第三章基因治疗 的策略 基因治疗的策略 从基因结构或功能缺陷到临床表 现的出现,这其间涉及到许多过程,每 一过程都可能成为疾病基因治疗的着 眼点。广义的治疗包括了凡涉及到基因 机构或功能缺陷及其后续缺陷而设计 的所有治疗方法。狭义的基因治疗仅指 针对基因结构或功能缺陷而设计的治 疗方法。 总体来说,基因治疗的策略分三种:1 药物调控基因表达;2.体细胞基因型改 善:3.对基因进行操作。以下我们分别 详述 1药物调控基因的表达 慢性肉芽肿病的γ-干扰素治 疗 慢性肉芽肿病( chronic granulomatous disease, CGD OMIM#306400)是一种Ⅹ连锁的隐性 遗传病,患儿表现为机体防御功能的障 碍而致严重的、反复发作性、致死性的 感染。病理研究表明,患者的吞噬细胞 虽然具有吞噬外来病原体的能力,却失 去杀灭被吞微生物的能力。CGD基因定 位于xp21.1,与DMD基因位点相邻, 编码了细胞色素b的重链,而细胞色素 b是氧化酶的重要组成成分。在疾病状 态下,CGD基因不能有效地形成细胞色 素b,使患者吞噬细胞中的氧化酶不能 产生超氧(O2),(O2是吞噬细胞杀 灭细菌的成分之一),从而不能有效地 杀灭细菌而发生感染。Y-千扰素是 种可以增强正常吞噬细胞氧化酶活性 的生物因子。 Ezokowitz等曾给4名
第三章 基因治疗 的策略 基因治疗的策略 从基因结构或功能缺陷到临床表 现的出现，这其间涉及到许多过程，每 一过程都可能成为疾病基因治疗的着 眼点。广义的治疗包括了凡涉及到基因 机构或功能缺陷及其后续缺陷而设计 的所有治疗方法。狭义的基因治疗仅指 针对基因结构或功能缺陷而设计的治 疗方法。 总体来说，基因治疗的策略分三种：1. 药物调控基因表达；2.体细胞基因型改 善；3.对基因进行操作。以下我们分别 详述 1 药物调控基因的表达 1.1 慢性肉芽肿病的γ-干扰素治 疗 慢性肉芽肿病（chronic granulomatous disease，CGD。 OMIM #306400）是一种 X 连锁的隐性 遗传病，患儿表现为机体防御功能的障 碍而致严重的、反复发作性、致死性的 感染。病理研究表明，患者的吞噬细胞 虽然具有吞噬外来病原体的能力，却失 去杀灭被吞微生物的能力。CGD 基因定 位于 Xp21.1，与 DMD 基因位点相邻， 编码了细胞色素 b 的重链，而细胞色素 b 是氧化酶的重要组成成分。在疾病状 态下，CGD 基因不能有效地形成细胞色 素 b，使患者吞噬细胞中的氧化酶不能 产生超氧（O2 -），（O2 -是吞噬细胞杀 灭细菌的成分之一），从而不能有效地 杀灭细菌而发生感染。γ-干扰素是一 种可以增强正常吞噬细胞氧化酶活性 的生物因子。Ezokowitz 等曾给 4 名
cGD患儿试用γ-干扰素,结果显示4 名患儿都出现了细胞色素b量、Q2产 物的增加,吞噬细胞对金黄色葡萄球菌 ( staphylococcus aureus)的杀 灭能力增强。这一现象显示,γ-干扰 素具有促进细胞色素b表达的作用,通 过这一作用,增强了氧化酶的活性而达 到治疗目的 12镰状细胞贫血的羟化尿素治 疗 由于编码血红蛋白β珠蛋白链的 基因突变而引起的镰状细胞贫血症,患 者常因为异常血红蛋白s(Hbs)的积 聚而引起溶血性贫血。另一方面,人们 知道胎儿血红蛋白-HbF(a2y2)也是 胎儿出生后输送氧气的良好载体,如果 诱使在成年期不表达的γ基因表达应 该是治疗镰状细胞贫血的思路之一。羟 化尿素( hydroxyurea)是一类抗肿 瘤药,已证明具有刺激γ珠蛋白合成的 作用。