肿瘤的基因治疗重新燃起的希望.pdf
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1、监压壁瘤堂盘查垫!Q笙Z旦筮!麦鲞筮Z魍鱼i翌曼堕鲤翌i型Q塑!尘g眨:型:2Q!Q:!垡:!主:盟旦:2 577专家论坛苏长青研究员,教授,医学博士。1990年至2000年在解放军八一医院全军肿瘤中心工作;2001年至2003年在第二军医大学东方肝胆外科医院从事博士后研究,师从吴孟超院士;2004年至今,在第二军医大学东方肝胆外科医院从事肿瘤发病机制及基因治疗的研究;2009年在美国Mayo Clinic以及哈佛大学医学院麻省总院(MGH)做访问学者、客座教授。兼任中国抗癌协会胆道肿瘤专业委员会委员,诊断学理论与实践和临床肿瘤学杂志杂志编委。已承担国家科技重大专项、国家自然科学基金项目、国家
2、863计划项目等10余项研究课题,先后被评为南京军区优秀中青年科技人才、九五医学科技重大贡献者和科技英才等。参编专著4部,发表SCI论文20余篇和中文核心期刊论文200余篇。肿瘤的基因治疗:重新燃起的希望木200438 上海 第二军医大学东方肝胆外科医院肿瘤基因治疗研究室 苏长青【摘要】 近年来,基因治疗取得了令人瞩目的进步,世界顶级权威杂志(Science)评出的2009十大科学突破,其中位列第七的就是基因治疗,这为我们征服肿瘤以及其他遗传性疾病带来了新的希望。本文拟从基因治疗发展历程的角度,以大量例证演绎基因治疗的辉煌与跌宕,归纳肿瘤基因治疗的成就与障碍,展望肿瘤基因治疗的发展和应用前景。
3、【关键词】肿瘤;基因治疗;载体中图分类号:R7305 文献标识码:A 文章编号:1009一0460(2010)07057707Cancer gene therapy:a rekindled hopeSU ChangqingLaboratory of Viral and Gene Therapy,Eastern Hepatobiliary Surgical Hospital&Institute,theSecond Military Medical Univenity,Shanghai 200438,China【Abstract】 Gene therapy acquired a great ach
4、ievement recentlyThe wodds top magazine,Science,appraised 10 breakthreughs of the Year 2009,in which the seventh wag gene therapyIt brings US a rekindled hope for overcoming the genetic diseases including cancerIn this review,we blowed the development course of gene therapy,exhibited its resplendenc
5、e and frustration with agreat deal of exemplifications,then concluded the advantages and obstacles of cancer gene therapyWe also figured the potential prospects of gene therapy in cancer treatment【Key Words】Cancer;Gene therapy;Vector基因治疗是指将具有正常功能的基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞,以纠正基因缺陷或者发挥治疗作用,从而达到治疗疾病目的的生物医
6、学新技术。基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病,包括遗传病(如血友病、囊性纤维病等)、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾 基金项目:国家科技重大专项课题重大新药创制资助项目(2009ZX09102-235)病(如艾滋病、类风湿等)。截至2008年10月,在基因治疗1472项临床试验的方案中,有960个方案(占652)是用于肿瘤治疗。然而,基因治疗从诞生日起,就经历了一次次辉煌与跌宕。直至2009年岁末,基因疗法在经过多年沉寂之后频频传来好消息,一系列试验的成功为基因治疗重新点燃了希望。万方数据578。 蝤鏖胜擅堂盘志2Q!Q生2旦筮!主鲞筮Z翅堕i些丝g!迦趔Q翌!Q!Q旺:坚!:垫
