癌症的基因治疗

癌症的基因治疗 摘 要 癌症基因治疗是依靠遗传物质基因通过某种手段导入体内或肿瘤内治疗肿瘤癌症， 达到阻止肿瘤癌症生长、转移、复发的目的。近年来的研究表明癌症的基因治疗为攻克 癌症开辟了新途径， 。因此长久以来，癌症基因治疗的研究备受人们关注。本文综述了 癌 症基因治疗策略、肿瘤靶向及癌症基因治疗在治疗癌症中的应用前景。 关键词：关键词：癌症基因治疗 治疗策略 肿瘤靶向 应用前景 ABSTRACT Cancer gene therapy is relying on certain means to trandfer genetic material gene to the body or tumor to prevent tumor cancer ftom growing, transferring, repapsing. Recent research shows that cancer gene therapy is a new way to overcome cancer. Therefore , much research concerning gene therapy for cancer has been made. In this paper, cancer gene therapy strategies, tumor targeting and the prospect in therapy of cancer gene therapy are reviewed. Key words: cancer gene therapy treatment strategy tumor targeting applications prospect 目 录 一 前言7 二 本论8 2.1 癌症基因治疗策略 8 2.1.1 免疫疗法 8 2.1.2 介导抑癌基因和诱导死亡 8 2.1.3 酶前体药物治疗 9 2.1.4 抑制肿瘤血管发生 .10 2.2 肿瘤靶向 .10 2.2.1 直接注射 .11 2.2.2 区域性传送 .11 2.2.3 肿瘤特异的载体结合 .11 2.2.4 肿瘤或组织特异性启动子 .12 2.2.5 肿瘤特异性病毒复制 .12 2.2.6 呼肠孤病毒 .13 2.3 癌症基因治疗的应用前景 .13 三 结论.14 一 前言 基因治疗（gene therapy）1是指利用分子生物学方法将人的正常基因或有治 疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞或组织中，以纠正基因的缺陷或者发 挥治疗作用，从而达到治疗疾病的一种现代生物医学新技术。尽管这项技术还处 于起步阶段，但是在一些案例中已经取得了成功。基因治疗的靶细胞主要分为两 大类：体细胞和生殖细胞。针对生殖细胞的基因治疗2，因其能引起遗传改变而 受到限制。因此，目前开展的基因治疗仅限于体细胞。 二 本论 2.1 癌症基因治疗策略 2.1.1 免疫疗法 在最初的肿瘤基因治疗的临床试验中，免疫疗法的策略使用得最为广泛3。 其成功取决于细胞表面的肿瘤特异性抗原或者肿瘤相关性抗原能否被 T 细胞识 别。实验证明肿瘤不表达免疫系统所能识别的抗原。现在，已知的肿瘤表达的 抗原种类越来越多，它们有可能用来进行治疗。 免疫疗法可以采取三种不同的路线，它们彼此之间有重叠。这三种路线是： 诱导细胞因子或者共刺激分子的表达、淋巴细胞的基因修饰和肿瘤抗原疫苗。 这个领域的许多工作者都用恶性黑色素瘤或肾脏细胞癌作为肿瘤模型，因为二 者很容易观察到宿主的免疫反应4。 2.1.2 介导抑癌基因和诱导死亡 在由于正常组织向侵入性、恶性化转化的过程中，涉及多重遗传学事件， 包括获得转化能力和丢失肿瘤抑制能力的突变。在肿瘤中检测到突变的肿瘤抑 制基因5非常多，但是用来做基因治疗研究的只有 p53 、Rb 以及细胞周期蛋 白依赖的激酶（CDK）抑制基因，如 p16 和 p21。