基因与生活课程论文基因治疗的发展及前景的研究

1、暨暨 南南 大大 学学 本科生课程论文本科生课程论文 论文题目：论文题目： 基因治疗的发展及前景的研究基因治疗的发展及前景的研究 学学 院：院： 国际商学院国际商学院 学学 系：系： 专专 业：业： 金融学金融学 课程名称：课程名称： 基因与生活基因与生活 学生姓名：学生姓名： 邓伟雄邓伟雄 学学 号：号： 2012052080 指导教师：指导教师： 熊江霞熊江霞 2013 年年 6 月月 30 日日 基因治疗的发展及前景的研究基因治疗的发展及前景的研究.1 RESEARCH OF DEVELOPMENT AND PROSPECTS IN GENE THERAPY.1 1.基因治疗的含义及历史

2、基因治疗的含义及历史.2 1.1.基因治疗的含义.2 1.2.基因治疗的历史渊源.2 2.全球基因治疗临床试验情况全球基因治疗临床试验情况.3 2.1.临床方案.3 2.2.临床不良反应.3 2.3.最新临床研究.3 3.基因治疗存在的问题和策略基因治疗存在的问题和策略.4 3.1.存在的问题.4 3.1.1.基因导入系统缺乏靶向性与效率.4 3.1.2.逆转录病毒载体的潜在危险性.4 3.1.3.体内的转录调控机理认识局限.4 3.2.应对策略与思路探索.5 3.2.1.基因转运系统.5 3.2.2.对疾病的认识.5 3.2.3.新思路的探索.5 4.我国基因治疗的进展及现状我国基因治疗的进

3、展及现状.6 4.1.起步与设想.6 4.2.实践与成果.6 5.基因治疗的现状与展望基因治疗的现状与展望.6 5.1.理论基础和技术进步.6 5.2.关注焦点与广阔市场.7 参考文献参考文献.7 1 基因治疗的发展及前景的研究基因治疗的发展及前景的研究 摘要摘要：基因治疗是一种新的治疗手段，可以治疗多种疾病，包括癌症、遗传性疾病、感染 性疾病、心血管疾病和自身免疫性疾病。癌症基因治疗是基因治疗的主要应用领域。过 去几年里，全球基因治疗临床试验取得了很大的进步。实际上，基因治疗也遇到了很多 困难。未来，基因治疗的主要目标是发展安全和高效的基因导入系统，它们能将外源遗 传物质靶向性地导入到特异的

4、细胞。本文主要综述基因治疗所取得的突出进展、所遇到 的困难和发展前景。 关键词关键词：基因治疗 临床试验 导入系统 安全 高效 Research of development and prospects in gene therapy Abstract： Gene therapy is a new treatment, which can treat many diseases, including cancer, genetic diseases, infectious diseases, cardiovascular diseases and autoimmune diseases. Ca

5、ncer gene therapy is a major application in gene therapy areas. Over the past few years, the global gene therapy clinical trials has made great progress. In fact, gene therapy also encountered many difficulties. In future, gene therapys main objective is the development of safe and efficient gene de

6、livery system, which can import exogenous genetic material into the targeting specific cell. This article mainly reviews the outstanding progress the gene therapy achieved, difficulties it encountered and its development prospects. Key words： Gene therapy clinical trials delivery system safe efficie

7、nt 从 1989 年发现疾病相关基因癌基因，到 2006 年发现 RNA 干扰( RNAi) 控制基因信息流机制以及 2007 年发明了基因靶向技术，再到 2009 年发现端粒与端粒 酶从基因角度诠释了衰老癌变的内因。这些成果无不凸显了人类疾病中对疾病基因干 2 预治疗在生物医学领域和临床研究应用的重大意义。进入 21 世纪以来，人类与基因的 关系越来越密切，2009 年 Science 杂志公布的年度十大科学进展中，基因治疗位列其 中，其在遗传病治疗中具备的巨大潜力得到了肯定。基因治疗已经成为当代生命科学 中最有前景的研究方向之一1。 1. 基因治疗的含义及历史基因治疗的含义及历史 1.1

8、. 基因治疗的含义基因治疗的含义 基因治疗是指通过操作遗传物质来干预疾病的发生、发展和进程，包括替代或纠 正人自身基因结构或功能上的错乱，杀灭病变的细胞或增强机体清除病变细胞的能力 等，从而达到治病的目的。它是随着 DNA 重组技术的成熟而发展起来的，它被认为是 医学和药学领域的一次革命，是当今生物医学发展最重要的里程碑之一，同时也必将 对传统制药业产生深远影响和冲击。 随着 DNA 双螺旋结构的发现和以 DNA 重组技术为代表的现代分子生物学技术的 发展，以及人类对疾病认识的不断深入，越来越多的证据表明，多种疾病与基因的结 构或功能改变有关，因而人类萌生了从基因水平治疗疾病的念头和梦想。 1

