大肠癌的基因治疗.pdf
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1、谭颖姚宇亮,林连捷郑长青中国医科大学附属第二医院辽宁省沈阳市110004项目负责人:郑长青,1 1 O004,辽宁省沈阳市,中国医科大学附属第二医院zhengchangqin9881 63com电话:02483596682收稿日期:200402一03 接受日期:20040224摘要大肠癌(colorectal cancer,cRC)是威胁人类生存的恶性肿瘤之一由于大肠癌比较适于基因治疗,因此他是目前大肠癌研究的热点问题之一基因治疗主要包括自杀基因治疗,与原癌基因和抑癌基因有关的基因治疗,免疫基因治疗和联合治疗等有些研究已经进入临床试验阶段本文介绍了大肠癌的基因治疗研究进展和存在的问题,为今后的
2、医疗科研工作提供新的思路谭颖,姚宇亮,林连捷郑长青大肠癌的基因治疗世界华人消化杂志20041 2(6):14511454http:wwwwjgnetcom1 00930791 21 451aspO引言大肠癌是威胁人类生存的恶性肿瘤之一在西方国家恶性肿瘤的发病率中居第二位,在我国居第四位目前的台疗以外科手术为主,辅以放疗和细胞毒性药物,但仍有50的患者死于复发和转移,尤其是肝脏转移极易发生由于大肠癌的一些特性使其比较适于基因治疗,临床前研究试验已获得的一些资料,证实了其安全陡,并且有些基因治疗方案已应用于I临床,本文将就大肠癌的基因治疗研究进展作简要综述1大肠癌的基因治疗111自杀基因治疗自杀基
3、因治疗又名基因介导的酶前药物治疗(gene directed enzyme prodrug therapy,GDEP,r),是一种通过目的基因的转导,将外源酶转入肿瘤细胞中,使无毒的前药在肿瘤中代谢为有细胞毒性的药物,从而杀死肿瘤细胞2_61这种基因转导主要以病毒为载体(virusdirected enzyme prodrug therapv,VDEPT)这种治疗的优点在于能够使毒性效应局限于肿瘤细胞而不累及正常细胞,如骨髓和胃肠道细胞但是通过基因转导的途径不能将所有肿瘤细胞均转染上自杀基因,而旁观者效应(bystander effect,BE)可在很大程度上弥补这一不足BE作用机制主要是毒性
4、代谢产物(或其他来自已死亡的肿瘤细胞的凋亡因子)通过缝隙连接与细胞接触被动扩散到未转染的肿瘤细胞中;也可以通过免疫反应起作用7-9】目前研究较多的是单纯疱疹病毒胸苷激酶基因更昔洛韦(herpes simplex thymidinekinaseganciclovir,HSVTGCV),大肠杆菌胞嘧啶脱氨酶基因5一氟胞嘧啶(cvtosine de帅inase5一nuomcytosine,CD5一FC)和硝基还原酶,CBl954(nitmreductaseCBl954)治疗方法112 HSv一Gcv HsvTK能够催化GCV的磷酸化,产生毒性代谢药物丙氧鸟苷三磷酸(GcVtriphosphate,G
5、cVTP),从而抑制肿瘤细胞DNA的合成其催化效应是人核酸激酶(human nucleoside kinase)的1 000倍,这使其成为GDEPT的典型实例利用HSVTKGCV系统治疗大肠癌细胞株HT一290,肿瘤细胞衰退达80以上【10】在转导了HsVTK基因的结肠癌细胞系HCT116中观察到GCV不仅对转导TK基因(TK+)的肿瘤细胞有杀伤作用,对于未转导TK基因(rrK一)的肿瘤细胞也具有杀伤作用【l”在大肠腺癌的同源鼠模型(Syngeneic murine model)上,HSVTKGCV系统可以在只有9细胞表达TK基因的基础上使cT一26肿瘤细胞完全衰退由于脂溶性GCV代谢产物不能