一些研究表明患者在试用羟化尿 素后,HbF的量明显增高,溶血现象显 著减少,显示出这一治疗方法的潜在价 值 from patieefoved 要2 nat it canno altered cells produce the desired protein ar hormone 8 6. The altered oonle ar● 体细胞基因型的改善 4. The altered yr 5. the cells from the patient
CGD 患儿试用γ-干扰素，结果显示 4 名患儿都出现了细胞色素 b 量、O2 -产 物的增加，吞噬细胞对金黄色葡萄球菌 （staphylococcus aureus）的杀 灭能力增强。这一现象显示，γ-干扰 素具有促进细胞色素 b 表达的作用，通 过这一作用，增强了氧化酶的活性而达 到治疗目的。 1.2 镰状细胞贫血的羟化尿素治 疗 由于编码血红蛋白β珠蛋白链的 基因突变而引起的镰状细胞贫血症，患 者常因为异常血红蛋白S（HbS）的积 聚而引起溶血性贫血。另一方面，人们 知道胎儿血红蛋白-HbF（α2γ2）也是 胎儿出生后输送氧气的良好载体，如果 诱使在成年期不表达的γ基因表达应 该是治疗镰状细胞贫血的思路之一。羟 化尿素（hydroxyurea）是一类抗肿 瘤药，已证明具有刺激γ珠蛋白合成的 作用。一些研究表明患者在试用羟化尿 素后，HbF的量明显增高，溶血现象显 著减少，显示出这一治疗方法的潜在价 值。 2 体 细 胞 基 因 型 的 改 善
就一般意义而言,体细胞基因型的 改善是通过器官、组织或细胞移植来实 现的。被移植的细胞保留有供体的基因 组,所以受者成了遗传上的嵌合体。利 用细胞移植来进行遗传性疾病的治疗 有2个一般性的特征:一是受者机体某 种蛋白质遗传性缺陷,通过供者移植 细胞的基因表达可以得到补偿;二是遗 传病患者的某一器官功能衰竭,通过器 官移植来补偿该器官的功能(如α1- 抗胰蛋白酶缺陷症患者的肝硬化),在 这种情况下,原有的器官需被切除 右图:体细胞基因疗法之 Ex vivo 从病人处收集细胞,将这些细胞在 体外培养并导入重组基因,然后将这些 在遗传上加工的细胞作为自体移植物 重新植回病人体内,达到体细胞基因型 的改善 以下就骨髓移植、肝移植和其他细 胞的移植三方面做一介绍。 2.1骨髓移植 骨髓移植( Bone marrow transplantation)是20世纪50年代逐 渐发展起来的医疗技术,是指把骨髓细 胞从一个人体内移植(一般通过静脉输 入)到另一个人体内。造血干细胞移植 是应用超大剂量化疗和放疗以最大限 度杀灭患者体内的白血病细胞,同时全 面摧毁其免疫和造血功能,然后将正常 人造血干细胞通过静脉输注到患者体 内,重建造血和免疫功能,达到治疗疾 病的目的 骨髓移植是各种血液肿瘤、再生不 良性贫血症、重度地中海型贫血症以及 些先天性免疫缺乏症或代谢性疾病 救命的根本治疗方法。近年来世界上接 受骨髓移植的病患逐年增加,显示骨髓 移植已经成为目前治疗的趋势;而因骨 髓移植所带来的病人长期存活率也大 大的增加,各种血液疾病如再生不良性