所有这些基因都参与细胞周 期调控，其中 p53 蛋白在细胞周期过程和诱导细胞凋亡的调控中都起到关键性 作用。当应答任何潜在的细胞毒性压力如缺痒和 DNA 损伤时，p53 能够活化一 系列蛋白；从而阻止细胞从 G0/G1 进入 S 期。随后，p21 蛋白结合细胞周期蛋 白/cdk 复合物，从而阻止 Rb 蛋白的磷酸化。在细胞周期中，Rb 蛋白的磷酸化 状态是受到严格控制的。在 G1期，Rb 蛋白是去磷酸化或次磷酸化的，从 G1晚 期到 M 期的最后，Rb 是高度磷酸化的。当 Rb 蛋白处于次磷酸化的时候才行使 其主要的生长抑制功能。Rb 蛋白主要位于核基质中，在那里结合 E2F 家族转录 调节蛋白。Rb 和 E2F 的结合会将后者由转录激活子变成抑制子，而当 Rb 蛋白 磷酸化时会使二者分开，这样 E2F 就能激活一系列非常重要的调控基因。p53 还是 Blc-2 蛋白最主要的下游调控因子。Blc-2 能和前调亡蛋白 Bax 形成异源二 聚体来组织调亡。有趣的是，p53 还是 Bax 表达的强诱导物，因而在促进正常 细胞调亡的过程中起重要作用。然而在发生 p53 基因突变的肿瘤中 Bax 和 Blc- 2 的蛋白调控没有了，因而细胞无法正常调亡。 所以利用恢复野生型 p53 表达和凋亡酶激活细胞凋亡来抑制癌基因的表达。 2.1.3 酶前体药物治疗 病毒指导的酶前体药物6治疗（VDEPT）有两个基本特点。第一是将非 人源酶的编码基因通过重组病毒导入肿瘤细胞。选择这种酶的原因在于它能够 将非病毒的前体药物转变成具有细胞毒性，从而可以杀死这种细胞。在肿瘤细 胞的微环境内，让肿瘤细胞自己产生活性药物可以比全身用药获得更高的浓度， 因而可以取得根号 的治疗指数。 VDEPT 的概念来自于对抗体指导的酶前体药物治疗（ADEPT）的研究， ADEPT 是依靠针对肿瘤特异性抗原的抗体将酶本身送入肿瘤细胞。VDEPT 同 ADEPT 相比的优点在于，VDEPT 中的酶是肿瘤细胞自己产生的，而不是存在 于间隙组织中的，这样可以在细胞内产生高浓度的活性酶，能够随时结合激活 所需的共作用因子。而且 ，抗体酶共轭物固有的，免疫原性可能妨碍重复给 药。 VDEPT 的第二个重要的特征是所谓的“旁观者效应” 。这里指的是一个细 胞的活性酶可以杀死相邻的非转导的细胞，进而使我们不需要再对所有的肿瘤 细胞进行转导。就目前的载体技术来说，转导所有的肿瘤细胞显然是不现实的。 理想的酶由单一肽链组成，具有较小的分子量，而且不受转录后调控的限 制。从根本上讲，那些亚基的催化活性必须不同于任何一种人类的酶，所以现 在使用的绝大部分来自细菌和病毒。一些潜在的酶前体药物治疗的可取参数 有：前体药物相关的活性形式具有高度差别的细胞毒性，低 Km 和高 Kcat 值， 这样在任何前体药物和酶的浓度下使活性产物的产量达到最大化。前体药物及 其细胞毒形式的物理化学性质，如脂溶性，会影响到其在细胞中的分布、细胞 摄取以及旁观者杀死效应。激活的细胞毒试剂的半衰期也会影响到分布和效率： 长半衰期能使药物更均匀在肿瘤细胞内分布，但这很可能因药物扩散到血管而 被抵消，并由此增加整个机体中细胞毒药物的浓度。 2.1.4 抑制肿瘤血管发生 肿瘤血管7生成是指原发性肿瘤和转移肿瘤募集有功能的血液供给的过程， 如果没有这个过程，肿瘤结节生长的体积将不会 23mm 3。有三种基因治疗 的方法作用于抗肿瘤血管发生的治疗。第一，抑制血管生成因子如管内皮生长 因子（VEGF） ；第二，破坏血管生成因子的信号通路；第三，导入抗血管生成 的基因。还有一种相关的方法，是利用新生脉管系统来靶向其他独行基因在肿 瘤中的表达。 在体内导入翻译 VEGF 能使肿瘤消退。除了 VEGF 外，肿瘤也许还能表达 其他的血管生成因子，例如碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）这提示我们仅单 独靶向 VEGF 可能无法产生足够的靶向。