6、扩散人相邻的细胞,因此可能依靠旁观者效应中的缝隙连接或免疫反应发挥作用【12】动物实验表明,用表达HsVTK逆转录病毒包装细胞和结肠癌细胞接种M26小鼠,并且用GCV腹腔注射,结果发现有免疫力的小鼠的肿瘤明显消退,而在免疫抑制的无胸腺小鼠中却未发现旁观者效应,证实了在旁观者效应中免疫因素的抗肿瘤的作用”31动物实验表明1钔,Hu和HSVTKGcV联合应用将会加强对肿瘤DNA合成的抑制,减慢肿瘤的生长速度癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)在80以上的大肠癌中均有表达实验结果表明【151利用cEA基因启动子连接Hsv-TK基因,Hsv-TK基因可特异I生进入分泌c
7、EA的人类大肠癌细胞株;将其导人cB 17 ScID鼠的大肠癌肝转移模型中可发现肝转移肿瘤细胞的衰退HsVTGcV系统已进入I期临床试验阶段在局麻条件下,超声监测下,对16例大肠癌肝转移患者经皮下肿瘤内注射表达HsVTK基因的复制缺陷腺病毒载体(AdvRSVtk),经过5次逐步增量,剂量达到l1013病毒颗粒,同时静脉内注射GcV(定量)结果显示肝毒性低,只有3例患者有一过性血浆转氨酶升高,其他毒性也都是一过性的:5例患者出现发热,l例患者有血小板减少,3例患者有白细胞减少试验结果【161证明了肿瘤内注射AdvRSVtk是安全的,为将来的临床万方数据1452 ISSN 10093079 CN
8、141260R 世界华人消化杂志2004年6月1 5日第12卷第6期治疗提供了依据113 cD5一Fc cD基因存在于某些细菌和真菌体内,哺乳动物细胞内无此基因,可将毒性极低的抗真菌药物5一氟胞嘧啶(5一Fc)代谢成为治疗大肠癌最有效的化疗药物之一一5一氟尿嘧啶(5一FU)5一FU可抑制DNA合成,阻断核酸代谢途径,从而杀死肿瘤细胞有研究表明1 71,利用酵母中提取的胞嘧啶脱氨酶(yestcytosinedeaminase,vCD)将5一FC转变为5一FU的能力比从细菌中提取的胞嘧啶脱氨酶(bacterialcytosinedeminaSe,bCD)强20倍以上,从而说明真菌的CD基因疗效强于
9、细菌的CD基因CD5一FC系统的局限性在于5一FU的细胞毒性存在细胞周期依赖性在仅有2异体移植细胞表达cD基因时,肿瘤细胞明显消退,提示CD5一Fc系统存在显著的体内旁观者效应【18J利用重组腺病毒载体转染CD基因进入BALBc小鼠和MC38肝转移模型小鼠,结果发现在肿瘤细胞中目的基因的表达水平比其他器官中的表达水平高1 000一10 000倍=160,P00001),给予前药5一FC以后,大肠癌肝转移小鼠的治愈率达30以上【坶】CD与uPRT(umcil phosphoribosyl transfemse)联合应用将会加速5一Fu转化成为其毒性代谢产物,加强抗肿瘤疗效【201利用具有免疫能力
