肿瘤基因治疗的最新进展

肿瘤基因治疗的最新进展 王佩星 （徐州师范大学科文学院 08生物技术 088316103） 摘要：癌症是一种基因病，其发生、发展与复发均与基因的变异、缺失、畸形相关。人体细胞携带着癌基因和抑癌基因。癌症的基因治疗目前主要是用复制缺陷型载体转运抗血管生成因子、抑癌基因、前药活化基因（如ＨＳＶ－１胸腺嘧啶激酶）以及免疫刺激基因。主要抗肿瘤机制为：抑制肿瘤细胞生长、诱导肿瘤细胞凋亡、诱导抗肿瘤免疫反应、提高肿瘤细胞对化疗的敏感性、提高肿瘤细胞对放疗的敏感性、切断肿瘤细胞的营养供应。 关键词：肿瘤、基因治疗、免疫、原癌基因、抑癌基因 The latest progress of cancer gene therapy WangPeiXing (xuzhou normal university institute of biotechnology 088316103 foremen who 2008) Abstract: the cancer is a genetic disease, its occurrence, development and recurrence are associated with genetic variation, loss, deformity related. Human body cell carries oncogenes and tumor-suppressor genes. Cancer gene therapy is now primarily with copy DCF with carrier transport antiangiogenic factors, tumor-suppressor genes, before medicine activated genes (such as HSV - 1 thymine bases kinase) and immune irritancy genes. Main antitumor mechanism for: inhibiting tumor cell growth, inducing tumor cell apoptosis, inducing antineoplastic immune response, improving the sensitivity of the tumor cells to chemotherapy, radiotherapy of tumor cells to improve sensitivity, cut tumor cells to nutrition. Keywords: tumor, gene therapy, immunity, protocarcinogenic gene, tumor-suppressor genes 从本质上来讲，癌症是一种基因病，其发生、发展与复发均与基因的变异、缺失、畸形相关。人体细胞携带着癌基因和抑癌基因。正常情况下，这两种基因相互拮抗，维持协调与平衡，对细胞的生长、增殖和衰亡进行精确的调控。在遗传、环境、免疫和精神等多种内、外因素的作用下，人体的这一基因平衡被打破，从而引起细胞增殖失控，导致肿瘤发生。基因治疗的策略有基因替代、基因修复、基因添加、基因失活，目前临床使用的最主要方式是基因添加。针对肿瘤的特异性分子靶点设计肿瘤治疗方案，具有治疗特异性强、效果显著、基本不损伤正常组织的优点。这种肿瘤靶向治疗是肿瘤治疗中最有前景的方案。 1.肿瘤基因治疗的历史进展 肿瘤、艾滋病、遗传病是困扰人们的三大疾病，对肿瘤的根治是人们一直迫不及待想要实现的愿望。 1964年9月，实验室证实紫杉树提取物确实能够阻止癌细胞生长〔1〕，从此紫杉醇在世界各地广泛使用。 在过去的十年里，随着细胞生物学和分子生物学理论和技术的飞速发展，基因治疗，特别是肿瘤的基因治疗已成为备受瞩目的研究领域并已初步取得令人振奋成果，如针对肿瘤细胞、肿瘤的血管改变、肿瘤患者的免疫系统和骨髓变化的基因治疗等。