书城自然基因和转基因
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第13章 基因工程(4)

1990 年,美国NIH的弗罗伊希?埃德森(Freuch Anderson)博士开始了世界上第一个真正意义上的基因治疗临床试验,他们用ADA(腺苷酸脱氨酶)基因治疗了一位因ADA基因缺陷导致严重免疫缺损(severe combined immunodeficiency, SCID)的4 岁女孩,并获得了初步成功,章 年,法国巴黎内克尔(Necker)儿童医院利用基因治疗,使数名有免疫缺陷的婴儿恢复了正常的免疫功能,取得了基因治疗开展近十年来最大的成功。2004 年1 月,深圳赛百诺基因技术有限公司将世界上第一个基因治疗产品重组人p53 抗癌注射液正式推向市场,这应该是全球基因治疗产业化发展的里程碑。

自从1990年美国FDA正式批准第一个基因治疗临床试验以来,世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。截止到1995 年,全世界共有100 多个基因治疗临床方案,在美国NIH 主持的评估中发现真正有效的方案仅几个,从而提出必须加强基因治疗中的关键基础问题的研究,加强了对基因治疗临床试验方案的审批和监管力度。从此,基因治疗从狂热转入理性化的正常轨道,并一直在稳健地发展。据统计,截至2004 年6 月底,全世界范围内基因治疗的临床试验方案已有987 个,表明基因治疗具有良好的发展前景。

3.2.4 基因治疗的特点和发展

基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。主要表现为:

(1)基因导入系统缺乏靶向性,效率也较低。如以腺病毒为载体的p53基因转移治疗恶性肿瘤的方案中,只能直接将腺病毒注射到肿瘤局部。若静脉注射,病毒颗粒将很快被清除,真正能够到达肿瘤组织的很少,难以达到治疗效果,且增加了副作用。前面提到的第一例逆转录病毒介导ADA 基因转移成功治疗SCID 的病例,因为导入效率较低,前后经历了11 次体外转导和回输。

(2)目前针对遗传性疾病的基因治疗方案大多采用逆转录病毒载体,其插入或整合到染色体的位置是随机的,有引起插入突变及细胞恶性转化的潜在危险。而理想的基因治疗方案应该是在原位补充、置换或修复致病基因,或者将治疗基因插入到宿主细胞染色体上不致病的安全位置。

(3)理想的基因治疗应能根据病变的性质和严重程度不同,调控治疗基因在适当的组织器官内和以适当的水平或方式表达。但目前还达不到章 年3 月4 日,美国FDA组织专家讨论基因治疗安全性问题。自2000 年以来,法国巴黎内克尔医院Fischer 教授对17 名患SCID的小孩实施基因疗法,当时疗效很显著,但是在2003 年,其中2名患者出现白血病症状,目前有一个患病小孩已经死亡,现在第三个小孩也出现了白血病症状。针对章 教授的治疗方案出现严重副作用外,联邦专家提醒在美国国家心脏、肺和血液研究所利用逆转录病毒载体对42 只猴子开展的基因治疗试验,6 年后,其中一只猴子得了癌症并且已经死亡,章 已经停止了3 个与菲舍尔(Fischer) 教授临床试验类似结果的治疗方案,另外还暂时推迟了27 个基因治疗临床试验,直到他们能够确定这种导致癌症的副作用是由于特殊的环境引起的方可继续进行。目前,科学家们把焦点集中在基因治疗的传递系统上,菲舍尔(Fischer)教授的临床试验方案用的是逆转录病毒,这种病毒可以非特异性地插入到宿主细胞的基因组中,可能会导致难以预见的后果,如果插入到了一个癌基因附近,就可能引起癌症。现在很多研究者在研究新的安全、有效的基因传递系统,现在非病毒传递系统是一种很有前景的基因传递系统。

基因治疗的发展方向

目前,基因治疗领域存在的主要问题是有效性和安全性。事实上,自1995 年以来,全世界基因治疗领域的科学家们在改善基因导入系统和载体方面作了大量的努力,新思路、新技术和新方法层出不穷。目前,在基因导入载体方面出现了两大主流:一是非病毒载体系统;二是病毒载体系统。由于非病毒系统导入基因的效率相对较差,故在基因治疗临床试验中的使用率不到20%;但非病毒载体的生物安全性较好,特别是靶向性的脂质体、靶向性的多聚物,以及脂质体/ 多聚物/DNA复合物等新产品的出现,结合电脉冲、超声等新技术,明显提高了导入效率和靶向性,是今后非病毒载体发展的重要方向。病毒载体在基因治疗领域的应用最为广泛,大约70%的治疗方案采用了病毒载体,包括各种逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、疱疹病毒、痘病毒等。章 上,长期存在于宿主基因组中等特点,使之成为第一个利用病毒进行基因转移的工具。但是,重组逆转录病毒的感染和转基因药物已经走进人们的生活,利用基因治疗更多的疾病不再是一个奢望。因为随着我们对人类 本身的了解迈上新的台阶,很多疾病的病因将被揭开,药物就会设计得更好些,治疗方案就能“对因下药”,生活起居、饮食习惯都有可能根据基因情况进行调整,人类的整体康健状况将会提高,二十一世纪的医学基础将由此奠定。 利用基因,人们可以改良果蔬品种,提高农作物的品质,更多的转基因植物和动物、食品将问世,人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性,人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能,甚至改变人类的进化过程。 在认识和熟练使用遗传生物学单位基因的新近进展后,它已经为科学家去改变病人的遗传物质,以达到治病防病的目的迈向新的一步。基因治疗的一个主要目标是用一种缺陷基因的健康复制去提供给细胞。章 几百个主要健康问题受到基因功能的影响。在将来,基因治疗能被用于医治许多章 基因治疗还作为药物输送系统使用,为了做到章 当医疗治疗提高到分子水平时,药物输送使用基因治疗能节约时间减低成本。为收集大量的基因蛋白产品、提纯产品、合成药物和对病人的管理缩短了时间减少了复杂的工艺加工。 然而,基因治疗仍是处于一个新的和高度的实验阶段。被批准的试验数量是小的,今天只有少量的病人曾得到过治疗。

