第六章基因治疗 的临床应用 疾病的基因治疗 本章列举基因治疗的一些临床应用 如腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症、家族性 高胆固醇血症、血友病、囊性纤维变性、 恶性肿瘤、艾滋病、心血管疾病等 1腺苷脱氨酶(ADA缺乏症 1.1ADA缺乏症的分子机制 苷脱氨酶(ADA) Deoxyadenosine 缺乏症是一种重度联合免疫缺陷 症(SCID),是一种淋巴细胞没有发挥 正常作用的遗传性疾病。患者出现所有 免疫系统功能缺陷。由于免疫功能缺 陷,新生儿很容易受到各种病菌的感
第六章 基因治疗 的临床应用 疾病的基因治疗 本章列举基因治疗的一些临床应用， 如腺苷脱氨酶（ADA)缺乏症、家族性 高胆固醇血症、血友病、囊性纤维变性、 恶性肿瘤、艾滋病、心血管疾病等 1 腺苷脱氨酶（ADA)缺乏症 1.1 ADA 缺乏症的分子机制 腺 苷 脱 氨 酶 （ A D A ） 缺 乏 症 是 一 种 重 度 联 合 免 疫 缺 陷 症（SCID），是一种淋巴细胞没有发挥 正常作用的遗传性疾病。患者出现所有 免疫系统功能缺陷。由于免疫功能缺 陷，新生儿很容易受到各种病菌的感 染
大约20%的SCID是由腺苷脱氨酶 基因缺陷引起,这种酶催化腺苷和去氧 腺苷的脱氨作用。缺乏腺苷脱氨酶,去 氧腺苷累积,导致三磷酸脱氧腺苷 (dATP)浓度增加。因为dATP有阻止 核(糖核)苷酸还原酶作用,而核(糖核) 苷酸还原酶对合成所有四种脱氧核糖 核苷三磷酸所必需,所以高浓度的dATP 对细胞增殖产生毒性。结果,dATP的聚 集阻止了DNA的合成。虽然所有细胞都 有腺苷脱氨酶,此酶活性的缺失对淋巴 细胞有毒性,因为它们缺乏其他细胞所 拥有的,即能降低dAMP浓度的酶,因 此,阻止了dATP的累积。总之,腺苷 脱氨酶的缺失阻止了淋巴细胞的复制 阻止了功能性免疫系统的发挥 腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症被选为 人类第一个批准的基因治疗试验有几 个原因。首先,由单个基因的缺陷所引 起,易成功。其次,这种基因控制很简 单。再次,基因表达过量是无害的,即 腺苷脱氨酶(ADA)产生的量不需精确 控制。对此病的基因治疗试验开始于 1990年9月,两名儿童接受了治疗,取 得了令人满意的效果。 早期用来治疗患有腺苷脱氨酶 (ADA)缺乏症的病人的基因疗法是定 期给病人输入自体改良的T型淋巴细 胞 右图:图A示患儿临床症状。图 B示分子机制 1.2ADA缺乏症的实验性基因治 疗 1.3ADA缺乏症的临床基因治疗 990年,根据前期的动物实验,第 一个临床基因治疗对患有此病的儿童 来自病儿血的淋巴细胞被刺激增殖培 养。一种功能性腺苷脱氨酶cDNA用逆
大约 20%的 SCID 是由腺苷脱氨酶 基因缺陷引起，这种酶催化腺苷和去氧 腺苷的脱氨作用。缺乏腺苷脱氨酶，去 氧腺苷累积，导致三磷酸脱氧腺苷 （dATP）浓度增加。因为 dATP 有阻止 核(糖核)苷酸还原酶作用，而核(糖核) 苷酸还原酶对合成所有四种脱氧核糖 核苷三磷酸所必需，所以高浓度的 dATP 对细胞增殖产生毒性。结果，dATP 的聚 集阻止了 DNA 的合成。