7、!Q:Y!:!主:Z世界顶级权威杂志(Science评出2009十大科学突破,其中位列第七的就是“基因疗法卷土重来”。本文通过对基因治疗发展历程中的种种成功与失败的分析,结合我们近年对肿瘤基因治疗的研究成果,全面阐述了基因疗法在肿瘤治疗中所发挥的重要作用和临床应用前景。1 基因治疗过去的兴衰1990年,美国国家食品药品监督管理局(FDA)正式批准了第一个基因治疗临床试验,美国国立卫生研究院(NIH)进行了世界上首次人体基因治疗的临床试验引。一名年仅4岁患有先天性腺苷脱氨酶缺乏症(adenosine deaminase deficiency,ADA)的小女孩,经过基因治疗技术导入正常的腺苷脱氨酶
8、基因,患儿的免疫能力得以提高,获得了明显的治疗效果。这项临床试验的成功是当今生物医学发展最重要的篇章。此后,世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。那一段时间,许多人认为这预示着基因治疗时代的到来。在华盛顿美国国家历史博物馆有一份DNA研究的历史档案,记载了自1943年Avery及其同事McLeod、McCarty证明DNA是生命的遗传物质以来所有发展的里程碑,清楚地显示基因治疗是当今基因生物技术最新的重要里程碑。然而,基因治疗的诞生与发展从来就不是一帆风顺的。由于最初基因治疗技术达不到预期持久稳定的治疗效果,在不断遭到质疑的同时,人们便逐渐对其丧失兴趣。1999年,美国一位患有先天性鸟氨酸转甲酰
9、酶缺陷症的18岁少年Jesse Gelsinger,在宾西法尼亚大学人体基因研究所施行基因治疗4天后死去,致使基因疗法遭受重创,人们对基因治疗的热情骤然间降至冰点b J。在人们怀疑基因治疗安全性的同时,美国FDA终止了该大学的8项正在进行中的基因治疗临床试验。但随后的调查结论证明,问题不在基因治疗本身。死者在治疗前正在发热,其用药量也明显超过FDA批准的标准且未上报。尸检和实验室检查结果表明,门静脉大剂量注射重组腺病毒激发了该例患者机体致命的免疫反应,导致多器官衰竭而死亡L4 J。这显然是主诊医师为了尽快将基因治疗推向临床而违规操作的结果,与进行的基因治疗制品本身无直接关系。由此可见,医师不恰
10、当的违规操作放大了公众业已存在对该项试验安全性的怀疑。在随后的2002年底到2003年,法国巴黎Necker儿童医院报道重症联合免疫缺陷综合征(SCID)接受基因治疗的患者中,有2例出现了类白血病样症状【5 J。这2例患儿发生类白血病的原因可能与采用的鼠白血病病毒(MLV)载体的整合位点有关,MLV插入造血干细胞染色体细胞生长启动基因LM02的启动子附近,从而导致某些细胞的失控性生长J。这次源于法国的事件经过媒体的广泛报道和渲染,又一次引发了公众对基因治疗安全性危机的大讨论。从此,人们对基因治疗的期望跌到了低谷,基因治疗临床试验受到了更严格的监管,安全示范标准比其他治疗方法设置的都要高。如果冷
11、静、公正地去审视过去二十年基因治疗研究领域所取得的成绩,我们不得不承认其中仍然存在有效性和安全性的障碍。在这种大背景下,生物技术和制药行业逐渐丧失了对基因治疗的兴趣,在一定程度上也减缓了临床的进展。其实,更深入地考虑基因治疗的得失,任何新的治疗方法都不可能没有风险。新技术、新药物在给患者带来利益的同时,也会带来包括危及生命的风险。因此,在不断完善基因治疗临床试验法则、加大监管力度的同时,人们并没有放弃基因治疗试验的努力,通过采取一系列技术对基因转移载体进行改造,使载体的安全性大大提高。逆转录病毒载体已在临床试验中应用了3000多例患者,总体上是安全的。相对于数干例正在接受基因治疗的患者来说,发
12、生不良反应的可能性足很低的,甚至低于许多目前正在进行临床试验的药物。法国ll例SCID患儿接受基因治疗后,有9例患儿生存下来,并能离开无菌病房回到家中正常生活。如果没有做基因治疗,很难想象他们会是什么结果。由此看来,基因疗法给无法治愈的疾病带来的希望,利远远大于弊。有“基因治疗之父”之称的Anderson教授呼吁继续进行基因治疗的研究:“我们必须清楚,让一些事件阻碍了基因治疗的进程,那才是最大的悲剧”。人们若期望一种新的治疗手段是完全安全的,那么未来将没有任何新的医疗手段。2基因治疗的成功与希望时至2009年,基因疗法在经过多年沉寂之后,最近频频传来好消息,一系列基因疗法试验的成功表明,该领域
