基因疗法简介 梁恒岳 (上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市，200240) 摘要：随着科技的发展进步以及在基因工程上所取得的进步，通过基因层面上的技术来治疗人的疾病已经 不再是一种假设和想象。本文通过对相关文献的查阅以及对基因工程技术的了解，特别是基因工程技术基 于医疗上的发展和突破对基因疗法进行阐述。意在说明普及些关于基因治疗的知识，先关的应用及发展成 果。 关键词：基因工程：基因治疗：科普： A brief introduction of Gene Therapy Abstract:With the development of science and technology and the progress in genetic engineering, it is no longer an assumption or imagination to give people treatment through gene therapy.In this paper,by reading articles that related and consulting the knowledge on the development of genetic engineering,especially on therapy use,gene therapy is introduced.It is intended to popularize the knowledge of gene therapy related use of it and achievements. Key words:genetic engineering:gene therapy popular science: 0引言 基因工程(genetic engineering)指将一种或多种生物体（共体）的基因或基因组提取出来，或者人工 合成基因，按照人们的意愿，进行严密地设计，经过体外加工重组，通过一定的方法，转移到另一种生物 体（受体）的细胞内，使之能在受体细胞遗传并获得新的遗传性状的技术@。而基因治疗(gene therapy)), 即是将基因工程技术用于人类，将能够治疗疾病的正常基因导入人的细胞作为受体。故而基因治疗的定义 可以概括为将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。 也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某 种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。 1 基因治疗策略 基因治疗主要以两种策略达到治疗目的，第一是用正常的基因来纠正异常的基因，即在原位修复缺陷基因的 直接疗法，但目前此法存在技术瓶颈尚未实现：第二则是用正常的基因不替代致病基因，仅使正常基因表达 的间接疗法。另外就基因转移的受体细胞不同，基因治疗又有可分为生殖（种系）细胞基因治疗和体细胞 基因治疗。 1.1生殖细胞治疗 生殖细胞基因治疗(germ cell gene therapy)是指将正常的基因转移到患者的生殖细胞（精细胞、卵细胞 中早期胚胎)使其发育成正常个体。这是最理想的方法，因修复的基因可以得到遗传，故而将疾病根治并 且不会传给下一代。但是，这种靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展。基因的这种转移一般只能用显微 注射，但这样的方式效率很低，并且只适用排卵周期短而次数多的动物，难适用于人类。而人类实行基因 转移到生殖细胞，进行世代遗传会涉及伦理学的问题。因此，多不考虑人类的生殖细胞基因治疗途径。) 1.2体细胞治疗 体细胞基因治疗(somatic cell gene therapy)是指将正常基因转移到体细胞，使表达正确的基因产物， 从而达到设定的治疗目的。该方法最为理想的措施是将外源的正常基因导入细胞内染色体特定基因座位
基因疗法简介 梁恒岳 （上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市，200240） 摘要: 随着科技的发展进步以及在基因工程上所取得的进步，通过基因层面上的技术来治疗人的疾病已经 不再是一种假设和想象。本文通过对相关文献的查阅以及对基因工程技术的了解，特别是基因工程技术基 于医疗上的发展和突破对基因疗法进行阐述。意在说明普及些关于基因治疗的知识，先关的应用及发展成 果。 关键词：基因工程；基因治疗；科普； A brief introduction of Gene Therapy Abstract: With the development of science and technology and the progress in genetic engineering, it is no longer an assumption or imagination to give people treatment through gene therapy. In this paper, by reading articles that related and consulting the knowledge on the development of genetic engineering, especially on therapy use, gene therapy is introduced. It is intended to popularize the knowledge of gene therapy , related use of it and achievements. Key words：genetic engineering; gene therapy ;popular science; 0 引言 基因工程(genetic engineering)指将一种或多种生物体（共体）的基因或基因组提取出来，或者人工 合成基因，按照人们的意愿，进行严密地设计，经过体外加工重组，通过一定的方法，转移到另一种生物 体（受体）的细胞内，使之能在受体细胞遗传并获得新的遗传性状的技术 (1)。