科普--肿瘤的基因治疗
一、基因治疗概念
基因治疗是将人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以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学高技术。它针对的是疾病的根源--异常的基因本身。目前，基因治疗有二种形式：一是体细胞基因治疗，正在广泛使用；二是生殖细胞基因治疗，能引起遗传改变而受到限制。
基因治疗与目前常规治疗方法不同。目前对疾病的治疗针对的是因基因异常而导致的各种症状，而基因治疗针对的是疾病的根源：异常的基因本身。
二、基因治疗要素
基因治疗是一个生物医学高技术密集的领域，它应用了分子生物学、分子遗传学、分子病毒学、细胞生物学等学科最新研究成果，来治疗那些目前尚无好的治疗方法的顽疾。尽管基因治疗的技术复杂，方法多样，但它的组成要素不外乎三个：
第一个要素是目的基因或治疗用基因，今年完成的人类基因组计划，其任务之一就是为基因治疗建立一个庞大的基因库，为各种疾病的治疗提供源源不断的有用基因。
第二个要素是携带基因进入细胞内表达的载体，包括病毒载体和非病毒载体。病毒载体中又分腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒载体等；非病毒载体包括脂质体、磷酸钙、基因枪等。
第三个要素就是靶细胞。治疗基因只有通过靶细胞才能发挥作用。
三、基因治疗对象
自从1990年美国国立卫生研究院（NIH）和其下属重组DNA顾问委员会（RAC）批准了美国第一例临床基因治疗申请以来，基因治疗已从单基因遗传病扩展到多个病种范围，主要有：
1. 恶性肿瘤：肿瘤的发生是由于化学毒物、射线等环境因素诱发细胞的基因调控异常所致的疾病，通常伴有多种基因的改变。恶性肿瘤是危害人类健康最为严重的疾病之一。它不仅给人们的精神上造成极大痛苦，并给社会造成巨大的经济负担。因此，恶性肿瘤长期以来一直是医学界关注的焦点、力图攻克的难关。至1999年上半年，全世界已有380个基因治疗临床草案，其中百分之七十为肿瘤基因治疗。
2. 心血管疾病：随着人们生活水平的提高，心血管疾病的死亡率逐年增高。随着研究的不断深入，人们发现心血管疾病是一种多基因遗传病。心血管病的基因治疗越来越引起人们的关注，成为继肿瘤基因治疗之后的又一热点。
3. 其他：如遗传病，AIDS，类风湿等。
四、基因治疗策略
近年来，由于医学的进步，诊断和治疗的水平不断提高，从前严重威胁人类生命的一些疾病，如天花、霍乱、鼠疫、结核等传染病已渐趋绝迹或基本得到控制，发病率大幅度下降，而与此相比，一些同遗传因素密切相关的人类遗传性疾病在发病率和死亡率中所占比例日益突出，对人类本身的危害也更为明显。特别是一些严重的遗传性疾病，例如重型地中海贫血等，往往使现代医学亦束手无策。虽然产前诊断，早期人工流产是使家庭避免养育严重的基因疾患后代的好方法，但仍然不能认为是处理遗传病的完善措施，基因治疗才是人类征服遗传性疾病最有希望的手段。
很多学者投入了基因治疗的研究工作，各自提出自己的方案，因此目前基因治疗的策略也是多种多样的。概括起来大致分为以下6种：
1．基因置换：用正常的基因原位替换致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常。这是最理想的基因治疗方法，但目前的技术水平尚难达到。
2．基因修复：纠正致病基因的异常部分，正常部分保留，最终使致病基因完全恢复。
3．基因修饰又称基因增补：将目的基因导入病变细胞或其它细胞，表达产物能加强或纠正缺陷细胞的功能。这种治疗方法中，缺陷基因仍然存在。目前的基因治疗多采用这种方式。
4．基因失活：利用反义技术特异地封闭基因表达特性，抑制有害基因的表达，达到治疗疾病的目的。如利用反义RNA、核酶或核酸等抑制一些癌基因的表达，抑制肿瘤细胞的增殖，诱导肿瘤细胞的分化。用此技术还可封闭肿瘤细胞耐药基因的表达，增加化疗效果。
5．免疫调节：将抗体、抗原或细胞因子的基因导入患者体内，改变免疫状态，达到预防和治疗疾病的目的。如将白细胞介素-2导入肿瘤病人体内，提高IL-2的水平，激活体内免疫系统的抗肿瘤活性，达到防治肿瘤的目的。
