第四十七章 基因治疗 （gene therapy）

基因治疗（gene therapy） 是指改变细胞遗传物质为基础的医学治疗。通过一定基因转移载体将正常或有治疗价值的目的基因或核酸分子导入靶细胞，从而达到防治疾病的效果。基因治疗通过携带目的基因或核酸分子的载体或遗传修饰的体细胞，在人体内产生特定的功能分子（核酸或蛋白质），实质上可以看作是导入一个具有治疗作用的给药系统，有人将基因治疗载体或体细胞称之为基因药物（gene medicine）。

基因工程药物（gene engineering drug） 是指有治疗价值的目的基因导入细菌、酵母或哺乳动物细胞或转基因动植物等宿主细胞进行表达并经分离和纯化获得蛋白质产物（包括活性蛋白质和多肽药物、重组疫苗及单克隆抗体）。

第一节 基因治疗概论 一、基因治疗类型 基因治疗按基因操作方式分为两类，一类为基因增强（gene augmentation）和基因失活（gene inactivation）。 基因增强又称基因修饰，将目的基因导入病变靶细胞或其他靶细胞，目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使原有的某些功能得以加强。 基因失活又称为基因封闭。

另一类为基因修正（gene correction）和基因置换（gene replacement），将缺陷基因的异常序列进行矫正或对缺陷基因精确地原位修复，不涉及基因组的其他任何改变。通过同源重组（homologous recombination）即基因打靶（gene targeting）技术将外源正常的基因在特定的部位进行重组，从而使缺陷基因在原位特异性修复，由于目前同源重组频率太低而无法用于临床。

基因治疗 按靶细胞类型又可分为生殖细胞（germ-line cell）基因治疗和体细胞（somatic cell）基因治疗。广义的生殖细胞基因治疗以精子、卵子、早期胚胎细胞作为治疗对象。理论上，直接对生殖细胞进行基因治疗是可行的并能彻底根除遗传病，但由于当前基因治疗技术还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，生殖细胞基因治疗仍属禁区。在现有的条件下，基因治疗仅限于体细胞，基因型的改变只限某一类体细胞，其影响也只限某个体的当代。

二、基因治疗条件 1.目的基因的准备 2.靶细胞的选择 3.基因转移的途径

第二节 基因转移方法 理想的基因治疗载体应具有以下特点： ①必须易于高滴度大规模商品化生产 ②载体的持续稳定性 ③载体的免疫惰性 第二节 基因转移方法 理想的基因治疗载体应具有以下特点： ①必须易于高滴度大规模商品化生产 ②载体的持续稳定性 ③载体的免疫惰性 ④载体的组织靶向性 ⑤载体对导入的遗传物质的大小没有限制 ⑥载体带有合适的调控序列 ⑦载体在细胞分裂中完成分裂和分泌，或者整合到靶细胞染色体特异性基因位点上 ⑧载体对分裂和未分裂细胞的感染

第三节 基因治疗应用 基因治疗起始阶段选择病种应具备的条件： ①病因已明确，且致病基因已克隆； 第三节 基因治疗应用 基因治疗起始阶段选择病种应具备的条件： ①病因已明确，且致病基因已克隆； ②致病基因cDNA长度较短，基因表达调控元件应在病毒的包装范围内； ③基因的表达调控比较简单，少量的基因表达产物就能够纠正疾病症状，过量的基因表达也不产生严重的副作用； ④基因能够在多种细胞中表达； ⑤对于 in vivo途径，基因产物最好能分泌出细胞外，并通过血液到达全身； ⑥缺陷基因的存在以及所表达的错误蛋白质对正常基因表达没有影响。

