2004年2月
第1期吉林师范大学学报(自然科学版)JournalofJilinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)№.1Feb.2004
癌症的基因治疗
宋大伟
(吉林师范大学,吉林四平136000)
癌症是导致人类死亡的疾病之一,癌症的治疗广泛地引起了人们的关注,癌症的基因治疗是近年来癌摘 要:
症治疗的新突破.本文从导入抑癌基因的基因治疗,针对癌基因的反义疗法,“自杀”基因,导入细胞因子的基因治疗,转入耐药基因的治疗几个方面介绍了癌症基因治疗的新进展.
关键词:癌基因;基因治疗;抑癌基因;自杀基因
R730 文献标识码:A 文章编号:1000-1840-(2004)01-0088-03中图分类号:
癌症是一种死亡率极高,发病率逐年递增的疾病.传统的手术、放疗、化疗等方法虽然对癌症有一定的疗效,但是他们往往只适用于一类肿瘤,并且有较为严重的负作用.因此,研究人员一直在寻找新的治疗方法,基因治疗就是其中之一.国际上已经批准130多种基因治疗方案,其中70%是针对癌症的.目前癌症基因治疗中常用的治疗性的基因主要有3类:(1)直接杀伤或抑制癌细胞生长的基因,包括抑癌基因、癌基因的反义序列、编程性细胞死亡基因等;(2)可提高免疫系统能力的基因如细胞因子的编码基因等;(3)多种药物的耐药性基因.本文将详细介绍癌症基因治疗的几种方法.
1 导入抑癌基因的基因治疗
正常的细胞癌变过程可以归纳为一系列正常基因的突变或异常表达或异常失活.两个基因中只要有一个有功能就可以抑制正常细胞的癌变过程,而在癌症患者中常常两个抑癌基因都缺失或突变.因而将正常肿瘤抑制基因导入细胞中来代替由于缺失或突变而失去功能的基因,以抑制肿瘤细胞的发生、生长,逆转其恶性表型是当前癌症基因治疗的热点.目前用于基因治疗的抑癌基因主要有:p53,p21,p16,Rb,p27等,详细介绍如下.
1.1 p53基因
p53基因是癌症的基因治疗中最为常用的肿瘤抑制因子.当细胞中DNA受到损伤时,p53基因被激活后,p53蛋白结合并诱导下游靶基因表达,如果细胞受损过重,则走向程序性死亡或凋亡,否则使细胞停止生长以便进行DNA修复.在50%以上人类肿瘤中存在p53基因的突变.野生型的p53突变而失去其对细胞周期的调空功能,则允许DNA受损的突变细胞进入细胞周期进行细胞增殖,使细胞周期失去关卡的调节作用,同时失去野生型的p53将降低细胞的凋亡.由于p53基因在调节细胞周期和生长的过程中发挥着举足轻重的作用,野生型的p53诱导细胞凋亡的作用对于肿瘤的治疗是很有意义的,p53基因的替代治疗成为研究的焦点.
尽管单独导入p53基因在肿瘤的基因治疗中发挥重要作用,p53基因与传统的放疗和化疗相结合仍是抗肿瘤的有利手段.p53的基因突变似乎与多种药物诱导的DNA损伤有关,由于p53基因突变或缺失与肿瘤的化疗敏感性下降有关在那些缺乏p53的细胞系中,恢复野生型的p53功能可能使其恢复化疗敏感性.肿瘤细胞内p53的表达对放疗的敏感性也有影响.将人HPV16E6基因转入人二倍体成纤维细胞,该基因可结合并失活p53基因,结果导致这些细胞的放疗耐受.收稿日期:2003-09-12
作者简介:宋大伟(1966-),女,吉林省四平市人,1987年毕业于四平师范学院生物系,现为吉林师范大学讲师.
1.2 p21基因
p21最初克隆时是作为p53基因的转录激活产物,它广泛地抑制各种CYCLIN-CDK复合物,使Rb蛋白不能磷酸化,从而使细胞生长停滞,细胞周期停滞在G1期.p21蛋白的C末端与DNA聚合酶δ演进因子—增殖细胞核抗原(PCNA)结合,影响DNA的复制.p21基因在细胞损伤时,作为p53基因的下游中介因子,导致细胞停止在G1期,使细胞有时间对损伤的DNA进行修复,从而维持细胞遗传物质的稳定性.在p53-/-的细胞中,TGF-β等一些生长因子也可诱导p21的表达,表明p21基因参与细胞的功能,也可不依赖p53基因.p21是p53下游的重要基因,介导生长抑制功能,因此在基因替代治疗中成为一个重要的抑癌因子而被广泛研究.