就一般意义而言，体细胞基因型的 改善是通过器官、组织或细胞移植来实 现的。被移植的细胞保留有供体的基因 组，所以受者成了遗传上的嵌合体。利 用细胞移植来进行遗传性疾病的治疗 有 2 个一般性的特征：一是受者机体某 一种蛋白质遗传性缺陷，通过供者移植 细胞的基因表达可以得到补偿；二是遗 传病患者的某一器官功能衰竭，通过器 官移植来补偿该器官的功能（如α1- 抗胰蛋白酶缺陷症患者的肝硬化），在 这种情况下，原有的器官需被切除。 右图：体细胞基因疗法之 Ex vivo 法。 从病人处收集细胞，将这些细胞在 体外培养并导入重组基因，然后将这些 在遗传上加工的细胞作为自体移植物 重新植回病人体内，达到体细胞基因型 的改善。 以下就骨髓移植、肝移植和其他细 胞的移植三方面做一介绍。 2.1 骨髓移植 骨髓移植（Bone marrow transplantation）是 20 世纪 50 年代逐 渐发展起来的医疗技术，是指把骨髓细 胞从一个人体内移植（一般通过静脉输 入）到另一个人体内。造血干细胞移植 是应用超大剂量化疗和放疗以最大限 度杀灭患者体内的白血病细胞，同时全 面摧毁其免疫和造血功能，然后将正常 人造血干细胞通过静脉输注到患者体 内，重建造血和免疫功能，达到治疗疾 病的目的。 骨髓移植是各种血液肿瘤、再生不 良性贫血症、重度地中海型贫血症以及 一些先天性免疫缺乏症或代谢性疾病 救命的根本治疗方法。近年来世界上接 受骨髓移植的病患逐年增加，显示骨髓 移植已经成为目前治疗的趋势；而因骨 髓移植所带来的病人长期存活率也大 大的增加，各种血液疾病如再生不良性
贫血症与慢性骨髓性白血病,如有适当 的供髓者,骨髓移植已有百分之八十至 九十的长期存活率,而在成人急性白血 病亦可以达到百分之五十左右的治愈 22肝移植 肝细胞移植( hepatocyte transplantation,hct)是将正常成年肝细 胞、不同发育阶段的肝细胞、肝潜能细 胞、修饰型肝细胞以及相关生长刺激因 子通过不同途径移植到受体适当的靶 位,使之定居、增殖、重建肝组织结构, 并发挥正常肝功能的肝组织工程学手 段。肝细胞体内移植技术于1993年至 今已先后在美国和日本开展,具有支持 人体肝功能时间长,能够完成肝脏的合 成、代谢及解毒功能,纠正凝血酶原活 动度、低蛋白血症和抗胰蛋白酶缺乏 稳定患者内环境的特点。1993年国际上 第一次报道了肝细胞移植在治疗慢性 重型肝炎中的应用。1998年美国通过了 人类肝细胞体内移植可作为终末期肝 病的一项有效的治疗技术,并于当年通 过了美国FDA认证。 肝细胞体内移植又称为肝细胞种 植移植,就是对获得完整正常的肝脏或 手术切下的部分肝组织,进行体外分离 纯化,将分离纯化的肝细胞植入体 恢复或重建肝功能,暂时性代谢性支持 病人等待肝脏移植或自行恢复患者的 疾病不需进行原位肝移植。肝细胞体内 移植经过20余年的基础与临床应用研 究,被证明是一项经济、有效、微创的 治疗终末期肝病和遗传性肝脏代谢性 疾病的治疗措施 致命性终末期肝病经内科治疗无 效者,以手术植入一个健康的肝脏,来 获得肝功能的良好恢复,称肝脏移植 切除病肝后,于原解剖位置上立即 植入一个新的肝脏,称原位肝移植
贫血症与慢性骨髓性白血病，如有适当 的供髓者，骨髓移植已有百分之八十至 九十的长期存活率，而在成人急性白血 病亦可以达到百分之五十左右的治愈 率。 2.2 肝移植 肝细胞移植(hepatocyte transplantation, hct)是将正常成年肝细 胞、不同发育阶段的肝细胞、肝潜能细 胞、修饰型肝细胞以及相关生长刺激因 子,通过不同途径移植到受体适当的靶 位,使之定居、增殖、重建肝组织结构, 并发挥正常肝功能的肝组织工程学手 段。肝细胞体内移植技术于 1993 年至 今已先后在美国和日本开展，具有支持 人体肝功能时间长，能够完成肝脏的合 成、代谢及解毒功能，纠正凝血酶原活 动度、低蛋白血症和抗胰蛋白酶缺乏， 稳定患者内环境的特点。