6．其它：增加肿瘤细胞对放疗或化疗的敏感性，给予前体药物的方法减少化疗药物对正常细胞的损害。如向肿瘤细胞中导入单纯疱疹病毒胸苷激酶基因，然后给予无毒性的GCV药物，由于只有含HSV-TK基因的细胞才能将CGV转化成有毒的药物，因而肿瘤细胞被杀死，而对正常细胞无影响。
不管策略如何，其治疗方法有二种，即基因工程细胞置入法（In vitro）和基因直接导入法(In vivo)。前者是从患者体内取出有基因缺陷的细胞进行培养，利用基因转移进行遗传修正，然后将修正后的细胞进行选择和培养，通过移植的方法再转入患者体内。基因工程细胞置入法的临床实际应用存在一定困难，产业化生产的可能性小。后者是将具有治疗功能的基因直接导入病人的靶细胞中。基因直接导入法的临床应用方便，产业化生产可行。
五、基因导入系统
外源基因自己不能主动进入细胞，欲进入细胞内必须借助一定的技术方法。通常把基因治疗中将治疗基因导入细胞内的运载工具称作基因转移系统或"载体（vector）"。分为病毒载体和非病毒载体两大类。
1．病毒载体
人的病毒作为一种生物经过亿万年的进化，对人的细胞具有自然的感染力。以人工改造的病毒DNA作为基因进入细胞的运输工具称为病毒载体，能与细胞的表面受体的相互识别把外源基因转入靶细胞内。病毒具有一些独特的性质如多数病毒可感染特异的细胞，在细胞内不易降解等，因此病毒载体是良好的基因转运体。
目前已被用作载体的病毒有腺病毒、反转录病毒（包括HIV病毒）、腺相关病毒、疱疹病毒（包括单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒）等。大多数野生型病毒对机体都具有致病性，因此需对其改造后才能用于人体。如腺病毒，它是线性双链DNA无包膜病毒，有50多种血清型，绝大多数能引起人类的呼吸道感染。基因治疗采用的腺病毒载体来源于血清5型或者2型腺病毒（弱毒株），经改造去除了原有病毒部分非必需基因。切除改造的目的除确保病毒载体的安全性外，并获得了插入外源基因的空间。
2．非病毒载体
主要指脂质体，它与基因可形成脂质体/DNA复合物。靠物理方法或化学方法转移入细胞，转移效率甚低。
六、基因治疗优势
基因治疗和基因工程都着眼于有治病或有其他应用价值的“目的基因”。但基因工程是将"目的基因"放在一个载体内，然后导入大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞在体外表达出所需要的蛋白，经过分离纯化获得能用于治疗或其他用途的蛋白纯品。因此，基因工程在医药方面，最终是制造出一种蛋白类的药物。基因治疗则不同，它是将目的基因放进特定的载体中，然后导入人体，要求这种基因在人体细胞中能制造成我们所需要的蛋白，通过它来达到治病的目的。
目前市场上的胰岛素、干扰素，白介素-2、生长激素、EPO、TPA、GM-CSF等基因工程药物，均为重组蛋白质或者肽类。基因治疗将是生物高技术的高度集成，它具有以下优点：①它的制品是基因及其载体，而不是基因表达的蛋白产物，故不需要基因工程所需要的、复杂的对蛋白产物的分离、纯化工艺；②它所需的生产成本远远低于基因工程产品；③从理论上来说，它具有更大的潜力。即凡能治病的基因，都有可能开发成为“药物”。但体内具有重要生物调节作用的蛋白质，不仅含量极少，而且半衰期极短，用基因工程技术是不易获得的。
基因治疗药物将基因工程蛋白质或者肽类药物形成严重挑战。例如，美国Baxter公司多年来一直占有世界上用Ⅷ因子（蛋白质）治疗血友病A 60%的市场, 这些病人须长年反复用药，费用极高。自96年以来，包括Baxter公司在内，美国已有约5家公司在发展血友病的基因治疗。用基因治疗方法，一次注射，可带来长久的疗效或根治。如此，蛋白质Ⅷ因子将没有市场。再如，美国GenTech公司用蛋白质VEGF治疗冠心病、心肌缺血，II期临床完成后确认疗效不好，于99年1月停止开发。然而，有8家公司用重组腺病毒-VEGF进行基因治疗，临床试验证明只1-2次注射后，冠脉血管就可再生，达到治疗目的。许多疾病是局部组织器官结构和功能障碍，不须全身用药。基因治疗技术保证了对这些疾病的局部用药，在这一点上基因治疗的优势将对医疗方式做出重大改变。
七、基因治疗肿瘤
肿瘤基因治疗是对肿瘤细胞或正常细胞转移一个或几个正常基因, 它的表达产物有利于杀伤肿瘤细胞; 或保护正常细胞免受化疗与放疗的严重伤害。