10、和缺乏免疫能力(无胸腺)小鼠研究cD5一FC系统对大肠癌肝转移的治疗作用,实验显示转染cD基因的肿瘤细胞对5一Fc的敏感性比未转染的亲代细胞高120倍以上,不到5的肿瘤细胞转染CD基因并给予5一Fc治疗后可使肿瘤细胞显著减少甚至完全消退,并可在肿瘤局部见到大量CD4+、CD8+淋巴细胞和巨噬细胞浸润,这些小鼠对其他的肿瘤的抵抗力也明显增强,而在无胸腺小鼠接种按40:60比例配制的cD阳性和CD阴性肿瘤细胞,尽管给予5一FC治疗,但最终几乎所有的裸鼠均感染上肿瘤,提示免疫因素在基因治疗中的抗肿瘤作用例利用cEA基因启动子连接cD基因,使cD基因只能在分泌CEA的靶细胞中表达Cao ef a严12
11、习利用逆转录病毒为载体,分别将cEA基因调控的cD基因和单独的cD基因pcD2转移到接种大肠癌细胞的小鼠体内,结果显示使用pcD2基因注射的小鼠在大肠癌细胞和骨髓细胞内均有CD基因的表达,在给予5一FC治疗后,出现骨髓抑制现象;而接种cEA419cD基因的小鼠,仅仅在大肠癌细胞中有CD基因表达,经5一FC治疗后,大肠癌细胞完全消退,且不出现骨髓抑制现象试验结果表明应用肿瘤选择性启动子进行体内基因治疗可以确保自杀基因治疗的安全性cD5一Fc系统已进入I期临床试验阶段利用逆转录病毒为载体,对大肠癌肝转移患者进行肿瘤内注射大肠杆菌CD基因(AdGVCD10),同时口服5一FC剂量上限预计为2109病
12、毒颗粒该试验分为两组:其中一组只给予载体和前药,另一组在治疗后切除肿瘤进行组织学和分子学研究【2 31114硝基还原酶cBl954硝基还原酶能够使前药cBl954转化为具有高度毒性的两种不同功能的烷基化物,能导致细胞死亡这种效应具有非细胞周期依赖性,并存在旁观者效应【2州I临床I期cBl954的剂量试验已完成,设置了其静脉注射的安全剂量药代动力学通过对临床前模型的研究表明,充足的剂量对于CBl954的激活有重要临床意义在这项进行中的I期临床试验中,以E 1,E 3敲除的腺病毒为载体,将巨细胞病毒启动子调控的硝基还原酶基因对大肠癌肝转移的患者进行超声监控下肿瘤内注射通过用重组腺病毒转染大肠癌肝转
13、移患者,初步数据表明肿瘤内注射的安全剂量可达到110 10病毒微粒免疫组化分析表明硝基还原酶的表达与剂量有关12与原癌基因和抑癌基因有关的基因治疗大量实验证明大肠癌的发生与多个癌基因的激活或抑癌基因的失活有关,如原癌基因Kras,myc,抑癌基因p53,apc,mcc,dcc,p16等大肠癌相关的癌变异基因校正治疗的关键于在肿瘤内要存在某种基因的高表达该治疗目前主要是敲除或校正致病基因和导入正常的抑癌基因50大肠癌患者有p53变异动物试验表明【251在p53变异的大肠癌鼠模型上重新表达野生型p53可以抑制肿瘤生长提高存活率临床I期试验【261证实了经肝动脉或肿瘤内转导腺病毒为载体的p53的安全
14、性和剂量对原癌基因的过度表达,可用反义寡核苷酸或核糖酶抑制原癌基因的过度表达临床前研究【271表明Kras反义疗法是一种安全,相对无毒的治疗方法Survivin是新近发现的一种抑制细胞凋亡蛋白(inhibitor of印optosisprotein,IAP)家族成员,特异性表达于人和鼠的胚胎发育组织以及多数人类肿瘤细胞【28Survivin在结、直肠癌患者总体表达率约为532一635体外试验291表明,腺病毒介导的survivin途径能够诱导肿瘤细胞凋亡,同时不影响周围正常细胞的增生其效果优于同等条件下使用阿霉素的结果13免疫基因治疗免疫基因治疗的目的在于激活细胞介导或是抗体依赖的肿瘤特异性免