尽管目前还没有哪一种肿瘤基因治疗方法的作用是比较理想的，但都显示出了良好的应用前景。 癌症的基因治疗目前主要是用复制缺陷型载体转运抗血管生成因子、抑癌基因、前药活化基因（如ＨＳＶ－１胸腺嘧啶激酶）以及免疫刺激基因。其中以腺病毒携带ｐ５３的临床进展最为迅速。 2.肿瘤基因治疗的最新现状分析 2.1诱导抗肿瘤免疫反应 肿瘤细胞由于抗原性太弱而逃避了机体免疫系统对其的追杀〔2〕，病毒可以利用其他种类病原体或体细胞的病态面结构，例如癌症肿瘤细胞呈现出特殊的蛋白结构，免疫系统通常就是利用这个来识别肿瘤细胞的，该特殊的蛋白结构称为肿瘤标记物（tumor marker）[3]。我们可以制造出可识别肿瘤标记物的单克隆抗体，这样就可以检测到肿瘤的大小和位置，以便提出更好的治疗方案。 单克隆抗体加上细胞毒素药物就是“百发百中的魔弹”在这个领域取得的第一个成就就是使用人鼠嵌合性（rituximad）单克隆抗体，这种抗体经过遗传修饰，可以专门针对非霍奇金淋巴瘤[4]（NHL 淋巴系统的恶性肿瘤，可以侵袭身体各个部位，例如淋巴结、脾脏、胸腺组织、腺体组织、扁桃体或髓） 到目前为止，已有30万名患者采用利妥昔单克隆抗体（rituximad）,利妥昔单克隆抗体是一种由实验室合成的靶向特异性抗体，其特异性表面抗原在90%的非霍奇金B细胞淋巴瘤可见，该抗原被称为CD20, 利妥昔特异性的与表面携带CD20抗原的细胞发生作用，通过多种机制结合到细胞上，激活机体免疫系统杀死细胞。利妥昔仅仅攻击表面携带CD20的细胞，对其他细胞无害。 利妥昔是一种人源性重组抗体（humanized recombinant antibody）它与CD20相结合的可延展的“手”来自免疫小鼠，而其余部分（约90%）来源于人类，这是为什么利妥昔不被免疫系统识别为异物而诱发免疫反应的原因。 此外也可以通过体外培养患者的肿瘤细胞，将HLA相关基因导入细胞内产生HLA抗原的表达[5]，抑制或避免免疫逃避现象的产生。 2.2 原癌基因与抑癌基因的研究 抑癌基因功能的丧失和某些癌基因的过表达是肿瘤发生分子水平上的主要原因，诸多实验表明，肿瘤是一种细胞周期病，是一种或多种细胞周期因子调节失控所造成的[6]。 在众多抑癌基因中，p16基因是另一个研究较多的抑癌基因。因其对细胞周期G1期有特异性调节作用，又称多肿瘤抑制基因1（Multiple tumor supperssor 1, MTS-1）, INK4a（Inhibitor of cyclin dependent kinase (CDK)4）。正常情况下，P16与细胞周期素D（Cyclin D）竞争CDK4、CDK6，抑制它们的活性，使其一系列底物(如Rb)保持持续去磷酸化高活性，而不能解除pRb对转录因子E2F等的抑制，从而阻止细胞G1期进入S期，直接抑制细胞增殖。相反，当p16基因发生异常改变时，细胞增殖失控导致其向癌变发展。 为了探讨p16与p21、p53之间的协同作用，有人将Ad-p16和Ad-p21分别和同时导入肺腺癌细胞系Anip973(高转移潜能)和AGZY83-a 中(低转移潜能)，发现虽然p16也能抑制癌细胞的生长，但统计学上无明显作用，然而当与p21共同转染后的癌细胞抑制效果非常显著，克隆形成很少。Ghaneh等将Ad-p53与Ad-p16转染到5种前列腺癌细胞中，发现无论体内、体外，或在体、离体均发现，与单独治疗相比，两者联合可诱发大量的肿瘤细胞凋亡，肿瘤细胞生长严重受到抑制。除了与其他抑癌基因共同转染外，还有很多p16与其它基因疗法合用的研究报道，如Wang等就设计了将p16与GM-CSF共同导入肿瘤细胞，效果也非常理想。 因此，p16作为一种新型的抑癌基因，有很多优点，如可特异地阻抑CDK4或CDK6，与恶性肿瘤的联系更加广泛，抑癌机理比较明确，较之间接作用的p53，p16基因对细胞周期有肯定的直接作用。而且p16基因相对分子量较小（只有444bp），仅为p53的1/4, 易于基因治疗的操作。