1.3 p16和Rb基因
p16基因编码的蛋白是细胞周期蛋白D-CDK4和CDK6复合物的抑制因子,参与G1期末Rb蛋白的磷酸化.Rb蛋白Rb基因编码的细胞核内的磷蛋白,起磷酸化水平与细胞周期调控有关,低磷酸化型的Rb蛋白与E2F结合成复合物,使E2F处于非活化状态,Rb蛋白被cyclinD1-CDK4磷酸化后,与E2F解离,游离的E2F激活一系列促使细胞进入S期并进行DNA复制的蛋白质表达,细胞进入S期.也就是说,p16蛋白对细胞周期的调节是通过对Rb蛋白的磷酸化实现的.p16基因失活在多种肿瘤细胞中可见,其失活方式有:突变、缺失和甲基化.Rb基因是最早发现的肿瘤抑制基因,其突变和缺失除可见于视网膜母细胞瘤外,在骨肉瘤、肺癌、乳腺癌等肿瘤中也可检测到.p16基因和Rb基因在细胞周期中的重要的调节作用和其与肿瘤发生的密切关系使其成为基因治疗中不可忽视的侯选基因.
1.4 p27基因
p27基因最初是在TGF-β和细胞接触引起生长抑制的细胞中发现的,p27蛋白与cylinE-CDK2和cyli-nA-CDK2复合物结合并抑制它们的活性.Alessandro等将p27cDNA质粒转染正常的乳腺上皮细胞系和乳癌细胞系,发现p27的表达均能够使这两个细胞系的G1期延长,倍增时间增加,饱和密度减小,接种率下降.在乳癌细胞系中,非依赖生长和裸鼠的成瘤能力均下降,这些与两个细胞系中cyclinE相关激酶活性降低有关.用Ad-p27感染乳癌细胞系时,诱发了肿瘤细胞的凋亡.Hirofumi等将外源性p27引入结肠癌细胞系中研究生长和分化的变化,发生在cyclinE-CDK2复合物中p27蛋白增加,引起结肠癌细胞生长抑制.上述研究证明,p27不仅能够抑制肿瘤的生长,而且诱发凋亡,提高细胞的分化能力,在肿瘤细胞中我们既可以导入外源p27,也可使用药物诱发内源p27的高表达,这些为肿瘤的基因治疗开创了美好的前景[1].
2 针对癌基因的反义疗法
正常细胞中都有原癌基因存在,在正常情况下它们是受到严格精细调控的,但是一旦两个等位基因中的一个发生了突变,就可能导致肿瘤的发生.在反义疗法中癌基因通常被选作靶基因,通过适当的方法导入癌基因的反义DNA或RNA,使之与癌基因结合,阻断癌基因的转录和翻译,使癌基因的产物大大减小,从而抑制肿瘤细胞的生长.在体外实验中,反义疗法能抑制肿瘤细胞系的生长.目前已批准了一例反义疗法方案,即将k-ras的反义基因转入带有k-ras基因的非小细胞肺癌的肿瘤细胞中.在肺癌中,k-ras基因是最常被激活的基因,通常使第12位密码子突变,偶尔也可见第13,16,63位密码子突变[2].癌细胞k-ras过量表达通过反义基因的整合可在遗传水平阻断,这类反义基因的转录物可特异地与癌基因RNA结合使其丧失产生蛋白质的能力.体外和体内实验均表明,当一种反义k-ras载体被整合与k-ras过量表达的肺癌细胞,其致癌性降低了[3].