9、.2. 基因治疗的历史渊源基因治疗的历史渊源 早在 1968 年，美国科学家迈克尔 布莱泽在新英格兰医学报上发表了“改变 基因缺损：医疗美好前景”的文章，首次在医学界提出了基因疗法的概念。 自 1980 年至 1989 年，从学术界到宗教、伦理、法律各界，对基因治疗能否进入 临床存在很大争议。直到 1989 年美国才批准了世界上第一个基因治疗临床试验方案， 当然这不是一个真正意义上的基因治疗，而是用一个示踪基因构建一个表达载体，了 解该示踪基因在人体内的分布和表达情况。 到了 1990 年，美国 NIH 的 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，

10、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，促使世界各国都掀起了基因治疗的研究热潮。 2000 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(商 品名：今又生)正式推向市场，这是全球基因治疗产业化发展的里程碑2。 2. 全球基因治疗临床试验情况全球

11、基因治疗临床试验情况 3 2.1. 临床方案临床方案 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，但目前全球的基因治疗临床方案大多数处于/ 期临床试验 阶段，其中期临床方案有 624 个， / 期 204 个，期 131 个， / 期 11 个， 期 17 个。总的来说，在基因治疗基础研究和临床试验及产业化各个领域，美国均领 先于世界，其临床方案有 66 2 个，占世界上总数的 67%。 2.2. 临床不良反应临床不良反应 美国亚利桑那州在对严重联合免疫缺陷病患者进行基因疗法临床试验当中，发生 了严重的免疫反应，导致有遗传性肝病的患

12、者 Jesse Gelsinger 于 1999 年死亡，从此以 后，基因疗法研究在美国一蹶不振，但是在英国和法国等国家依旧照常开展。 2002 年法国 8 名 SCID-X1 患者受试者的病情从基因转导治疗中获得改善，但其 中 4 名患者最终患上了 T 细胞性白血病。有 3 例是由于研究人员将病毒载体整合入 LMO2 基因或该基因的邻近片段意外激活原癌基因 LMO2 导致的。 伦敦大学儿童健康研究所对 X1 型重症联合免疫缺陷受试者进行逆转录病毒转导 的自体造血干细胞治疗，10 名受试者中 1 位患上 T 细胞性白血病。 2007 年 7 月美国马里兰州一位 36 岁的患有关节炎的妇女在一项

13、基因疗法临床实 验中死亡，从而引发了全国上下对所有采用腺相关病毒所进行的临床实验的安全性重 新审查。基因输入人体引发免疫反应，以及可能与其他原有基因或细胞相互作用仍是 需要关注的问题。 2.3. 最新临床研究最新临床研究 目前，科学家们把焦点集中在基因治疗的传递系统上，美国 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3。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。 同时，针对 VEGFR、HCV 和 HER2

14、 基因 mRNA 的 ribozyme 也都进入了临床治 疗， ribozymes 治疗着色性的视网膜炎( RP) ，增生性视网膜透明症( PRV) ，抵抗 BACE( -secretase) 治疗 Alzheimer 疾病，及对 EGFR、ALK、PKC 治疗肿瘤等 均取得快速进展。RNAi 技术是一项非常有效、高度特异的 mRNA 水平上的转录后基 因沉默技术。尽管进入 III 期临床的 Bevasirananib 的治疗效果低于对照药物而终止， 其研究仍在快速发展。 还有，pre-mRNA 干预能更有效地抑制疾病基因表达，成为关注焦点之一。转录 组研究表明人类 90% 以上的基因的 mR

15、NA 都是通过 pre-mRNA 可变剪接产生，基于 pre-mRNA 进行的基因治疗也已经成为新的研究重点。 4 3. 基因治疗存在的问题和策略基因治疗存在的问题和策略 如果我们冷静、公正地去审视这十几年来在基因治疗研究领域所取得的成绩，我 们不得不承认其中还存在一些问题，如基因导入系统缺乏靶向性，病毒载体的安全性 问题，特别是遗传病基因治疗的载体要求更高；在临床应用中出现过的一些问题，曾 导致基因治疗被公众质疑，被中止临床应用。因而发展可控性、安全性与有效性于一 体的新型载体系统是当今及未来的研究方向。 3.1. 存在的问题存在的问题 基因治疗的发展经历了“乐观与热情失望与怀疑理性与挑战”

16、的过程，这是 符合事物发展规律的。目前，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： 3.1.1. 基因导入系统缺乏靶向性与效率基因导入系统缺乏靶向性与效率 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4。 3.1.2. 逆转录病毒载体的潜在危险性逆转录病毒载体的潜在危险性 目前针对遗传性疾病的基因治疗方案大

17、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。 3.1.3. 体内的转录调控机理体内的转录调控机理认识局限认识局限 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。但目前还达不到这一目标，其主要原因是：现 有的基因导入载体容量有限，不能包容全基因或完整的调控顺序，同时人们对导入的 基因在体内的转录调控机理的认识有限。 目前全世界范围内的科学家都在不同层面上对这些问题进行

18、深入研究。基因治疗 发展方向拟以改善和优化基因导入系统的靶向性和效率、构建新的基因定点整合载体、 提高原位纠错效率，以及分离克隆新的表达调控元件和构建可控性表达载体为切入点， 研究和解决这些关键问题。这些研究不仅将大幅度地提高基因治疗的疗效，还为基因 治疗的最后成功铺平道路。 5 3.2. 应对策略与思路探索应对策略与思路探索 目前基因治疗体系还存在许多基础性的问题。这些问题针对不同的疾病有所不同, 普遍的问题仍然是载体方面, 而对疾病的深入认识以及探索新的思路也是重要的问题。 3.2.1. 基因转运系统基因转运系统 腺病毒载体滴度高、转导效率高、且可感染多种分裂和非分裂相的细胞, 因此适用

19、于体内转导。腺病毒载体存在的主要问题是免疫原性较强。如何降低其免疫原性, 策略 主要有:剔除更多乃至全部( 无内脏载体) 的病毒结构基因，阻断免疫激活的共刺激信 号和加用免疫抑制剂5。 另一个方向是改造腺病毒外膜蛋白纤维, 以进一步提高其转导的效率和靶向性。逆 转录病毒载体具有较低的免疫原性, 并能整合, 且外源基因的表达时间较长。其主要缺 点是滴度低、体内转导效率低、且不能转导非分裂相细胞,只适用于体外转导。 非病毒载体系统主要有阳离子脂质体、裸 DNA、DNA 聚合体、基因枪、电脉冲 转移。非病毒载体系统免疫原性较低, 安全可靠, 并适于大规模生产, 在需要外源基因 短暂表达的方案中具有其

20、优势,并广泛应用于各种 DNA 疫苗的研制中。非病毒载体缺 点是体内转导效率低, 靶向性差, 基因表达时间短。 目前还未有理想的载体能全面满足基因治疗的需要, 今后还应继续加强载体的研究。 应根据不同疾病的特点及不同治疗的需要, 对载体的选择应有所不同, 从而使不同的载 体发挥其不同的优势。 3.2.2. 对疾病的认识对疾病的认识 在加强对载体开发和改造的同时, 还应进一步加强对疾病的认识。已获得初步疗效 的临床试验均对疾病发病机理比较明确, 转移靶基因确定, 如血友病 B、SCID-X、下肢 缺血和 p53 缺陷的肿瘤等。因此, 进一步加深对疾病发病机理的认识, 加强病毒与细胞 相互作用的深

21、入了解, 以找到攻击疾病的中心靶点, 发现更为有效的治疗基因和开发更 为理想的基因转运载体。 3.2.3. 新思路的探索新思路的探索 基因治疗应用最多的载体是病毒载体, 且均为无复制能力的病毒载体。但目前尤其 在肿瘤的基因治疗中, 再高的病毒滴度可能也无法满足转导全部肿瘤细胞的要求。在此 情况下,具有复制能力的病毒载体能使基因在体内从一维形式的转导变为多维形式的转 导, 从而大大提高了基因转导的效率, 并从理论上有可能转导全部的肿瘤细胞, 应是今 后肿瘤基因治疗研究的方向之一6。 当然, 如何通过内源和外源途径严密控制病毒载体的复制是应着重研究的问题, 另 外, 由病毒的复制所带来的安全性问题

22、也是不容忽视。同样, 目前遗传性疾病的基因治 疗主要是采用基于正常基因 cDNA 的增补( supplement) 疗法, 这种策略必然要面临着 转移基因的靶向性、表达的调控性以及载体的安全性等问题。 随着研究的不断深入, 利用小分子的寡核苷酸将基因的突变位点进行定向修复( targeted repair)已成为可能。基因在原位得以修复的策略, 使基因的表达依然受内源调 控元件的调控, 与传统的辅助基因治疗的策略相比将是根本性的转变。有研究表明, 利 用 RNA/ DNA 嵌合寡核苷酸可有效定点修复基因的点突变, 体内平均效率可达 20% 左右, 并具有累积效应, 显示了很好的应用前景。 6

23、4. 我国基因治疗的进展及现状我国基因治疗的进展及现状 4.1. 起步与设想起步与设想 我国是世界上较早开展基因治疗临床试验的国家，基因治疗基础研究和临床试验 基本与世界同步。早在 20 世纪 70 年代，吴旻院士就对遗传性疾病等的防治提出了基 因治疗的问题。1985 年，他再次撰文指出基因治疗的重要目标是肿瘤。1995 年基因 治疗被立为重大项目，本着“有所为、有所不为”的原则，我国将研究的重点放在基 因治疗尚未解决的技术关键上，同时有选择地进入临床试验，对血友病 B、人恶性脑 胶质瘤等 7 个基因治疗方案和 10 余种产品或方案进行临床试验。 4.2. 实践与成果实践与成果 复旦大学从 1

24、987 年就开展了血友病 B 的基因治疗研究，1991 年，对两例血友病 B 患者进行基因治疗特殊临床试验，这也是我国第一个基因治疗临床试验方案。之后， 我国对单基因遗传病、恶性肿瘤、心血管疾病、神经性疾病、艾滋病等多种人类重大 疾病开展了基因治疗基础和临床试验研究。上海交通大学肿瘤研究所利用 TK 基因转 移治疗脑恶性胶质瘤是当时国内首先进入临床试验的肿瘤基因治疗方案。我国在心血 管基因治疗方面也取得了一定进展，VEGF 治疗梗塞性心血管病和用人肝细胞生长因 子基因治疗病理性瘢痕也取得了重大进展，其中 VEGF 治疗梗塞性心血管病在北京安 贞医院进行了特殊临床试验，这是我国第一个批准进入临床

25、研究的心血管疾病基因治 疗方 案，也是继美国之后第二个开展心血管疾病基因治疗临床试验的国家。 深圳赛百诺基因技术有限公司从 1998 年开始进行重组腺病毒 p53 抗癌注射 液的临床试验，至 2003 年完成了全部临床试验，于 2004 年 1 月获得我国 SFDA 批 准的新药生产批文(商品名“今又生”)。目前，我国已经有 7 8 项基因治疗方案进入 了临床试验阶段，并建立了国家“8 63”计划生物领域病毒载体研发基地，主要开展腺 伴随病毒载体研发和产业化。另外，还有 56 项基因治疗临床方案正在向国家 SFDA 申请临床试验批文，2030 项研究已完成或正在进行临床前试验，20 个左右项目

26、进入 了中试研究阶段，大多数基因治疗研究都具有创新性7。 5. 基因治疗的现状与展望基因治疗的现状与展望 5.1.5.1.理论基础和技术进步理论基础和技术进步 基因治疗具有理论基础和良好前景。所有疾病的发生都与一定的遗传因素相关， 一些家庭成员接连几代人都会罹患诸如肠癌、躁狂抑郁、阿茨海默氏病、心脏病、糖 尿病等疾病，而这些患者的某一个或多个基因上存在着共同的遗传异常。以目前的医 疗水平，有多达 4000 多种遗传性疾病依靠传统医学不能获得有效的治疗，大多数发生 在肝脏和造血器官( 如骨髓) 。结合基因诊断技术，未来可以先评价个人患病风险，利 用基因技术提早进行预防和治疗，找到每个个体不同的致

27、病靶点，采用不同治疗，使 疾病治疗向个性化方向发展。因此，基因治疗能从根本上真正精准的治愈这些常规疗 7 法所不能解决的疾病。世界各国越来越多的设立了专门基金以支持该研究。 5.2. 关注焦点与广阔市场关注焦点与广阔市场 基因治疗目前关注的焦点主要在 DNA，基因上调和下调两种技术思路中主要以转 入野生型基因治疗，而从 DNA 水平下调基因的技术如基因剔除、基因定点突变还仅 限于实验室，三螺旋形成寡核苷酸( TFO) 和针对启动子区序列的诱骗( decoy) 序列寡 核苷酸虽然可以阻止转录因子结合启动子，但会导致同启动子下的一类基因改变，从 DNA 下调表达技术无法做到基因特异抑制，因此以基因组 DNA 为药物靶标基因失活 治疗离应用尚有较大差距。然而，从 mRNA 水平上进行的基因治疗发展更为快速。在 控制疾病基因表达的策略上，针对 mRNA 的反义技术飞速发展。反义核酸是最广泛应 用的核酸药物，采用 DNA 或 RNA 片段用载体导入或者胞内表达。 基因治疗的市场无疑是广阔的，比尔盖茨曾预言，下一个世界首富必将出现在基 因领域。从 1998 年第一个反义核酸药物 Vitravene 上市