所以，其在肿瘤的研究领域以及基因治疗方面的作用倍受瞩目。 2.3 利用RNA干扰因子治疗 近几年来，随着人类基因组计划研究的深入，一种RNA干扰[7]（利用一小段双链RNA导入人体或其他哺乳动物的细胞中，是特定的基因表达沉默）在基因治疗的研究中显示了良好的应用前景 该方法有望与基因治疗或基因药物的研制，现至少已有20多个制药公司正在利用siRNA技术进行基因治疗或基因药物的研制。例如，德国Ribopharma公司根据人类黑色素瘤基因序列合成了25bp长的siRNA来抑制肿瘤基因的表达，现已投入临床实验，而且证明低剂量的siRNA即能有效。目前该产品已获得欧洲专利[7]。 3. 肿瘤基因治疗的问题与展望 基因治疗作为一种崭新的治疗手段，为攻克癌症带来了希望，从理论上说应该效果是很理想，但在实际应用中，还有很多问题有待解决。如（1）外源基因的表达效率问题。虽然在外源基因上游克隆了强有力的启动子和增强子，导致在细胞体外培养时，转入的外源基因得到很高的表达，但将细胞移植到体内后，外源基因的表达显著下降，有些基因表达甚至下降了1500余倍。其中具体的机理尚不清楚；（2）外源基因表达调控问题。目前试验性基因治疗都是以外源基因持续表达进行治疗的，但由于精确的基因调控机制所知甚少，因此治疗基因还不能做到按需开关；（3）在处理多系统基因紊乱过程中基因治疗的作用远未阐明；（4）基因治疗另一个潜在的风险是反转录病毒载体是随机地将外源基因插入宿主基因组，如果插入不当可能会破坏另一个基因表达或激活其它基因；另外在实验操作时有可能将辅助病毒污染重组病毒，造成病毒在宿主体内大量扩增。虽然基因治疗在临床上对部分肿瘤显示出较好的抗癌、抑癌作用，但是所使用的均是寿命较短的细胞，病人需要重复输入外源基因的细胞，致使医疗费用过高，难以普及，且其长期疗效和不良作用尚不清楚。因此，选择适宜的靶细胞以使基因治疗效果得以长期维持，一劳永逸地解决肿瘤治疗问题是基因治疗的发展方向。 在后基因组时代各种肿瘤基因治疗都有各自的策略。如日本对治疗胃癌及美国对乳腺癌均提出了各自治疗方案等。目前基因治疗重点有以下几个方面：（1）联合基因治疗（2）增强肿瘤的免疫反应（3）修复细胞周期中因肿瘤抑制基因丧失或癌基因激活而造成的细胞DNA损伤（4）自杀基因治疗，基因标记研究与在基因治疗中对正常组织的保护等。在这些热点研究中，联合基因治疗及自杀基因与其它疗法联合应用为重中之重，因为这不但符合肿瘤发生发展的规律，而且也弥补了单基因、单一疗法应用的不足。因此认识到肿瘤发生的复杂性及机体在此过程中千变万化的状态，选择适合的治疗方式，从多方面入手，达到几种治疗方式的相辅相成，或建立治疗的个体化方案，才能使目前的基因治疗具有突破性的发展，基因治疗才能真正用于临床，造福于肿瘤患者。 参考文献：[1] 杨业华 马正强 张天真 赵光波 《基因的分子生物学》（M） 高等教育出版社 北京 2008年1月 256~275页 [2] 季静 王罡 《生命科学与生命技术》（第二版）（M）科学出版社 北京 2010年1月 179页 [3] (德)莱因哈德*伦内贝格 (主译:杨毅 陈慧 王建美) 《Biotechnologie fur Einsteiger》 (M) 科学出版社 北京 2009年3月 158页 [4] <美>·T·弗里德曼 J·罗西 （殷勤伟译） 《Gene Transfer》 Delivery and Expression of DNA and RNA a Laboratory Manual (M) 科学出版社 北京 2008年11月 [5] 杨吉成 周建华 盛伟华 郝思国 《细胞工程》（M） 化学工业出版社 北京 2008年1月 343页 [6] 王修智 赵彦修 林育真 《生命玄机》（M） 山东科学技术出版社 山东 2007年4月 349页 [7] 吴庆余 高上凯 《生命科学与工程》（M） 高等教育出版社 北京 2009年12月 261~262页