13、已逐步摆脱过去失败的阴影,重新燃起新的希望。2009年岁末,科学杂志评出2009年十大科学突破,位列第七的就是“基因疗法卷土重万方数据!垣压壁瘤堂盘查至Q!Q生2旦筮!墨鲞筮Z翅堡塾i望!墼!i匦型Q望!殳殴:丛:垫!Q:!尘:!兰:盟竺:2 579来”。21 先天性黑喙症的基因治疗 先天性黑噱症(Leber,s congenital amaurosis,LCA)是一种罕见眼遗传疾病,由于一种名叫RPE65基因(调控视网膜细胞产生一种特殊的维生素A)出现变异而导致患者的视力随着年龄的增长而衰退,一些人成年后会因此失明,针对这种疾病目前尚无有效疗法。美国和英国的研究人员对黑朦症失明的志愿者施行了
14、基因疗法,将功能正常的RPE65基因通过腺相关病毒(AAV)注入患者的眼部细胞。在第一批临床试验中,12例部分失明患者的感光能力都有改善。其中4例儿童重获视力,能进行体育运动,不再需要学习辅助器材。治疗1年后,患者眼部和体内没有出现任何免疫反应剖。另一个研究小组用类似的方法使先天红绿色盲的松树猴恢复了全色视觉一J。松鼠猴控制识别红色和绿色的基因分别位于两条X染色体上,雄性松鼠猴因为只有一条X染色体,所以成了天生的红绿色盲。研究人员利用病毒载体将合成红色视蛋白的基因注入到两只雄性松鼠猴的视网膜,之后进行的色盲测试结果显示,它们辨别颜色的能力大大提高,可以分辨红色和绿色。目前两只松鼠猴已经保持这种
15、能力超过2年,并且没出现明显的副作用。22 x连锁肾上腺脑白质营养不良的基因治疗X连锁肾上腺脑白质营养不良(Adrenoleukodystrophy,ALD)是一种大脑疾病,常导致男性儿童在青春期前死亡,是由编码制造维持神经髓鞘蛋白质的ABCDl基因缺陷造成。一个法国研究小组对2例7岁男童患者旄行基因治疗,他们首先从患者的血液中分离CD34+骨髓干细胞,感染携带ABCDl基因的由艾滋病毒改造而来的慢病毒载体。在患者骨髓灭活后将细胞回输患者体内,使细胞恢复制造缺失蛋白的功能。2年后,ALD典型的渐进性脑损伤停止,神经学症状得到了改善,甚至健康的ALD蛋白仍然可以在这两例患者的血细胞中被检测到。这
16、是第一次用慢病毒做载体的临床试验,该病毒导致癌症的可能性比过去用的载体小0J。这种以慢病毒为载体改造基因纠正干细胞的治疗方式尽管取得了小范围的成功,却仍需要在更大群组的患者中进行研究,未来慢病毒载体可能会成为基因疗法的主要工具。23帕金森氏症的基因治疗2009年10月,美国最新创刊的Science Translational Medicine杂志报道,法国巴黎HenriMondor医院的科研人员在实验室中利用基因疗法给罹患帕金森氏症的短尾猴植入3个基因,促使其大脑中特定细胞分泌化学物质多巴胺。接受基因治疗后,病猴的运动能力得到极大改善,治疗效果维持了44个月,且未出现常见疗法所引起的副作用。初
17、步结果显示,这种基因疗法在动物身上是安全的卜12 J。帕金森氏症基因治疗的I期临床试验已经开始,在患者接受AAV病毒携带人芳香族左旋氨基酸脱羧酶的基因(AADC)的基因疗法后,其运动能力得到改善,效果非常令人鼓舞【13-14。不过,由于目前还有一些技术问题需要解决,这种基因疗法离临床应用仍有一段距离。最近,Lancet)发表了一份有关基因治疗帕金森氏病的临床报道,由美国Comell大学的Michael Kaplitt和During教授领导的实验小组完成。研究者主要探索了编码谷氨酸脱羧酶(GAD)基因导入12例帕金森氏病患者大脑中的安全性。结果表明,所有帕金森氏病患者的运动功能均明显改善15-1
18、6 J。这一报道使人们对未来帕金森氏病的基因治疗充满了希望。24其他成功的范例 有关基因治疗的研究,在2009年还有一系列重要成果。例如:Journal ofClinical Investigation)发表了美国波士顿大学医学院的研究人员用基因疗法治疗a一1抗胰蛋白酶缺乏症(alpha一1 antihypsin deficiency)引起的肺气肿的论文J,以及报道肌肉萎缩症基因疗法动物实验获得成功副;Cell报道抑制IB激酶8(IKK)基因表达可治疗肥胖引;Nature Medicine报道人类首个艾滋病病毒(HIV)感染患者的基因治疗临床试验结果,对74例HIV成人感染者实施了随机、双盲、