1993 年国际上 第一次报道了肝细胞移植在治疗慢性 重型肝炎中的应用。1998 年美国通过了 人类肝细胞体内移植可作为终末期肝 病的一项有效的治疗技术，并于当年通 过了美国 FDA 认证。 肝细胞体内移植又称为肝细胞种 植移植，就是对获得完整正常的肝脏或 手术切下的部分肝组织，进行体外分离 纯化，将分离纯化的肝细胞植入体内， 恢复或重建肝功能，暂时性代谢性支持 病人等待肝脏移植或自行恢复患者的 疾病不需进行原位肝移植。肝细胞体内 移植经过 20 余年的基础与临床应用研 究，被证明是一项经济、有效、微创的 治疗终末期肝病和遗传性肝脏代谢性 疾病的治疗措施。 致命性终末期肝病经内科治疗无 效者，以手术植入一个健康的肝脏，来 获得肝功能的良好恢复，称肝脏移植。 切除病肝后，于原解剖位置上立即 植入一个新的肝脏，称原位肝移植
病肝连同肝后下腔静脉一并切除,植 入肝与受体肝同名管道吻合,无肝期需 建立静脉旁道转流,称为经典式原位肝 移植。 切除病肝,保留肝后下腔静脉和肝 静脉,利用供肝下腔静脉与受体肝静脉 (一般为左、中共干支)或受体下腔静 脉吻合,供肝肝下下腔静脉远端自行缝 扎,移植毕,受者下腔静脉似背驮着新 植的肝,故名背驮式原位肝移植。 目前,中国肝移植所面临的问题主 要包括:脑死亡立法滞后、经济承受能 力弱、手术时机的把握、以及器官的合 理配置和利用等方面 2.3其他细胞的移植 胰岛细胞移植治疔糖尿病 越来越多的患者在接受胰岛细胞 移植后已停止接受胰岛素注射。最新数 据显示,80%的糖尿病患者在接受胰岛 细胞植入的一年后仍然无需接受胰岛 素注射。这一成功率与全胰腺移植的成 功率相同,而且比1998-2000年的统计 数据提高了14%。 细胞移植治疗肺动脉高压 特发性肺动脉高压(PAH)是一类 病因尚未完全清楚且预后极差的恶性 肺血管疾病,其基本病理特点是肌型肺 小动脉丛样病变,血管腔逐渐闭塞,肺 动脉压进行性升高,导致右心衰竭。若 未及时诊断并积极准确干预,患者一般 在出现症状后2~3年内死亡。由于发病 机制不清,IPAH的治疗仍较为棘手。 而细胞移植的出现,则为IPAH的治疗 带来曙光。 心肌细胞移植
病肝连同肝后下腔静脉一并切除，植 入肝与受体肝同名管道吻合，无肝期需 建立静脉旁道转流，称为经典式原位肝 移植。 切除病肝，保留肝后下腔静脉和肝 静脉，利用供肝下腔静脉与受体肝静脉 （一般为左、中共干支）或受体下腔静 脉吻合，供肝肝下下腔静脉远端自行缝 扎，移植毕，受者下腔静脉似背驮着新 植的肝，故名背驮式原位肝移植。 目前，中国肝移植所面临的问题主 要包括：脑死亡立法滞后、经济承受能 力弱、手术时机的把握、以及器官的合 理配置和利用等方面。 2.3 其他细胞的移植 胰岛细胞移植治疗糖尿病 越来越多的患者在接受胰岛细胞 移植后已停止接受胰岛素注射。最新数 据显示，80％的糖尿病患者在接受胰岛 细胞植入的一年后仍然无需接受胰岛 素注射。这一成功率与全胰腺移植的成 功率相同，而且比 1998-2000 年的统计 数据提高了 14％。 细胞移植治疗肺动脉高压 特发性肺动脉高压(IPAH)是一类 病因尚未完全清楚且预后极差的恶性 肺血管疾病,其基本病理特点是肌型肺 小动脉丛样病变，血管腔逐渐闭塞，肺 动脉压进行性升高，导致右心衰竭。若 未及时诊断并积极准确干预，患者一般 在出现症状后 2~3 年内死亡。由于发病 机制不清，IPAH 的治疗仍较为棘手。 而细胞移植的出现，则为 IPAH 的治疗 带来曙光。 心肌细胞移植