15、疫反应针对肿瘤细胞繁殖导致的免疫下调和肿瘤抗原的复杂性30。,大肠癌的免疫基因治疗主要是输入细胞因子基因及输入肿瘤相关抗原基因重组的病毒基因临床前试验32。341已证明包括IL一2,IL一4,IL一12,cMcsF,IFNY在内的一系列细胞因子的免疫增强作用I期临床试验【35。6】证实,利用痘病毒为载体的cEA肿瘤内注射3 mo,9例患者中有7例被激发cEA特异性细胞毒性淋巴细胞反应14联合治疗上述基因疗法虽然对大肠癌有一定疗效,但还不能彻底清除体内瘤细胞联合治疗是目前基因治疗的发展方向应用于大肠癌的联合基因治疗主要有:自杀基因与细胞因子基因的联合应用,自杀基因与放疗的联合应用等动物试验【37
16、。3蜘已表明自杀基因与细胞因万方数据谭颖,等大肠癌的基因治疗 1453子基因的联合应用可避免肿瘤的复发,延长动物的成活时间目前有学者【39枷1已证实自杀基因治疗肿瘤可增加肿瘤细胞对放疗的敏感性在小鼠结肠癌肝转移的动物模型上,通过重组腺病毒载体分别转导ADVRSVMIL_2基因和ADVRsVtk基因,然后给予GCV治疗结果表明分别应用IL一2基因,tk基因和二者联合治疗的肿瘤面积分别为120 mm2,25 mm2和5 mm2,并发现抗肿瘤效果的提高与IL一2介导的T细胞免疫增强有关37】在此基础上,应用HSVTK基因、IL一2基因和GMcSF基因联合治疗结肠癌肝转移的荷瘤小鼠,结果显示联合自杀基
17、因和两种细胞因子基因治疗优于tk基因与IL一2基因的联合治疗1381证实了肿瘤细胞内GMcsF的局部表达及IL一2基因的延长表达可以产生持续的抗肿瘤免疫效应,从而避免了肿瘤的复发,延长动物的成活时间利用逆转录病毒为载体转染IFN一0【基因进入大肠癌细胞COL0 201,并与5一Fu联合治疗结果表明可以提高肿瘤细胞的死亡率,诱发肿瘤细胞凋亡【4”有研究【421表明,腺病毒介导的uPRT(uracil phosphoribosyltransferase)基因转染、5一Fu与放射治疗联合作用于大范围的裸鼠皮下HT29肿瘤取得了良好的疗效已有研究在动物实验中证明自杀基因和放疗联合应用有效地治疗结肠癌将
18、接种widr细胞的裸鼠分为4组,分别用放射治疗,自杀基因(CD基因)治疗,自杀基因和放疗联合应用,5一Fu化疗和放疗联合结果表明,自杀基因(cD基因)和放射联合治疗的小鼠肿瘤消退最快,并且肿瘤细胞对放疗的敏感性增加f43 J2基因治疗风险和前景自1990年美国对ADA缺乏病患者首次应用基因治疗以来,以欧美为中心开展了各种基因治疗的临床试验,目前美国食品医药管理局(FDA)所批准实施的基因治疗方案已经超过600种,60应用于癌症的治疗3 500例患者接受了基因治疗,其中2 400例是癌症患者大肠癌的基因治疗已经从理论走向了实践,其有效性已在细胞学和动物模型上得到验证,HSVTGCv,CD5一Fc
19、体系的VDE P1方案,p53抑癌基因治疗以及某些免疫基因已进入I期临床试验阶段这些试验将验证基因治疗的有效性和安全性,并探讨其使用的剂量、途径和疗程等实际问题但大肠癌基因治疗的I临床应用仍存在很多问题,如基因转导的低效性,抗肿瘤效应的低效性,基因表达的安全j生,基因转导的靶向性,自体免疫反应,基因载体的安全性,非损伤性基因表达监控等随着这些问题的解决,大肠癌的基因治疗必将愈加完善,成为人类医治大肠癌的重要手段312参考文献Kerr DClinical deVelopment of gene therapy for colorectalcancerNnf Re口C口竹c已r 2003:3:61
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