19、安慰剂对照的基因转换期临床试验,接受携带OZl分子的血液干细胞有效抑制了HIV病毒的复制,并且未发现与OZl相关的毒副作用J。这一系列成功的案例,将大大促进基因治疗的发展。毫无疑问,受此鼓舞,包括肿瘤在内的更多的疑难病患者将成为基因疗法的受益者,预示基因治疗前景呈现新的光明。3肿瘤的基因治疗在热衷于基因治疗同时,人们最大的期望并不是只想治疗好几个单基因缺陷症的患者,而真正的目的是要攻克人类健康的头号“杀手”肿瘤。相对于单基因缺陷症来说,肿瘤的发生是一个极为复杂的过程,有许多基因的突变会导致肿瘤的发生。万方数据580 蝤鏖旦生擅堂盘盍至Q!鱼生Z月筮!主鲞筮2翅bi翌皇丝垦!型型Q望!赶:尘:2
20、Q!Q:y尘:!主,型!:2因此,肿瘤基因疗法受到的最大挑战首先是有效基因的筛选,其次是载体安全性的控制。所选择的目的基因是否只针对癌细胞而不损害体内的正常细胞?该基因的治疗是否可被精确调控而不会引起其他遗传性改变?癌细胞是否能被全部清除?因此,随着基因导入系统的改造、表达调控元件的应用以及新的治疗基因的发现,上述问题将逐步得到解决,基因治疗将会成为恶性肿瘤治疗的重要组成部分,在肿瘤综合治疗、防止肿瘤细胞的转移与复发等方面发挥重要的作用。31抗肿瘤有效基因的筛选对肿瘤遗传性改变的深人研究,为肿瘤的基因治疗提供了更多可供利用的目的基因。根据治疗策略的不同,目的基因可选择原癌基因或肿瘤自分泌生长因
21、子及其受体基因的反义核酸、抑癌基因、免疫调节因子基因、抗血管生成因子基因、肿瘤细胞自杀基因、抗肿瘤抗体基因等。针对肿瘤细胞的遗传缺陷,我们设计转染抑癌基因p16【2lj和p53【221转移使肿瘤细胞的生长受到抑制,诱导细胞凋亡;在体外细胞学和裸鼠移植瘤实验中证实,对胃癌、肺癌具有良好的抗肿瘤效应,并且在临床前的安全性评价中未见明显的毒副作用J。针对实体肿瘤的微环境,我们构建了携带抗血管生成基因的腺病毒载体,如CanstatinJ、Endostatin25训,在多种人体肿瘤的动物模型上均能够明显抑制肿瘤微血管的生成,抑制肿瘤细胞生长,诱导细胞凋亡。为了提高宿主的抗肿瘤免疫能力,我们通过转染y干扰
22、素基因,不但使机体产生有效的免疫反应抑制肝癌细胞的生长,而且能够抑制肿瘤血管生长,诱导细胞凋亡,起到多重杀伤机制旧川。然而,目前有治疗价值的基因还是太少,通过深入细致地研究肿瘤发生的机制以及基因调控的原理,寻找和筛选更有效的基因,仍然是我们努力的方向。最近,美国芝加哥l_nyola大学的研究人员发现了一种新的治疗靶点,在皮肤鳞状上皮癌细胞中有一种蛋白激酶基因失活,当紫外线照射皮肤细胞出现DNA损伤时,蛋白激酶基因失活的细胞不能修复这种损伤而越过细胞周期的检查点,进而分裂增生为新生的癌细胞。通过基因治疗修复这种蛋白激酶的活性,有希望通过重新激活蛋白激酶基因而治疗皮肤鳞状上皮癌j。32基因转移载体
23、的安全性改造 以基因治疗常用的病毒载体为例,早期常用缺失E1区的复制缺陷型腺病毒,虽然安全性得到保障,但其在肿瘤细胞中无法复制和扩增,只对受感染细胞有效,由于无法保证每个肿瘤细胞都被病毒感染,其治疗效果有限。中国国家食品药品监督管理局(SFDA)2004年批准的世界上第一个肿瘤基因治疗药物“重组人p53腺病毒Ad-p53”即属于这类非复制型腺病毒载体。近年研制出来的条件增殖型腺病毒能在肿瘤细胞中特异性增殖复制,并释放子代病毒感染更多的肿瘤细胞,裂解和杀伤肿瘤细胞,故又称溶瘤腺病毒(onco1ytic adenovims),其早期的代表是ElB一55kD基因缺失的腺病毒Onyx-015。2005
24、年中国SFDA批准上市了世界上第一个溶瘤病毒,由上海三维生物技术公司研制的Onyx-015同类型制剂H101旧J。目前大多数溶瘤腺病毒存在肿瘤特异性不强、杀伤效率不足、缺乏感染靶向性、安全性不高等缺点。我们针对肿瘤广谱且特异的3个生物学靶标(端粒酶阳性、缺氧以及Rb信号途径异常),对溶瘤腺病毒进行一系列改造,从用人端粒酶逆转录酶基因启动子(hTERT)调控腺病毒Ela的表达枷J,到联合缺氧反应元件(HRE)调控E1b基因的表达瞄3引,最后到同时缺失E1a基因内部CR2区24个核苷酸L22。2 3|,并将抗癌基因p53插入到病毒的基因组中,使腺病毒载体对肿瘤细胞的特异性及疗效不断增加,开发出三重
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