采用类似于靶向 VEGF 因子的策略靶 向下游通路也有一定的希望，比如利用可溶性 KLT-1 截短的 VEGF 受体或 Tie2 的可溶性受体。Tie2 是一类内皮特异性受体酪氨酸激酶，在肿瘤血管中生 成中起一定作用。 目前已知的抗血管生成分子很多，包括血管抑素、内皮细胞抑素、血小板 反应素 1 和血小板因子 4。近期有文献报道，腺病毒导入内皮细胞抑制素到小 鼠，可以减缓小鼠体内乳腺癌和肺癌异体抑制结节的生长。同样，用腺病毒导 入蛋白酶基因，可以在肿瘤切割血纤维蛋白溶酶原产生血管抑素，导致一定程 度的裸鼠肺癌异体抑制植物生长缓慢。最后，有些研究者提出，一些其他基因 治疗方案，如野生型 p53 基因的过度表达及 IL-12 的免疫疗法，其抗肿瘤效果 是通过抗肿瘤血管生成的过程介导的。 2.2 肿瘤靶向 在任何癌症基因治疗策略中都必须考虑的最重要的一点，是如何在肿瘤细 胞使转基因靶向表达。理想的基因治疗载体必须能够达到全身给药，而且必须 将基因送达目标肿瘤细胞，在其中表达，并且在正常的、非恶性细胞中表达的 量必须最小。目前的载体技术虽然离目标还有很大差距，但人们已经开发出多 种可以使用的技术。 2.2.1 直接注射 在最初的阶段，直接将载体注射到肿瘤结节内是可能的，能生产一定水平 的肿瘤靶向。这种方法在最初的临床试验中被广泛使用，例如恶性黑色素瘤结 节以及远离原发性肿瘤的孤立转移灶，因为它可最大限度地将载体送达一个特 殊的位置，但是这种方法在临床上可用之处不是很大，因为大多数肿瘤会广泛 转移，而且直接在多处肿瘤灶进行注射显然是不切实际的。还有，有证据显示， 即时非常小心进行肿瘤内注射，部分病毒还是会泄露到全身循环系统8。 2.2.2 区域性传送 有些肿瘤在它们的自然进程中会停留在身体特定的腔内，直到晚期。例如， 卵巢癌通常会停留在腹膜腔，因而如果进行直接腹膜腔内传递载体或前体药物， 都能使药物作用到肿瘤。同样，间皮瘤是一种石棉诱导的原发性肿瘤，最常发 生在胸膜和腹膜的浆膜表面，在发病期间，它几乎会一直位于所在的位置。有 证据表明，恶性肿瘤胸膜渗出物中的软骨素硫酸蛋白聚糖能抑制逆转录病毒基 因传送，虽然用透明质酶预处理渗出物能避免这种抑制作用。还有试验表明， 在卵巢癌患者腹水中存在高效价的起中和作用的抗腺病毒抗体，在体内试验汇 总，这也可能限制了这种基因传送方法的效率。 另外一点可以利用的肿瘤细胞特性是肉眼可见的血液供给（而不是靶向性 的新生血管） 。直肠结肠癌的肝脏转移通过门脉循环到达肝脏，一旦在肝脏落脚， 就主要从肝动脉攫取血液供给，这样就可以找到一种肿瘤特异的传送途径，通 过肝动脉送达载体或药物。也有报道提到，可以通过门静脉直接注射产生逆转 录病毒的细胞，将病毒包装细胞送到实验性结肠直肠癌的肝脏转移灶。 2.2.3 肿瘤特异的载体结合 引导任何一种载体9重新定向结合的一个关键因素是找到一种特异性的细 胞表面分子，这种分子只在或重要在某种细胞表达，而且以高度的特异性及高 亲和力与已知的配体结合。目前，常用单克隆抗体技术来分离这种分子，已经 用这种方法在卵巢癌中分离到了这类分子并获得 CA125 和叶酸管结合蛋白的过 度表达。然而，分离和纯化单克隆抗体非常复杂，意味着这项技术过于繁琐。 还有，高亲和力结合并不能总是转化为有效的基因传递这一事实，也意味着在 寻找良好的靶目标的时候，目前除了反复实验外没有别的捷径可走。也许可以 采用一种不同的技术，也就是采用肽展示噬菌体，这种技术比单克隆抗体技术 筛选的更快，而且无需事先了解细胞受体的信息就可着手进行。已有相关报道， 通过筛选肽库来确定具有细胞特异性结合特性的噬菌体，已取得部分成功。 2.2.4 肿瘤或组织特异性启动子 很多肿瘤都是过度表达某种基因10的基因表达置于这些基因的转录调控区 控制之下，那么如 HSVtk 或大肠杆菌 NTR 等的表达就能被限制在肿瘤细胞中， 这样就保证了一定程度的肿瘤选择性。 