一、遗传病基因治疗 基因治疗最初设想是将具有正常功能的外源基因导入遗传病患者的细胞里取代或补充缺陷基因，使其恢复正常功能而达到治疗遗传病的目的。目前遗传病基因治疗的首选病例，是某些单基因遗传病，这是因为其缺损的基因已确定，对致病基因的结构、功能（如定位、测序、调控）及蛋白质产物等都有较深入的研究和认识。迄今遗传性疾病基因治疗临床试验已有超过十余种，如腺苷脱氨酶（adenosine deaminase，ADA）缺乏导致的重症联合免疫缺陷综合征（SCID）、家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia，FH）又称高-脂蛋白血症等。

二、恶性肿瘤基因治疗 从临床角度和肿瘤发病机制来看，理想的肿瘤基因治疗模式无非是将有突变的基因修复或用正常的基因替换即病因性基因治疗。现在常用的基因治疗策略主要包括： 免疫性基因治疗 溶瘤腺病毒基因治疗 自杀基因治疗 辅助性基因治疗

1.免疫性基因治疗 通过以下方法纠正机体肿瘤免疫的耐受状态。 ①将某些细胞因子（如IL-2、IL-4、TNF、IFN-γ、GM-CSF）的基因转染到机体免疫细胞（如TIL、LAK细胞及细胞毒淋巴细胞）中，以提高机体免疫系统对肿瘤细胞的识别和反应能力。这些细胞因子的基因治疗在一定程度上克服了细胞因子注射疗法需反复多次应用、副作用严重等缺点，疗效也有提高。肿瘤免疫细胞因子基因治疗因其简单、有效、安全，已成为肿瘤免疫基因治疗研究的最常用方法。

②由于肿瘤细胞存在功能性MHC Ⅰ类抗原和（或）共刺激信号表达不足，可以将一些与免疫识别有关的基因（如HLA、B7等）转染到体外培养的肿瘤细胞，经钴照射灭活其致瘤性后再植入肿瘤患者体内；或者将表达HLA-B7的病毒载体或质粒DNA与脂质体复合物直接注射到瘤体内，以增强肿瘤细胞对机体免疫系统的免疫原性，诱导宿主的免疫反应。

③制备肿瘤DNA瘤苗，即将编码特异抗原的基因直接注入人体，通过其在机体内的表达可以激发机体对编码抗原的免疫反应。如应用癌胚抗原（CEA）制备的肿瘤DNA瘤苗在实验中显示出一定的效果。 ④树突状细胞（dendrite cell，DC）是目前发现的功能最强的抗原提呈细胞，广泛分布于除脑以外的全身各脏器。能摄取、加工抗原，表达高水平MHC分子、共刺激分子、黏附分子，并分泌高水平Th1型细胞因子IL-12，具有很强的抗原提呈能力，可有效激发T淋巴细胞应答。用肿瘤抗原编码基因修饰DC、肿瘤mRNA刺激DC、细胞因子修饰DC等方法增强DC的抗原提呈能力是近来肿瘤免疫基因治疗研究的热点。

2.病因性基因治疗 目前肿瘤病因性基因治疗主要针对癌基因和抑癌基因，其策略是抑制、阻断癌基因的表达或者替代、恢复抑癌基因的功能。 ①针对癌基因治疗：采用反义寡核苷酸、核酶和siRNA抑制癌基因的表达有可能使肿瘤的基因表达调控回复到正常并使细胞重新分化或者诱发其凋亡（apoptosis）。 ②针对抑癌基因治疗：替代或恢复由于缺失或突变而丢失的抑癌基因（tumor suppressor gene）的正常功能是肿瘤病因性治疗的策略之一。常用于基因治疗的抑癌基因有p53、p16、p21、apc等。

旁观者效应指在用外源性自杀基因转染肿瘤细胞后，未被转染的肿瘤细胞可因邻近的少数肿瘤细胞携带有自杀基因而被前体药物杀伤。 3.溶瘤腺病毒 4.自杀基因治疗 （1）自杀基因治疗中酶和前药 （2）自杀基因的特异性控制 （3）旁观者效应（bystander effect） 5.辅助性基因治疗 6.抗血管生成基因治疗 旁观者效应指在用外源性自杀基因转染肿瘤细胞后，未被转染的肿瘤细胞可因邻近的少数肿瘤细胞携带有自杀基因而被前体药物杀伤。