而基因治疗(gene therapy)， 即是将基因工程技术用于人类，将能够治疗疾病的正常基因导入人的细胞作为受体。故而基因治疗的定义 可以概括为将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。 也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某 种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从 DNA 水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。 1 基因治疗策略 基因治疗主要以两种策略达到治疗目的,第一是用正常的基因来纠正异常的基因，即在原位修复缺陷基因的 直接疗法,但目前此法存在技术瓶颈尚未实现；第二则是用正常的基因不替代致病基因,仅使正常基因表达 的间接疗法。另外就基因转移的受体细胞不同，基因治疗又有可分为生殖（种系）细胞基因治疗和体细胞 基因治疗。 1.1 生殖细胞治疗 生殖细胞基因治疗(germ cell gene therapy)是指将正常的基因转移到患者的生殖细胞（精细胞、卵细胞 中早期胚胎）使其发育成正常个体。这是最理想的方法，因修复的基因可以得到遗传，故而将疾病根治并 且不会传给下一代。但是，这种靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展。基因的这种转移一般只能用显微 注射，但这样的方式效率很低，并且只适用排卵周期短而次数多的动物，难适用于人类。而人类实行基因 转移到生殖细胞，进行世代遗传会涉及伦理学的问题。因此，多不考虑人类的生殖细胞基因治疗途径。(2) 1.2 体细胞治疗 体细胞基因治疗(somatic cell gene therapy)是指将正常基因转移到体细胞，使表达正确的基因产物， 从而达到设定的治疗目的。该方法最为理想的措施是将外源的正常基因导入细胞内染色体特定基因座位
确切地替换异常的基因，发挥治疗作用，同时还须减少随机插入引起基因突变的可能性。但是特定座位基 因转移，目前有很大困难。 目前，体细胞治疗方法采用的是将目的基因转移到非特定座位上，即是随机整合。只须该基因能有效表达 即能达到治疗的目的。不修复基因结构异常而是补偿异常基因的功能缺陷，这种策略易于获得成功。基因 治疗中作为受体细胞的体细胞，多采取离体的体细胞，先在体外接受导入的外源基因，在有效表达后，再 输回到体内，这也就是间接基因治疗法。 体细胞基因治疗不必矫正所有的体细胞，因为每个体细胞都具有相同的染色体。有些基因只在一种类型的 体细胞中表达，因此，治疗只需集中到这类细胞上。其次，某些疾病，只需少量基因产物即可改善症状， 不需全部有关体细胞都充分表达。， 2基因治疗方法 2.1 腺病毒载体法 目前多采用腺病毒载体法。它是用一个化学连接器即赖氨酸链(lysine chain)将DNA拴在病毒外壳上， 组成运输器，通过一个表面抗体进入细胞核，使宿主基因与治疗基因共同表达。这个新病毒载体称为腺病 毒多赖氨酸DNA复合体(adeno virus-polylysine DNA--complex)。 采用复制缺陷的腺病毒进行基因治疗有以下优点：①该病毒可感染分裂和非分裂的细胞，并能得到大 量基因产物，对神经细胞、心肌细胞等基因缺陷的纠正有特殊意义：②病毒颗粒相对稳定，并易于纯化和 浓缩，且感染力不降低：③可有效转导多种靶细胞后而少游离于细胞基因组外，并持续表达：④已用于基 因治疗的Ad5属腺病毒C亚群，无致癌性。前述的新腺病毒载体还有一大优点是可以成功地运载48000bp 的基因，而其它病毒只能运输7000p的基因。这些优点显示了腺病毒介导载体的广阔应用前景。2) 2.2 靶细胞的选择 靶细胞选择的原则有：①坚固，足以耐受处理，易于分离且便于输回体内：②有增殖优势，生命周期 长，能存活数月以上甚至年，最后可延续至病人的整个生命期：③易受外源遗传物质的转化：④在选用载 体时，目的基因表达最好具有组织特异性的细胞。 故而综上所述，目前使用得较多的是骨髓干细胞、皮肤成纤维细胞、肝细胞、血管内皮细胞和肌细胞 等。 3成果及前景 1991年，美国第一次批准了对人类进行遗传病体细胞治疗的治疗方案，该方案为将腺苷脱氨酶导入 一个4岁的患有严重的复合免疫综合症的女孩。当时采用的是反转录病毒介导的间接法，采用白细胞作 为靶细胞，经体外培养激增，10天后静脉注射回患儿体内.大约一到两个月进行一次治疗，八个月后患者体内 的腺苷脱氨酶达到了正常人水平的四分之一，且未见明显副作用。 之后，在尝试治疗人类黑色素瘤上取得了一定的效果，1992年对5例病患的治疗中，一例治愈，两 例肿瘤消退9%，两例死亡。而后基因治疗在动物实验中也陆续的取得了可喜的成果，包括帕金森症，小 肌营养不良蛋白，血友病，地中海贫血，高雪病。而最令人振奋的莫过于基因治疗在艾滋病上的突破一一 2011年11月30日，美国加州理工学院大卫·巴尔的摩教授(David Baltimore)的研究成果（论文刊登在《自 然》杂志)：实验小鼠在一次性肌肉注射含有抗体基因的病毒载体后，便可获得对HV病毒的长期免疫。如 果能将其应用于人类，则一定是振奋人心的成果。 由此可见，基因治疗用于治疗人类疾病的前景是非常可观的。 4结语 尽管目前为止得到批准进行基因治疗的病例仅120例，其中肿瘤占110例，然而遗憾的是除了黑色素