已经有许多报道，使用了多种替代的启动子来驱使肿瘤或组织特异性表达， 其中包括黑色素瘤中的酪氨酸酶、乳腺癌和卵巢癌中的 MUC1。然而，一个内 在的问题是，这些启动子都不如那些组成性启动子强。 在腺病毒载体使用组织特异性的启动子的另外一个潜在的问题是，增强子 元件早期位于 E1 区域，离包装信号很近，无法从病毒基因组中切除。有报道 说，在一个第一代腺病毒载体中，这些元件已经使 c-erbB-2 启动子的组织特异 性失效。然而，利用包含牛生长激素基因终止信号的序列可以隔离启动子-转基 因盒，从而可能恢复转基因的组织特异性表达。 2.2.5 肿瘤特异性病毒复制 让病毒仅在肿瘤内而不在周边非肿瘤组织中复制，这个目标非常吸引人， 因为这可以使载体只在局部产生，进而进行更多的基因转移。这可以克服很多 目前体内基因转移效率低下的问题。如果病毒还能使所有的肿瘤细胞裂解，则 可起到双倍功效。由于这个缘故，这方面的研究重点都放在了单纯疱疹病毒和 腺病毒载体上，因为二者野生型的感染都会使细胞裂解。 2.2.6 呼肠孤病毒 能进行肿瘤特异性复制的第三种病毒是呼肠孤病毒11，它既不同于单纯疱 疹病毒也不同于以上所述腺病毒载体，人们用的是其野生型而不是缺失突变体。 它是一类普遍的双链 RNA 病毒，似乎在人体不会产生任何临床症状。然而， 在 Ras 通路激活的细胞中，呼肠孤病毒的感染会引起裂解循环，造成感染细胞 的死亡。虽然只在 30%人类肿瘤中发现有 Ras 本身的突变，而在其他的肿瘤中， 存在 Ras 激活元件突变的超过 50%。体外实验显示，用每个细胞 10 个呼肠孤病 毒颗粒的剂量来感染转化的鼠成纤维细胞和人类成胶质细胞瘤，能导致细胞的 死亡，并且使已经建立的鼠源模型肿瘤结节出现了消退。似乎这种抗肿瘤效应 并不受抗呼肠孤病毒抗体所影响。 2.3 癌症基因治疗的应用前景 癌症基因治疗的推广主要依靠生物工程与临床医学技术的发展12。基因治 疗的原理是可行的，但是如何将这些原理应用到实际治疗中仍然面临很大的困 难。目前，大多数的治疗方案仍处于临床前试验或早期的临床试验阶段，对于 它们能否最终成功尚未可知。虽然，基因治疗的第一代药剂已经进入临床，并 显示出了一定程度的疗效，但现在要对基因治疗的效果做出一个结论还为时过 早。 在基因治疗中，针对已知靶蛋白的小分子药物和抗体，可能是最有前景的 治疗药剂。对于大部分的制药公司来说，小分子药物是最传统也是最受青睐的 治疗策略。目前，已有极少的小分子药剂被批准用于癌症的治疗。小分子药物 STI-571（Gleevec）在治疗早期慢性髓细胞白血病中取得了显著疗效，这说明 一个属于小分子药剂的新时代已经来临了。但是，这些药剂的特异性、安全性 和抗药性等问题始终摆在我们面前，而且这些问题常常会被那些不熟悉药物研 发过程的研究者所低估。除此之外，抗体药剂又一次被人们所重视。相对于小 分子药剂而言，抗体在药理学和毒理学上都具有更好的属性，而且人源化的抗 体不会像病毒载体那样产生很强的免疫反应。但是，肿瘤细胞表面只有很少部 分的靶点分子可以采用抗体治疗，这也成为抗体药剂发展过程中的一个瓶颈。 三 结论 综上所述，基因治疗是一项刚刚起步的技术，尤其是在治疗恶性疾病的时 候，期望能奇迹般治愈所有类型的恶性疾病，这显然是不可能的。而可行的是， 将基因治疗与目前现有的用药方案结合起来，来治疗术后残余的疾病。要使以 后在基因治疗这项技术变为现实，进行进一步的尝试，必须有完善的设计，而 且必须有明确的科学性终点。 参考文献： 1 宋捷.基因治疗及其研究现状中学生物教学J. 中学生物学教学 2002,05:12-24. 2 宋大伟.癌症的基因治疗J.吉林师范大学学报(自然科学版) 2004,01:123-126. 3 Roth J,Cristiano R. Gene therapy for cancer: what have we done and where are we going?J.J Natl Cancer