

因.

近几年,人类遗传学,细胞生物

学和基因治疗的发展使该类患者的

治疗方法发生了根本的变化.新千

年的医生不仅用基因组建疗法改善

患者的生活质量,还将用新的治疗

方法以改变患者的遗传结构.人体

基因治疗和干细胞移植是最有前景

的新治疗模式中的两种

本文总结了近年来基因和干细

胞治疗的进展,特别把重点放在治

疗的潜能和为有效治疗疾病所必须

克服的关键问题方面.对新疗法带

来的一些伦理学方面的重要问题也

基因和干细胞治疗对多种人类遗传性疾病殛获得性疾病有着广泛的前景.人类疾

病相关基因的识别和新载体的开发以殛向不同组织导入治疗基因装置的进一步发展将

使基因治疗领域取得重大进步.从以往认为无再生潜力的器官中分离出于细胞,并发

现其具有可塑性.以殛人类胚胎干细胞的产生清楚地表明了人类干细胞治疗的可行性.

在载体的开发和干细胞生物学方面仍要做进一步的大量研究工作,才能充分认识这些

治疗方法的全部潜能.同样重要的是,人们还必须面对有关基因和干细胞治疗的伦理

学问题.

进行了讨论.由于本文对文献复习

的广度与范围有限,读者可以参考

其他优秀的,涉猎更广的综述以获

取更多的信息.

基因治疗

基因治疗最简单的定义为对细

胞遗传信息的修改从而取得治疗效

果基因修改可以在培养的细胞中

进行,然后应用于患者(体外方式),

或进行体内细胞修改(体内方式)

(图I).最早的基因治疗研究是对

单基因遗传障碍的患者进行缺陷基

因置换,用正常基因的复制品代替

缺陷基因.治疗的病例包括囊状纤

维化患者的呼吸道上皮囊状纤维化

跨膜调控剂(CFTR)基因置换,

Duchenne肌营养不良患者的肌细胞

增强蛋白基因置换,家族性高胆固

醇血症患者的肝脏LDL受体基因的

置换

然而,其他研究工作表明,基因

治疗将会主要用于那些遗传学基础

尚未完全认识的复合性或后天性疾

病,通过细胞遗传信息的修正起到

治疗作用.例证包括:细胞毒基因

疗法,如用单纯疱疹病毒胸腺嘧啶

脱氧核苷激酶基因和ganciclorir治

疗癌症;细胞生长繁殖抑制疗法,如

用视网膜母细胞瘤基因导人血管平

滑肌细胞治疗球囊血管成形或支架

置放后的血管再狭窄;以及用血管

基因如血管内皮生长因子(VEGF)

基因治疗缺血性心肌病"

大多数基因治疗由三个相互关

联的部分组成:治疗性基因或其他

核酸(如,RNA分子或合成的低聚核

苷酸),传送治疗核酸到达目标细胞

的载体和传送基因/载体结合物到

达目标活体组织的装置(如,导管,

注射器或支架).

目前这三部分都取得了进展.

人类遗传学家和基因组科学家已经

识别了与许多单基因病相关的基

因,这些疾病范围广泛.从肌营养不

良到高脂血症"及部分癌症"-】.

类似的方法也用于复合多基因病遗

传基础的研究,如糖尿病和阿尔茨

海默病(Alzheimerdisease)人类基

Author^flIIlaUons:HaahoolofPublicHealth

fDrsl(ai,andLeiden)andBrighamandWomen'sHos-

pita.1(DrKa.Boston,tM.a~s;Veter&rlsAffairsBoston

HeafthcareSystemJamaicaPIaJnMa(DrKa/O;and

AbbottLaboratories.AbbParkI¨(DrLeiden)

CorrespondinAuthorandRe~rints:JeffreyM

L~denMD.PhD.AbbLabcrateriesDe∞ent

OfecufiveBldgAP6D,'COAbbottPaRdAb

bottPark1L60O64忙mail:ieleuJen@abbotttom)

美国医学会杂志中文版2001年l0月第2o卷第5期

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围I活体内和活体外基因治疗方法

活体内基因转导话体,卜基因转导

一

种活体内的基因治疗方法是直接特治疗性核酸注^患者体内基固包在载件中.用一种装

置输送到靶器官图中f左)整台到质粒中的基困通过门静脉导管被输送到肝脏中活悼外

的方法包括从研究的组织获取细胞.在体外用基因进行转导.然后将改变了基因的细胞重新

注人患者体内体外基因转导可以应用与体内基因转导相同的载体

因组计划的完成可望发现新的治疗

基因,从而扩充基因治疗的范围,加

速基因治疗的进展.因此,新治疗

基因的不断发现不会限制基因治疗

的发展.