目前基因治疗实验的基本步骤:在目前的某些实验中,从病人的血液或骨髓中取出细胞,并在加速繁殖的实验条件下生长。然后,把需要的基因借助于不起作用的病毒嵌进细胞。选择出获得成功改变的细胞再加速繁殖,再回到病人的体内。另一种情况,脂质体(脂肪颗粒)或不起作用的病毒可被用于把基因直接输进病人体内细胞。 基因治疗的基本要求 基因治疗的潜力 基因治疗为治愈人类疾病提供了新的范例。不是通过制剂与基因产品或自身基因产品相互作用来改变疾病的表现型,而是基因治疗理论上能修正特殊基因,导致沿着简单化的管理治愈疾病。开始基因治疗是针对治疗遗传性疾病,但目前对广泛性的疾病进行研究,包括癌症、外周血管疾病、关节炎、神经变性疾病和其它后天疾病。 基因确认和克隆 即使基因治疗战略性的范围是相当多样化,成功的基因治疗也需要一定的关键的基本要素。其中最重要的要素是必须确认和克隆有关的基因。直到人类基因组计划完成,基因的有效度才被利用。但仍然等到涉及疾病的相关基因被确认和克隆出来才开始实施基因治疗战略。 转基因和基因表达一旦确认和克隆出基因,下一步必须表达出来。有关转基因和基因表达的效率属于基因治疗研究的前沿问题。最近基因治疗领域的许多争论都围绕把所希望的基因转入合适的细胞中,然后为疾病治疗获得满意的表达水平。希望将来对转基因和特殊组织基因表达的研究将在主要基因治疗试验中解决这一课题。基因治疗战略的其它认识包括:充分掌握靶点疾病的发病机理,潜在的基因治疗副作用,理解接受基因治疗的靶细胞导效率较低,外源基因随机插入,可能导致突变。

为了提高基因导入效率,近年来新建立了慢病毒载体(lentiviral vector)系统,它不仅能整合到分裂细胞DNA 中,对非分裂细胞也能整合,慢病毒载体对淋巴细胞、干细胞和多种肿瘤细胞具有较高的转导效率,因此倍受关注。此外,新建立的假型逆转录病毒载体,不依赖细胞表面的特异性受体,具有更广泛的宿主范围。此外,还必须深入研究逆转录病毒诱发癌症的机理,构建更为安全的载体。腺病毒载体是基因治疗中最常用的病毒载体,它具有包装容量较大、制备方便且易纯化和浓缩、宿主范围广、感染效率高等特点;但第一代腺病毒仍然存在许多缺点,如外源基因表达时间短、免疫原性较强、高滴度时有明显的细胞毒性等。近年来对腺病毒载体的改造非常活跃,产生了许多更安全、更有效的载体,如无病毒基因的无肠型腺病毒载体、靶向性病毒载体、复制型腺病毒等。腺相关病毒(AAV)因为不致病、宿主范围广、能够感染分裂与非分裂的细胞、能插入到宿主细胞染色体内或以染色体外串联体DNA的形式长期稳定表达等特点,被认为是目前最好的载体,在遗传病的基因治疗方面应用显示出优势,也被越来越多用于治疗恶性肿瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病以及应用于器官移植和组织工程研究。有研究发现腺相关病毒AAV8 是目前最有效的基因传递载体,可高效地将外源基因传递到肌肉和心脏。另外,利用杆状病毒作为治疗载体的研究也取得了一定的进展,杆状病毒能够整合到人体细胞中,却不能在人体细胞中复制,所以是一个不错的载体,但是,由于不能复制,治疗的时候,我们需要向细胞中导入数量非常多的病毒,这样成本很高。当然,随着杆状病毒细菌穿梭质粒研究的深入,也能为利用杆状病毒作为治疗载体带来希望。