在肿瘤化疗中, 肿瘤细胞的多药耐药(MDR)是一个主要障碍。从某种意义上说, 90%以上死于肿瘤的病人都与肿瘤原发或获得性耐药性有关。自从发现多药耐药基因和它们的分子机制后, 如何提高造血干/祖细胞内与耐药有关蛋白或酶的水平, 已经成为肿瘤基因治疗研究中的一个热点。
当肿瘤细胞产生耐药性时, 不妨碍肿瘤的免疫治疗。肿瘤免疫基因治疗主要是将一个或若干个免疫相关基因转入肿瘤细胞, 增强肿瘤细胞的免疫原性, 提高肿瘤免疫治疗的效果。其中, 抗原提呈细胞的肿瘤抗原提呈以及肿瘤细胞表达细胞因子, 共刺激分子(B7),黏附分子等是影响肿瘤免疫治疗效果的关键。
自杀基因是指一些酶的基因, 通过它们在肿瘤细胞内的表达, 可以转化无毒的药物原形(Pro-drug)为有细胞毒性的药物(drug)，达到杀死肿瘤细胞的目的, 同时增强肿瘤免疫反应。采用肿瘤自杀基因治疗中要防止自杀基因进入正常细胞, 以及在药物作用下引起对正常细胞的毒副作用。
肿瘤是基因病。肿瘤发生的遗传背景是肿瘤基因或肿瘤抑制基因的异常。因此, 作为肿瘤的基因治疗,它还包括对肿瘤基因与肿瘤抑制基因治疗两个方面, 针对肿瘤基因异常, 可以采用反意寡核苷酸, 反意RNA或Ribozyme等治疗策略;然而,对于肿瘤抑制基因的异常(一般表现为突变或缺失), 则可采用基因置换治疗,即将一个野生型肿瘤基因转入肿瘤内,促使肿瘤细胞发生凋亡或恢复其正常细胞功能。
随着肿瘤基因治疗的发展, 一些新的细胞因子不断被用于基因治疗, 例如肿瘤抑制因子(Oncostatin M)，血管生成抑制因子(Angiostatin)等。
八、基因治疗前景
基因治疗是指以改变人的遗传物质为基础的生物医学治疗。基因治疗针对的是疾病的根源---异常的基因本身，而常规治疗针对的是因基因异常导致的各种症状。和干扰素、胰岛素、生长激素等基因工程蛋白质药物不同，基因治疗的产品形式是放在某个载体上的基因，通俗地说，就是拿基因当"药物"。基因治疗产品使细胞产生内源性的目的蛋白质或多肽，产生特异地生物治疗作用。基因治疗使得给药更加特异、高效和安全，达到医学科学所期望达到的最高目标。许多疾病是局部组织器官结构和功能障碍，不须全身用药。基因治疗技术保证了局部用药的疗效，这种优势将对医疗方式做出重大改变。基因治疗是对传统医学治疗的一场革命，将对传统制药业产生深远影响和冲击。
基因治疗目前已广泛用于治疗那些严重威胁人类健康和生命、目前无有效治疗方法的疾病，如癌症、心血管病、遗传病和艾滋病等。从1990年5月美国批准第一例临床基因治疗试验以来，基因治疗研究已经从单基因遗传病扩展到多个病种范围，基因治疗临床试验方案达近700个，各种病例数超过6000个。目前，世界上绝大多数基因治疗临床试验均表明基因治疗前景看好。
一幅基因研究发展图显示，基因治疗是当今基因生物技术的里程碑，是二十一世纪的科学、医药和商业。基因治疗产业化是医药工业的第四次革命，将开创二十一世纪医药工业的新篇章。传统的医药工业已经不再适应当今高技术发展的潮流，这种高成本低产出的工业模式如果不寻求新的突破、寻求新的经济增长点，必然要被历史淘汰。国内外众多大型医药企业已经清醒地认识到这一点，并纷纷投巨资参与基因药物的研究和产业化。基因治疗专业公司从1995年的十大公司，到1999年约有30家基因治疗专业公司，2002年达300多家。一些大的跨国制药公司瞄准了这些中、小基因治疗专业公司，纷纷与之形成战略合作，以便争夺未来的新兴市场。葛兰素公司和SmithKlineBeecham公司去年完成合并，而辉瑞公司和Warner－Lambert公司的合并之后的新公司每年的研究开发预算将高达50亿美元，涉足基因技术并以此来支撑公司的长远发展。另一方面传统制药企业也逐步加强同基因企业之间的联系，开展战略合作。Bristol－MyersSquibb公司将基因领域的预算拿出一半让外面的基因公司来开发新产品。卓有远见的医药企业家正在引导他们的企业进行自我革新，及时地把握着世界医药工业发展的主方向--基因制药，以便在今后的医药工业竞争中立于不败之地。基因治疗有望形成巨大产业，这吸引着越来越多的国家和企业进入这一前沿领域。美国权威机构对其类似产品做出预计，在巨大的医疗需求和治愈重大疾病的潜力的驱动下，基因治疗产品的销售额预计美国当年即达到20亿美元，每年增长100%，2004年将升至36亿美元，2006年达到99亿美元。目前世界上第一个基因治疗产品被商业化推出，基因治疗行业已经巨大的市场，形成二十一世纪新的经济增长点。
