转基因动物与基因治疗

第六节　转基因动物与基因治疗

基因治疗指的是在DNA水平上对异常基因进行修饰，以达到纠正基因缺陷所导致的一系列病理变化的治疗。基因治疗包括基因修正、基因替换和基因增补。基因修正是对有缺陷的基因进行原位修复，基因替换是用正常的外源基因来替换有缺陷的基因，而基因增补则不需要去除异常基因，而是另外转入与缺陷基因同源的有功能的基因来弥补功能缺陷。有些基因治疗还包括关闭缺陷基因。

基因治疗的方法有体内法和体外法。体内法指的是直接将目的基因导入体细胞，方法简单，但转导效率不高，基因表达短暂。体外法是指从机体内取出靶细胞，在体外进行培养并插入目的基因，然后将这种经过修饰的细胞移植回病人体内，这一方法转导效率高，并能以稳定的方式表达基因产物。

基因转移有许多方法，主要是以病毒载体进行基因转移。在基因治疗中病毒载体的选择主要是根据插入片段的大小、长期表达的潜力、免疫原性以及基因整合的能力。由于反转录病毒可将经反转录形成的DNA整合到宿主DNA中，并随细胞代谢产物而表达基因产物，因此反转录病毒是常见的病毒载体。另外腺病毒也是常用的病毒载体。新的一些病毒转移系统如单纯疱疹病毒和轮病毒也是可供选择的载体。除了病毒系统以外，裸基因DNA也可通过“基因枪”（gene gun）、脂质体或受体介导的细胞吞噬作用将遗传物质导入。

基因治疗是在20世纪60年代的病毒学、细胞生物学和分子生物学的基础上建立起来的。随着80年代基因克隆技术、病毒载体、细胞培养技术以及体外转染技术的发展，基因治疗得到了迅速的发展。近几年来，反义核苷酸技术、核酶技术、基因敲除技术、基因置换技术以及基因转导技术（如基因枪技术）的发展，极大地促进了基因功能和基因治疗的研究。基因芯片技术是近几年迅速发展起来的分子生物学技术，同时将大量的探针固定在固相支持物上，借助核酸分子杂交配对的特性对DNA样品的序列信息进行高效的解读分析，可用于基因表达谱的分析、突变检测、多态性分析、基因测序和基因组文库作图等研究工作。该技术在未来的基因组研究以及基因治疗中将发挥重要作用。随着新的分子生物学技术的出现，基因治疗将会更加容易。

基因疫苗和基因药物是基因治疗的两个非常重要的方面。基因疫苗又名DNA疫苗或裸DNA疫苗，不含肽、蛋白质或病毒载体，仅由来源于病原体的一个抗原编码基因及作为其载体的质粒DNA组成。这段抗原编码基因可在体细胞中控制合成抗原蛋白，从而引起免疫反应。基因治疗中的另一个非常重要的方面就是基因药物的研制，将编码具有治疗作用的基因导入组织中，通过基因表达产生具有治疗作用的蛋白质，这些蛋白质多数用常规方法不能制备，或者不能充分纯化，或者不能获得足够的产量，如激素、血凝活性药物、细胞因子等。基因疫苗和基因药物除了给临床带来巨大的价值外，也会带来巨大的商业利益。

肿瘤是西方工业化国家第二大导致死亡的疾病，发展中国家肿瘤发生概率也越来越高。虽然非转移肿瘤可以治疗，但多数转移肿瘤通过传统方法如手术、放疗和化疗得不到治疗。这些治疗的一个主要限制是在杀死新生肿瘤的同时需要保留正常细胞之间的治疗窗口很狭小。肿瘤免疫治疗方法引起了人们的兴趣。肿瘤免疫治疗的基础是假定肿瘤与正常组织的肿瘤抗原不同，肿瘤抗原是唯一的（肿瘤特异抗原，TSA）或相对限制于肿瘤组织（肿瘤相关抗原，TAA），TSA或TAA存在的结果使得肿瘤能够引起特异免疫反应，与不同免疫细胞、内皮细胞和多数细胞因子、生长因子以及抗体形成特异免疫复合物。多数肿瘤发展了一种逃避免疫监视的机制，可通过下调MHC和（或）共刺激（costimulatory）分子，或上调在进攻免疫效应细胞时能够引起无反应力和（或）凋亡的分子。

肿瘤特异抗原有很多研究，包括CEA—carcinoembryonic antigen（由肿瘤细胞释放进入循环，是一个有价值的肿瘤标记）、人前列腺特异抗原（PSA，前列腺癌的血清标记）、人上皮黏液素MUC1（人肿瘤中过量表达，包括乳房癌、肺癌、胰腺癌、直肠癌和卵巢癌，MUC1也是一个免疫治疗的目标）、人上皮糖蛋白2（EGP－2，也叫17－1A或Ep－CAM，由GA733－2基因编码，在多数肿瘤的表面中高表达，包括乳房癌、卵巢癌、直肠癌和肺癌）。这些肿瘤特异抗原被认为是肿瘤治疗的靶位，都获得了转基因动物模型，科学家和医疗人员正合力攻克，希望早日实现肿瘤治疗。

研究抗肿瘤免疫治疗方法的转基因鼠模型使得人们能够研究不同免疫治疗方法对肿瘤的作用。使用的鼠模型可以被分为4类：TSA（肿瘤特异抗原）或TAA（肿瘤相关抗原）型、HLA型［HLA由6号染色体短臂上的MHC基因编码，Ⅰ型分子被与CD8分子结合的T淋巴细胞的T淋巴细胞受体（TCR）识别，而Ⅱ型分子被与CD4分子结合的T淋巴细胞的T淋巴细胞受体识别，通常Ⅰ型分子的识别诱导细胞毒性T淋巴细胞的激活，而Ⅱ型分子识别意味着T辅助细胞（TH）的活性］、致癌基因型和免疫效应分子型转基因鼠。

基因治疗的成败取决于对基因功能及其与疾病关系的了解、携带基因的载体以及选择适当的适应证。

基因治疗目前仍处于实验室和动物试验阶段，人类临床试验由于2002年第一例的2个法国白血病的小孩在“成功”获得基因治疗后又出现了同样的症状，其中一个小孩死亡而被迫终止试验。2003年FDA终止了所有用血液干细胞为靶位的基因治疗试验。其他与基因治疗相关的问题还包括：目标不能涉及所有的细胞类型、至今DNA还不能整合到患者的基因组——“治疗”而不是治愈、存在免疫反应问题。

令人鼓舞的是，正在进行的数十个人类试验显示了与化学药物治疗相似的结果，成功离我们越来越近。