虽然所有细胞都 有腺苷脱氨酶，此酶活性的缺失对淋巴 细胞有毒性，因为它们缺乏其他细胞所 拥有的，即能降低 dAMP 浓度的酶，因 此，阻止了 dATP 的累积。总之，腺苷 脱氨酶的缺失阻止了淋巴细胞的复制， 阻止了功能性免疫系统的发挥。 腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症被选为 人类第一个批准的基因治疗试验有几 个原因。首先，由单个基因的缺陷所引 起，易成功。其次，这种基因控制很简 单。再次，基因表达过量是无害的，即 腺苷脱氨酶（ADA）产生的量不需精确 控制。对此病的基因治疗试验开始于 1990 年 9 月，两名儿童接受了治疗，取 得了令人满意的效果。 早期用来治疗患有腺苷脱氨酶 （ADA）缺乏症的病人的基因疗法是定 期给病人输入自体改良的 T 型淋巴细 胞。 右图 ： 图 A 示 患儿 临 床症 状。 图 B 示分子机制 1.2 ADA 缺乏症的实验性基因治 疗 1.3 ADA 缺乏症的临床基因治疗 1990 年，根据前期的动物实验，第 一个临床基因治疗对患有此病的儿童。 来自病儿血的淋巴细胞被刺激增殖培 养。一种功能性腺苷脱氨酶 cDNA 用逆
转录病毒载体运载到这些淋巴细胞中, 再将这些细胞返回到病儿体内。这种治 疗在两年期间重复了11或者12次。试 验结果显示,病毒载体成功转染淋巴细 胞,并且在治疗后继续维持功能。其中 个病儿出现了实质性改良,使其淋巴 细胞中约25%的腺苷脱氨酶表达正常。 另一个患儿的淋巴细胞未能产生足量 的腺苷脱氨酶。实验结果表明,此病的 基因治疗有一定效果,同时,需要更有 效的载体,提高转染细胞的数量并提高 转基因的生成率。 2家族性高胆固醇血症 家族性高胆固醇血症( familial hypercholesterolemia,FH是一种常染色 体显性遗传性疾病。本症的发病机理是 细胞膜表面的LDL受体缺如或异常, 导致体内LDL代谢异常,造成血浆总 胆固醇(TC)水平和低密度脂蛋白胆固 醇(LDLC)水平升高,临床上常有多部 位黄色瘤和早发冠心病。 2.1家族性高胆固醇血症的分子 机 制 因是由于肝脏表面特异性的
转录病毒载体运载到这些淋巴细胞中， 再将这些细胞返回到病儿体内。这种治 疗在两年期间重复了 11 或者 12 次。试 验结果显示，病毒载体成功转染淋巴细 胞，并且在治疗后继续维持功能。其中 一个病儿出现了实质性改良，使其淋巴 细胞中约 25%的腺苷脱氨酶表达正常。 另一个患儿的淋巴细胞未能产生足量 的腺苷脱氨酶。实验结果表明，此病的 基因治疗有一定效果，同时，需要更有 效的载体，提高转染细胞的数量并提高 转基因的生成率。 2 家族性高胆固醇血症 家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia, FH)是一种常染色 体显性遗传性疾病。本症的发病机理是 细胞膜表面的 LDL 受体缺如或异常， 导致体内 LDL 代谢异常，造成血浆总 胆固醇(TC)水平和低密度脂蛋白-胆固 醇(LDL-C)水平升高，临床上常有多部 位黄色瘤和早发冠心病。 2.1 家族性高胆固醇血症的分子 机 制 病 因 是 由 于 肝 脏 表 面 特 异 性 的 L D