（三）其他疾病的基因治疗 多基因遗传病包括临床常见的高血压、糖尿病，冠心病、神经退行性疾病等，对多基因遗传病的基因治疗主要是通过基因转移赋予细胞一个新的功能，由于多基因遗传病涉及的基因尚不完全清楚，因此难以达到根本性的治疗目的。而一些病毒感染性疾病如艾滋病的基因治疗研究已受到广泛重视，基本的战略可分为三个方面：①将艾滋病毒抗原基因导入靶细胞，激活机体的免疫系统提高对艾滋病毒的免疫能力；②在靶细胞内表达类似物（decoy）基因，目的在于降低病毒进入靶细胞的机会和降低HIV的复制增殖；③在靶细胞内表达反义核酸或者核酶，从而直接阻断HIV的复制增殖或破坏HIV基因组。

第四节 基因治疗问题和前景 基因治疗面临许多急需解决的问题： （1）提供更多可供利用的有治疗价值的目的基因 （2）设计高效的基因转移载体 第四节 基因治疗问题和前景 基因治疗面临许多急需解决的问题： （1）提供更多可供利用的有治疗价值的目的基因 （2）设计高效的基因转移载体 （3）解决基因治疗的靶向及表达调控问题 （4）基因治疗简便性 （5）充分估计导入外源基因对机体的不利影响 （6）伦理学问题

大纲要求 了解基因治疗和基因工程药物的概念 了解基因治疗方法及应用

练习题 1.什么是基因治疗？ 2.什么是基因工程药物？ 3.简述基因治疗的类型。 4.简述肿瘤免疫性基因治疗策略。

1.什么是基因治疗？ 是指改变细胞遗传物质为基础的医学治疗。通过一定基因转移载体将正常或有治疗价值的目的基因或核酸分子导入靶细胞，从而达到防治疾病的效果。

2.什么是基因工程药物？ 是指有治疗价值的目的基因导入细菌、酵母或哺乳动物细胞或转基因动植物等宿主细胞进行表达并经分离和纯化获得蛋白质产物（包括活性蛋白质和多肽药物、重组疫苗及单克隆抗体）。

3.简述基因治疗的类型 基因治疗按基因操作方式分为两类： 一类为基因增强和基因失活。 基因增强又称基因修饰，将目的基因导入病变靶细胞或其他靶细胞，目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使原有的某些功能得以加强。 基因失活又称为基因封闭。 另一类为基因修正和基因置换，将缺陷基因的异常序列进行矫正或对缺陷基因精确地原位修复，不涉及基因组的其他任何改变。通过同源重组即基因打靶技术将外源正常的基因在特定的部位进行重组，从而使缺陷基因在原位特异性修复，由于目前同源重组频率太低而无法用于临床。

4.简述肿瘤免疫性基因治疗策略 将某些细胞因子（如IL-2、IL-4、TNF、IFN-γ、GM-CSF）的基因转染到机体免疫细胞（如TIL、LAK细胞及细胞毒淋巴细胞）中，以提高机体免疫系统对肿瘤细胞的识别和反应能力 将一些与免疫识别有关的基因（如HLA、B7等）转染到体外培养的肿瘤细胞，经钴照射灭活其致瘤性后再植入肿瘤患者体内；或者将表达HLA-B7的病毒载体或质粒DNA与脂质体复合物直接注射到瘤体内 制备肿瘤DNA瘤苗 用肿瘤抗原编码基因修饰DC、肿瘤mRNA刺激DC、细胞因子修饰DC等方法增强DC的抗原提呈能力

编者：乔萍（吉林大学白求恩医学院） 陈红专（上海交大医学院）

谢谢！