基因治疗载体的开发也取得了

进展.但是,这一领域存在的问题

限制了很多基因治疗的进行理想

的载体应该容易获得,滴定纯度高,

能在活体内高效稳定地转导非增殖

细胞,使转基因长期表达,而不产生

细胞毒性作用,炎症或免疫反应

这样的载体还应该有靶组织特异

性,能使转基因表达并能通过药理

或生理调控转基因的表达.

很遗憾,这种理想的载体尚未

开发出来质粒DNA载体虽然容易

产生和调控,也能在体内和体外稳

定地转导细胞,但这些载体向非增

殖细胞传输转基因的效率低,并能

引起直接针对CpG重复序列的免疫

反应.比较起来,腺病毒载体容易

生产,且滴定度高,能高效地转导多

种类型细胞,但有明显的局部组织

炎症和较强的免疫反应,限制了转

基因表达的持续时间多数逆转录

病毒载体需要细胞增殖才能高效地

转导,因而限制了它们在活体内基

因治疗的用途.但它们在试管内能

有效而稳定地转导增殖细胞,免疫

原性相对较低,这使它们在活体外

的应用很有价值已用表达白细胞

介素2受体链的逆转录病毒载体

在活体外感染患者的造血干细胞,

治愈了2倒X连锁免疫缺陷病的患

儿"

腺相关病毒(AAv)载体和慢

病毒(以人类免疫缺陷病毒:HIV]

为基础)载体是最有前途的基因治

疗载体.与腺病毒相似,这类载体

可以稳定并有效地转导非增殖细

胞,而免疫原性和炎症反应较少.

因此,这两种载体系统可以诱导长

期的,高水平的转基因表达临床

已用表达凝血因子Ⅸ的AAv载体试

验治疗B型血友病患者,正在进行

美国医学会杂志中文舨2001年10月第2D卷第5期

的临床试验有助于明确该系统的可

用性.慢病毒载体用于人体试验

可能还需要几年的时间

尽管都有应用前景,但目前

AAv和慢病毒两种载体都有缺点.

腺相关病毒载体只能容纳少于4.5

千碱基的转基因片段,且难以大量

复制.慢病毒包含一些残余HW基

因,并且也难复制.

许多基因治疗的实施均要求对

活体内特定的细胞进行靶向转基因

表达,并能通过药物或生理性干预

对其进行转基因表达的调控.这方

面的研究刚刚开始,但在培养细胞

和动物实验方面的初步结果令人鼓

舞.例如,可以改变逆转录病毒和

腺病毒载体表面的膜蛋白或壳蛋

白,以增强对特定细胞类型的基因

转导.同样,通过使用组织特异性

转录调控因素(如,肌肉或肝特异性

转录增强子和启动子),腺病毒和

AAv载体能被改良以在活体特异性

细胞类型进行转基因表达.同时,

使用合成启动子系统雷帕霉素(ra—

pamyein,免疫抑制剂——译者注)或

四环素可以调控动物的转基因表

达.同样,在基因治疗载体加人低

氧诱导成分,可用来在体外或体内

产生低氧诱导基因表达.

与基因识别和载体开发的进展

相比,基因传输装置的研究刚刚开

始.有报道称太多数市场销售的基

因传输导管可迅速有效地灭活腺病

毒载体,该报道强调了这方面研究

的重要性因此,在进行临床试验

之前,制作并严格检测基因传输装

置与每个基因治疗载体的兼容性是

至关重要的.

总之,基因识别,载体开发和转

基因调控等领域的进展加快了基因

治疗的发展进程.虽然有报道表明

某些基因治疗临床试验发生了极为

不幸的并发症",但是现在已有人类

基因治疗获得成功的报道.然而,

还有很多工作需要进行才能使基因

治疗既安全又有效.特别需要容易

大量生产的高教价的载体,这些载

体可安全定位到特定类型的靶细

胞,并可产生经调控的转基因表达.

还需要可高效定向传输这些载体到

活体内适当组织的装置最后,还

需要对正常细胞生物学和人类疾病

的生化和遗传基础有更深的认识,

这样才能为常见的人类疾病设计出

新的基因治疗方法.

干细胞治疗

在正常人类胚胎发育过程中,

全能的受精卵分化出各种各样的细

胞类型并形成成熟的器官.许多成

熟器官,包括骨髓(造血系统),皮肤