I-受体数目减少或缺乏,导致肝脏对血 循环中LDL-胆固醇的清除能力下降,进 而引起血循环中LDL-胆固醇的水平升 高。根据IDL受体的数目,分为两种 类型:纯合子型家族性高胆固醇血症和 杂合子型家族性高胆固醇血症。 纯合子型家族性高胆固醇血 症临床上极其罕见,发生率仅为百万分 之一。这类患者由于LDL受体缺乏,出 生后不久,血清总胆固醇水平很高, 般在18.1~31.1毫摩尔/升之间。随 年龄的增长,可以在身体的许多部位发 生皮肤黄色瘤和肌位黄色瘤。大多数患 者在40岁以前就有严重而广泛的动脉 粥样硬化,冠状动脉、颈动脉、骼动脉、 股动脉等都会受累,甚至患儿3岁时就 死于心肌梗塞。 杂合子型家族性高胆固醇血 症临床上并不少见。这类患者LDL受体 数目仅为正常数目的一半,故其血清总 胆固醇水平较正常人明显升高,大部分 患者血清总胆固醇水平最终可达9.1 12.9毫摩尔/升,伴有皮肤黄色瘤和 肌位黄色瘤的发生。患者常常过早发生 冠心病,男性患者通常在40~50岁出 现冠心病症状,而女性患者则大约比男 性迟10年发生 右图:图A示患者临床症状,图B示 分子机制 2.2家族性高胆固醇血症实验性 基因治疗 基因疗法的早期典范是基于在体 外将自身的细胞与逆转录病毒组合修 饰,再移植到病人体内。应用该法可使 病人的肝脏内LDL受体基因再现。其方 法是:先切除一小块肝组织,灌注胶原 酶使肝细胞分离,将肝细胞与含有LDL 受体的逆转录病毒一起培养,胰蛋白酶 回收细胞,并经门静脉输入患者体内 该方法首先是在WH兔上试用成功
I-受体数目减少或缺乏，导致肝脏对血 循环中 LDL-胆固醇的清除能力下降，进 而引起血循环中 LDL-胆固醇的水平升 高。根据 I－DL 受体的数目，分为两种 类型：纯合子型家族性高胆固醇血症和 杂合子型家族性高胆固醇血症。 纯合子型家族性高胆固醇血 症临床上极其罕见，发生率仅为百万分 之一。这类患者由于 LDL 受体缺乏，出 生后不久，血清总胆固醇水平很高，一 般在 18．l～31.1 毫摩尔／升之间。随 年龄的增长，可以在身体的许多部位发 生皮肤黄色瘤和肌位黄色瘤。大多数患 者在 40 岁以前就有严重而广泛的动脉 粥样硬化，冠状动脉、颈动脉、骼动脉、 股动脉等都会受累，甚至患儿 3 岁时就 死于心肌梗塞。 杂合子型家族性高胆固醇血 症临床上并不少见。这类患者 LDL 受体 数目仅为正常数目的一半，故其血清总 胆固醇水平较正常人明显升高，大部分 患者血清总胆固醇水平最终可达 9．1～ 12．9 毫摩尔／升，伴有皮肤黄色瘤和 肌位黄色瘤的发生。患者常常过早发生 冠心病，男性患者通常在 40～50 岁出 现冠心病症状，而女性患者则大约比男 性迟 10 年发生。 右图：图 A 示患者临床症状，图 B 示 分子机制。 2.2 家族性高胆固醇血症实验性 基因治疗 基因疗法的早期典范是基于在体 外将自身的细胞与逆转录病毒组合修 饰，再移植到病人体内。应用该法可使 病人的肝脏内 LDL 受体基因再现。其方 法是：先切除一小块肝组织，灌注胶原 酶使肝细胞分离，将肝细胞与含有 LDL 受体的逆转录病毒一起培养，胰蛋白酶 回收细胞，并经门静脉输入患者体内。 该方法首先是在 WHHL 兔上试用成功