虽然目前基因治疗刚刚起步,各项相关的原理和技术还远未完善,但是基因治疗始终是一个很有希望的领域,毕竟只有基因治疗才是很多遗传疾病的唯一治愈手段,所以,为了人类的健康,对于基因治疗,我们应该加大研究的力度,加快临床试验的部分,加强新技术的交流,促进基因治疗的整体发展。随着人类基因组的测序完成和后基因组时代的到来,更多的疾病能够更精确地定位到DNA水平上,也为我们的基因治疗提供了便利。通过生物科学家和医学工作者的不断努力,相信在不久的将来,基因工程将在治疗疾病方面发挥很大的作用,为人类的健康做出更大的贡献。

基因(DNA)在人的病因检测上也是很重要的医学手段,最近有关这方面的介绍如DNA检测有助发现宫颈癌。宫颈癌的筛查分三个阶段,脱落细胞学检测、电子阴道镜检测和组织病理学检测。其中脱落细胞学检测有三种方法:巴氏涂片、液基薄层技术(TCT)、细胞DNA倍体定量分析技术。

细胞DNA倍体定量分析技术通过对细胞核内DNA的含量进行测定,能够掌握正常细胞周期变化特性,以此及早的发现恶性增值的肿瘤细胞。检出率可从TCT的不足46%提高到95%。而传统的宫颈癌检查技术,如TCT,只有在细胞形态发生改变时才能检测出宫颈癌,会有漏诊的情况。

此外,采用DNA技术的优越性还体现在,一般妇科医师认为宫颈光滑者无需检查宫颈癌,只有出现重度宫颈糜烂才会引起重视。但是,宫颈癌前病变的发生与宫颈糜烂的程度是不成比例的(健康报,2010.01.12)。当然,最近《健康报》又有报道,为基因芯片诊断技术“限行”。只需要一滴血,你就可以预知自己是否会患上乳腺癌、高血压、阿尔兹海默症,甚至预知自己能否成为钢琴王子、舞蹈大师……近年,众多打着“预测健康”、“科学算命”旗号的基因诊断、基因检测机构涌入了人们的视线。然而,哪些机构具有基因芯片诊断的合法资质,最终的检测结果是否可信,其中的是是非非一直是困扰人们的问题。

前不久,卫生部公布了首批允许开展的临床应用第三类医疗技术,基因芯片诊断技术名列其中。随后颁布的《基因芯片诊断技术管理规范(试行)》,明确规定了哪些医院、哪些医生可以开展这一技术。

不能完全取代临床诊断项目

华南基因组研究中心主任、南方医科大学郑文岭教授认为,目前,公众对于基因芯片的认识存在误区,主要表现在两个方面:其一是认为基因芯片技术能够诊断所有的临床疾病。“实际上,对于一些传染性疾病。如乙肝病毒、艾滋病病毒等的感染,基因芯片能比传统的实验室检验更快速、更敏感地作出比较明确的诊断,但对癌症、衰老、心脑血管疾病和糖尿病等多基因改变造成的疾病,目前基因芯片只能检测人体对其易感的程度。”通俗地说,基因芯片并不能完全取代目前临床实验室诊断项目,而应被视为临床实验室诊断的补充或扩展。

第二个误解是认为基因芯片诊断技术目前还解决不了实际问题,而事实并非如此。郑文岭介绍,目前临床常用的检测手段,都是检测已存在的疾病状态,但由于基因芯片是从分子水平去检测,有可能在疾病的最早期就发现端倪。

不是所有三级医院都能开展

“基因芯片检测包括基因提取、基因标记、基因诊断等若干个步骤,丝毫的差错都会对最后的检测结果产生‘致命’的影响。”因此,目前获准开展基因芯片诊断技术的医疗机构不仅要求是三级医院,还要有卫生行政部门核准登记的医学检验科诊疗科目,有涉及生物安全的样本采集和处理的相应安全等级的实验室。而基因芯片检测人员必须是生物及医学相关专业、大学本科以上学历的本院在职人员,熟练掌握相关仪器设备的使用操作等;而基因芯片诊断人员则需有8年以上临床诊疗工作经验,具有副主任医师及以上专业技术职务任职资格等。此外,《规范》明确要求,两者都要通过基因芯片诊断技术系统培训并考核合格才能上岗。

伦理规范更重要

医学领域内的“未卜先知”,往往会让接受检测的人们陷入极大的困惑之中。一位北京的专家在接受采访时也向记者表示,在他筛查出来的病人家族中,病人表现出的不安远远超过医生的想象。有的基因存在缺陷的人终日生活在恐惧之中,时不时地要求作检查,因为他们认为自己随时有可能患上癌症;有的则不断地要求医生为自己保密,害怕自己的基因缺陷会影响婚姻,更担心会影响下一代的健康。

“因此,从某种角度讲,伦理规范比技术本身更为重要。”郑文岭介绍,《规范》明确提出,开展此项技术的医疗机构需要设有由医学、法学、伦理学等方面专家组成的基因芯片诊断技术临床应用与伦理委员会,所有基因芯片诊断技术的开展必须由其监督执行。

郑文岭表示,由于人类疾病的发生发展经历了从基因到蛋白质,再到细胞、组织的变化,最后表现在脏器层面等一系列复杂的过程,因此,基因改变作为最早期的量变,与疾病的关系并不能一一对应。也就是说,所有基因检测的结果,仅具有参考价值。 《健康报》