3 “自杀”基因
自杀基因(suicidegenes)又称前药敏感基因(prodrugsensitivegenes)是基因治疗中新发展的一种目的基因,它是将自杀基因导入肿瘤细胞,而将无毒药物前体在肿瘤细胞内代谢为毒性产物,进而杀死肿瘤细胞.目前发现的自杀基因有多种,包括HSK-tk、VZV-tk、细胞色素P-450基因、CD、GPT等,其中广为研究并应用于肿瘤治疗的有tk和CD这两种基因.
tk所编码的胸苷激酶的主要功能是催化胸苷的磷酸化,并转化为磷酸胸苷(dTMP).在癌症治疗中,常用的tk来自于单纯疱疹病毒(HSK-tk)和水痘带状疱疹病毒(VZV-tk).HSV-tk基因编码胸苷激酶该酶可
将核苷类似物(NA)代谢为二磷酸化物,后者在细胞内酶的作用下成为有毒性的三磷酸化物而发挥抗肿瘤作用,该基因编码区共1128个核苷酸,编码376个氨基酸.病毒源性的tk基因与哺乳动物细胞内的tk基因生化性质有较大差异,细胞TK所催化的反应特异性较强,只能催化氧胸苷(TdR)磷酸化为脱氧胸苷酸,而HSV-tk除有此功能外,还能催化抗病毒核苷类似物ACV,GCV,BDvdU的磷酸化,这些前药不能在细胞TK的作用下磷酸化,因而其本身对细胞无毒或毒性很低,但HSV-tk基因导入细胞并表达后,生成特定的酶,这些酶将这些前药三磷酸化,转换成毒性产物,阻断核酸代谢途径,导致细胞死亡[4].
4 导入细胞因子进行基因治疗
将编码细胞因子的基因通过合适的载体导入肿瘤细胞并在其中表达,可以增强机体的免疫力.目前的研究表明导入细胞因子基因后个体不仅能够产生针对于原发肿瘤细胞的免疫应答,而且还能诱导产生针对转移肿瘤细胞的系统应答.目前已经投入使用的细胞因子基因包括IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、TNF、IFN-?和GM-CSF等,其中使用最广的是IL-2和LAK细胞联合使用在治疗人黑色素瘤和肾癌方面有一定疗效[5].
5 转入耐药基因的治疗
转入多种药物的耐药基因MHCI的目的是为了提高造血细胞及其他细胞对放疗、化疗及其他抗癌药物的耐受性.这类基因主要有MHCI类抗原基因和MDR1基因.肿瘤细胞一般都不表达MHCI类抗原,能够逃避免疫对其的识别,因此导入MHCI类抗原基因后,可以提高人类免疫系统对肿瘤细胞的识别能力,从而诱导产生针对肿瘤细胞的免疫反应,达到杀伤肿瘤细胞的目的.有人已经将MHCHL-AB-27通过脂质介导转入了黑色素细胞瘤,临床实验表明有一定的疗效;MDR1基因编码的是一种称为P-糖蛋白的穿膜蛋白,它可以将对正常细胞的有毒害作用的药物作用的药物泵出细胞,从而保护正常的细胞免受药物的杀伤,增强患者对放、化疗的耐受能力.目前导入MDR1基因进行基因治疗的方法在动物实验中已经取得较好的效果[5].
关于癌症的基因治疗的方案还有很多,目前已经批准的基因治疗方案各自的疗效差别也较大.但这些方法或多或少都取得了一定的治疗效果,也为从根本上治疗癌症提供了更大的希望.
参考文献
[1]吴 焱,傅松滨.肿瘤抑制基因在恶性肿瘤基因治疗中的应用[J].国外医学遗传学分册,2001,24(1).
[2]梁 兵,等.肺癌分子遗传学的新进展[J].国外医学遗传学分册,2001,24(4).
[3]李 玫,等.癌症的基因治疗[J].国外医学遗传学分册,1995,18(3).
[4]朱克毅.自杀基因治疗肿瘤的新进展[J].国外医学遗传学分册,2001,24(2):64～67.
[5]瞿礼嘉,等.现代生物技术导论[M].北京:高等教育出版社,1999.
GeneTherapyofCancer
SONGDa-wei
(JilinNormalUniversity,Siping136000,China)
Abstract:Cancerisoneofthediseaseswhichleadtothedeathofhumanbeings.Sopeoplepaymuchattentiontothetherapyofcancerandthegenetherapyofcanceristhenewbreakthroughofrecentyears.Thearticlebe-ginswiththeinhibitiongenetherapyandintroducesthenewprogressofthegenetherapyofcancerinviewoftheopposite-therapyofcancergenes,“suicide”genes,thetherapyoflead-incellfactorsandthetransferred-indrug-fastgenes.
Keywords:cancergene;genetherapy;inhibitioncancergene;suicidegene