首先采用的方法是,将有LDL受体 表达的肝细胞移植入WHL兔体内。这 是将具有正常LDL受体表达的同种肝细 胞分离出来,直接注入WH兔的门静 脉或腹腔内。采用这种方法可使血浆总 胆固醇浓度下降25%,持续时间为3-4 天。10天后血浆总胆固醇浓度又遂渐回 到治疗前的水平。这一实验提示,异位 种植肝细胞(如在肝窦或腹腔)具有降 低血浆胆固醇作用。但是,这种作用持 续时间短暂。有人已注意到,若用环胞 霉素进行长期免疫抑制治疗,则移植 的肝细胞功能持续时间延长。这提示, 被移植的肝细胞LDL受体功能减低是由 于宿主对异体细胞的免疫排斥反应所 这种异体肝细胞输入法的成功支 持离体活基因治疗WH兔合理且可行。 另一种方法是:分离兔自身的肝细胞 将LDL受体基因有效地转移到肝细胞 上。这是通过将具有LDL受体表达但无 繁殖力的逆转录病毒与新分离的WHL 肝细胞一起培养,使基因转录到大多数 细胞上,重建的LDL受体活性正常。首 先从WH兔体内切下一小块肝组织 在体外培养肝细胞,将重组的人LDL受 体基因放入10-20%的正在培养的肝细 胞中,4天后回收,并移植入同源的兔 体内。移植转LDL受体的肝细胞后,可 使血浆总胆固醇浓度下降30-40%。但 是,同样作用持续短暂。在移植后短时 间内对肝组织进行分子水平分析,证实 已存在 PROVIRAL DNA(约为1/100细胞) 和重组的LDL受体(2-49%)。采用体内杂 交方法分析,发现在受体的肝门周围分 布有转LDL受体细胞。被移植的LDL受 体功能持续时间短暂,是由于其迅速被 破坏所致,这可能与机体对同源细胞或 对人LDL受体蛋白的免疫反应有关。 将基因疗法用于治疗FH已做了大 量的研究工作。已完成的临床前研究包 括如下
首先采用的方法是, 将有 LDL 受体 表达的肝细胞移植入 WHHL 兔体内。这 是将具有正常 LDL 受体表达的同种肝细 胞分离出来, 直接注入 WHHL 兔的门静 脉或腹腔内。采用这种方法可使血浆总 胆固醇浓度下降 25%, 持续时间为 3-4 天。10 天后血浆总胆固醇浓度又遂渐回 到治疗前的水平。这一实验提示, 异位 种植肝细胞(如在肝窦或腹腔)具有降 低血浆胆固醇作用。但是, 这种作用持 续时间短暂。有人已注意到, 若用环胞 霉素进行长期免疫抑制治疗, 则移植 的肝细胞功能持续时间延长。这提示， 被移植的肝细胞 LDL 受体功能减低是由 于宿主对异体细胞的免疫排斥反应所 致。 这种异体肝细胞输入法的成功支 持离体活基因治疗 WHHL 兔合理且可行。 另一种方法是：分离兔自身的肝细胞， 将 LDL 受体基因有效地转移到肝细胞 上。这是通过将具有 LDL 受体表达但无 繁殖力的逆转录病毒与新分离的 WHHL 肝细胞一起培养，使基因转录到大多数 细胞上，重建的 LDL 受体活性正常。首 先从 WHHL 兔体内切下一小块肝组织， 在体外培养肝细胞，将重组的人 LDL 受 体基因放入 10- 20%的正在培养的肝细 胞中，4 天后回收，并移植入同源的兔 体内。移植转 LDL 受体的肝细胞后,可 使血浆总胆固醇浓度下降 30-40%。但 是，同样作用持续短暂。在移植后短时 间内对肝组织进行分子水平分析，证实 已存在 PROVIRAL DNA (约为 1/100 细胞) 和重组的 LDL 受体(2-4%)。采用体内杂 交方法分析，发现在受体的肝门周围分 布有转 LDL 受体细胞。被移植的 LDL 受 体功能持续时间短暂，是由于其迅速被 破坏所致，这可能与机体对同源细胞或 对人 LDL 受体蛋白的免疫反应有关。 将基因疗法用于治疗 FH 已做了大 量的研究工作。已完成的临床前研究包 括如下: