12.3.2 根据导入基因发生作用的方式分类

12.3.2 根据导入基因发生作用的方式分类

随着基因治疗基础研究的不断深入和技术的进步,根据导入的外源基因发生作用的方式,基因治疗的策略可分为以下几种。

1.基因置换

基因治疗的早期只涉及单基因遗传病,因此经典的基因治疗是指利用外源基因纠正细胞遗传病变的一种治疗手段。所谓基因置换(gene replacement)或基因校正,是指将特定的目的基因导入特定的细胞,通过定位重组,以导入的正常基因置换基因组内原有的基因。

基因置换的目的是纠正缺陷基因,将缺陷的异常基因序列进行矫正,对缺陷的部位进行精确的原位修复,不涉及基因的任何改变。基因置换的必要条件是:对导入的基因及其产物有详尽的了解,外源基因要有效地导入靶细胞,导入基因在靶细胞内能长期存在;导入的基因有适度的表达,基因导入的方法和所用载体对宿主细胞安全无害。

利用基因重组技术进行基因置换的实验研究已取得一些进展。实现定点整合的条件就是转导基因的载体与染色体上的DNA具有相同的序列。这样带有目的基因的载体就能找到同源重组的位点,进行部分基因序列的交换,使基因置换这一治疗策略得以实现。要实现基因置换,需要采用同源重组技术使相应的正常基因定向导入受体细胞的基因缺陷部位。定向导入的发生率约1/106,采用胚胎干细胞培养的方法,这种同源重组的检出率最高可达1/10。

2.基因添加

基因添加或称基因增补(gene augmentation),是指通过导入外源基因使靶细胞表达其本身不表达的基因。基因添加有两种类型:一是在有缺陷基因的细胞中导入相应的正常基因,而细胞内的缺陷基因并未除去,通过导入正常基因的表达产物,补偿缺陷基因的功能;二是向靶细胞中导入靶细胞本来不表达的基因,利用其表达产物达到治疗疾病的目的。

3.基因干预

基因干预(gene interference)是指采用特定的方式抑制某个基因的表达,或者通过破坏某个基因的结构而使之不能表达,以达到治疗疾病的目的。这类基因治疗的靶基因往往是过度表达的癌基因或者是病毒的基因,采用的方法主要有反义核酸技术、核酶技术和RNA干扰技术等。

4.自杀基因治疗

自杀基因治疗(图12-1)是恶性肿瘤基因治疗的主要方法之一。其原理是将“自杀”基因导入宿主细胞中,这种基因编码的酶能使无毒性的药物前体转化为细胞毒性代谢物,诱导靶细胞产生“自杀”效应,从而达到清除肿瘤细胞的目的。

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图12-1 自杀基因治疗原理示意图

5.免疫调节

免疫调节是指将抗体、抗原或细胞因子的基因导入患者体内,改变患者免疫状态,从而达到治疗和预防疾病的目的。此法可用于恶性肿瘤和感染性疾病等的防治。目前,免疫调节已应用于肿瘤、自身免疫性疾病、器官移植排斥、感染性疾病等的实验治疗,其临床试用方案绝大多数是肿瘤的基因治疗,多集中于细胞因子基因治疗的研究。此外,有关MHC、共刺激分子、抗体、抗原的免疫调节也是该领域研究的热点。这些不同途径的免疫调节原理各有特色,治疗效果各有不同,将它们综合地加以考虑而进行联合应用是该领域研究的一个发展方向。

6.基因编辑

基因编辑原理见11.4节。经历了若干次换代和革命,目前研究最多的是以CRISPR-Cas9系统为代表的第三代基因编辑技术。该技术在杜氏肌营养不良综合征、囊性纤维化、地中海贫血、血友病和酪氨酸血症等单基因遗传病的治疗研究中获得了显著的进展,也为诸多病毒感染疾病、肿瘤和其他疾病的治疗提供了新的思路。