确切地替换异常的基因，发挥治疗作用，同时还须减少随机插入引起基因突变的可能性。但是特定座位基 因转移，目前有很大困难。 目前，体细胞治疗方法采用的是将目的基因转移到非特定座位上，即是随机整合。只须该基因能有效表达 即能达到治疗的目的。不修复基因结构异常而是补偿异常基因的功能缺陷，这种策略易于获得成功。基因 治疗中作为受体细胞的体细胞，多采取离体的体细胞，先在体外接受导入的外源基因，在有效表达后，再 输回到体内，这也就是间接基因治疗法。 体细胞基因治疗不必矫正所有的体细胞，因为每个体细胞都具有相同的染色体。有些基因只在一种类型的 体细胞中表达，因此，治疗只需集中到这类细胞上。其次，某些疾病，只需少量基因产物即可改善症状， 不需全部有关体细胞都充分表达。 （2） 2 基因治疗方法 2.1 腺病毒载体法 目前多采用腺病毒载体法。它是用一个化学连接器即赖氨酸链（lysine chain）将 DNA 拴在病毒外壳上， 组成运输器，通过一个表面抗体进入细胞核，使宿主基因与治疗基因共同表达。这个新病毒载体称为腺病 毒多赖氨酸 DNA 复合体（adeno virus-polylysine DNA-complex）。 采用复制缺陷的腺病毒进行基因治疗有以下优点：①该病毒可感染分裂和非分裂的细胞，并能得到大 量基因产物，对神经细胞、心肌细胞等基因缺陷的纠正有特殊意义；②病毒颗粒相对稳定，并易于纯化和 浓缩，且感染力不降低；③可有效转导多种靶细胞后而少游离于细胞基因组外，并持续表达；④已用于基 因治疗的 Ad5 属腺病毒 C 亚群，无致癌性。前述的新腺病毒载体还有一大优点是可以成功地运载 48000bp 的基因，而其它病毒只能运输 7000bp 的基因。这些优点显示了腺病毒介导载体的广阔应用前景。 （2） 2.2 靶细胞的选择 靶细胞选择的原则有：①坚固，足以耐受处理，易于分离且便于输回体内；②有增殖优势，生命周期 长，能存活数月以上甚至年，最后可延续至病人的整个生命期；③易受外源遗传物质的转化；④在选用载 体时，目的基因表达最好具有组织特异性的细胞。 故而综上所述，目前使用得较多的是骨髓干细胞、皮肤成纤维细胞、肝细胞、血管内皮细胞和肌细胞 等。 3 成果及前景 1991 年，美国第一次批准了对人类进行遗传病体细胞治疗的治疗方案，该方案为将腺苷脱氨酶导入 一个 4 岁的患有严重的复合免疫综合症的女孩。当时采用的是反转录病毒 （3）介导的间接法，采用白细胞作 为靶细胞,经体外培养激增,10天后静脉注射回患儿体内.大约一到两个月进行一次治疗,八个月后患者体内 的腺苷脱氨酶达到了正常人水平的四分之一,且未见明显副作用。 之后，在尝试治疗人类黑色素瘤上取得了一定的效果，1992 年对 5 例病患的治疗中，一例治愈，两 例肿瘤消退 90%，两例死亡。而后基因治疗在动物实验中也陆续的取得了可喜的成果，包括帕金森症，小 肌营养不良蛋白，血友病，地中海贫血，高雪病。而最令人振奋的莫过于基因治疗在艾滋病上的突破—— 2011 年 11 月 30 日，美国加州理工学院大卫·巴尔的摩教授(David Baltimore)的研究成果（论文刊登在《自 然》杂志）：实验小鼠在一次性肌肉注射含有抗体基因的病毒载体后，便可获得对 HIV 病毒的长期免疫。如 果能将其应用于人类，则一定是振奋人心的成果。 由此可见，基因治疗用于治疗人类疾病的前景是非常可观的。 4 结语 尽管目前为止得到批准进行基因治疗的病例仅 120 例，其中肿瘤占 110 例，然而遗憾的是除了黑色素
瘤外全部未能成功。其余10例单基因病，除了腺苷脱氨酶缺乏症和乙型血友病有疗效外，其余仍处于试验 阶段。然而动物实验的可喜成果鼓舞着人们努力进行着关于基因治疗在人类身上的应用。一旦实现，必然 是全人类的福音。 参考文献 [1]周选围生物技术概论高等教育出版社，2010. [2]http://www.baike.com/wiki/%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E6%B2%BB%E7%96%97 [3]htp:/baike.baidu.com/wiew/534395.htm反转录病毒 [4]人核糖体DNA打靶载体介导mda-7基因对肝癌的体外基因治疗研究生物化学与生物物理进展 -200936(11) [5]http://baike.baidu.com/view/37653.htm [6]南方周末基因疗法带来治疗艾滋病新希望20120131
瘤外全部未能成功。其余 10 例单基因病，除了腺苷脱氨酶缺乏症和乙型血友病有疗效外，其余仍处于试验 阶段。然而动物实验的可喜成果鼓舞着人们努力进行着关于基因治疗在人类身上的应用。一旦实现，必然 是全人类的福音。 参考文献 [1] 周选围 生物技术概论 高等教育出版社, 2010. [2] http://www.baike.com/wiki/%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E6%B2%BB%E7%96%97 [3] http://baike.baidu.com/view/534395.htm 反转录病毒 [4] 人核糖体 DNA 打靶载体介导 mda-7 基因对肝癌的体外基因治疗研究 生物化学与生物物理进展 - 200936 ( 11 ) [5] http://baike.baidu.com/view/37653.htm [6] 南方周末 基因疗法带来治疗艾滋病新希望 20120131