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基因治療的基本策略范文1
【關鍵詞】 六味地黃丸/藥理學 肝腫瘤/中西醫結合療法 腫瘤/病理學 細胞凋亡 基因療法 自殺基因
疾病模型,動物; 小鼠
肝癌的基因治療,特別是自殺基因治療,在控制腫瘤的增殖、預防和延緩復發和轉移,以及提高病人生活質量方面具有獨特的優勢,成為肝癌治療活躍的研究領域[1-3]。從已有的研究結果來看,單純自殺基因治療仍難以達到完全根治腫瘤的目的。因此,尋找自殺基因療法的增效方法是目前各種腫瘤自殺基因治療的研究熱點之一。
免疫機制是旁觀者效應產生的重要機制[4-5],改善自殺基因療法作用的炎癥免疫微環境是自殺基因療法增效的主要途徑[6-7]。六味地黃丸具有增強機體免疫功能和直接抗腫瘤作用[8-13],我們前期的研究結果顯示其對小鼠移植性肝癌HSVtk/GCV自殺基因治療具有增效作用[14],本文旨在觀察其療效的病理學機制,現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 主要試劑與儀器 細胞培養瓶、培養板、濾膜、凍存管等為美國Corning公司和丹麥NUNC公司產品;Polybrene和G418為Sigma公司產品;DMEM、RPMI1640、胎牛血清為Gibco公司產品;新生牛血清為杭州四季青公司產品。主要儀器為BNA3210型CO2培養箱(日本ESPEC),億鳴200病理圖像分析系統(中國億鳴)等。
1.2 動物 昆明種小鼠,18~22g,雄性占2/3,雌性占1/3,健康,清潔級,由廣州中醫藥大學實驗動物中心提供(合格證號:2003A008)。
1.3 細胞株 病毒包裝細胞PT67購自美國Clontech公司,已于前期將重組pLXSNtk質粒轉染入PT67細胞內記為PT67/tk[15];小鼠肝細胞癌細胞株H22購自中山大學實驗動物中心細胞庫。
1.4 藥物及配制 六味地黃丸為北京同仁堂產品(批號:4030098),于無菌室內用消毒研缽加少許消毒蒸餾水研磨后,配成濃度為500g/L的藥液,小鼠給藥劑量為生藥10g·kg-1·d-1;丙氧鳥苷(GCV)為麗珠集團湖北科益藥業有限公司產品(批號:040701),于無菌室以注射用生理鹽水25mL溶解,濃度為10g/L,小鼠給藥劑量為100mg·kg-1·d-1。
1.5 小鼠肝細胞癌細胞株H22的感染及GCV體外殺傷效應的觀察 復蘇包裝細胞PT67/tk,吸取其培養上清液,加入H22的培養液中,上清液病毒感染H22細胞后用G418(800mg/L)篩選,獲得抗性細胞克隆,命名為H22/tk,將H22/tk和野生型H22細胞分別以2×103、3×103、5×103個/孔接種96孔板,同時加入不同濃度的GCV使終濃度分別為0.01、0.1、1、10、100mg/L,以不加GCV的細胞孔作對照,每一個濃度設4個復孔,于倒置顯微鏡下觀察殺傷效應。
1.6 造模及治療
1.6.1 小鼠移植性肝癌的造模 將H22/tk和野生型H22按1:4混合(模擬臨床體內病毒感染腫瘤細胞比率10%~20%)?;旌虾蟮募毎苽涑?×1010個/L的細胞懸液,臺盼藍活細胞計數>90%;按0.2mL/只(含2×106個腫瘤細胞)細胞懸液接種于小鼠的皮下。
1.6.2 分組及治療 昆明種小鼠90只,隨機分為5組:正常對照組、模型對照組、六味地黃丸治療組、自殺基因治療組、聯合治療組(自殺基因聯合六味地黃丸),正常對照組10只,其他組各20只。正常對照組右前肢腋下注射生理鹽水0.2mL,其他各組右前肢腋下接種肝癌細胞懸液0.2mL。正常對照組和模型對照組第2~16天蒸餾水灌胃每天0.5mL/只,第6~16天腹腔注射生理鹽水每天0.25mL/只;六味地黃丸治療組第2~16天六味地黃丸懸液灌胃每天0.5mL/只,第6~16天腹腔注射生理鹽水每天0.25mL/只;自殺基因治療組第2~16天蒸餾水灌胃每天0.5mL/只,第6~16天腹腔注射GCV每天0.25mL/只;聯合治療組第2~16天六味地黃丸懸液灌胃每天0.5mL/只,第6~16天腹腔注射GCV每天0.25mL/只。
1.7 療效觀察及病理學機制
1.7.1 腫瘤質量及抑瘤率 實驗結束后處死動物,用眼科剪分離剝取腫瘤,萬分之一電子天平稱質量,記錄結果。計算抑瘤率[16]:p抑瘤/%=(mmodel-mtreatment)/mmodel×100%。
1.7.2 病理學觀察及半定量分析 腫瘤用體積分數10%中性甲醛固定,常規石蠟切片,蘇木素-伊紅(HE)染色,光鏡觀察腫瘤細胞的密度、腫瘤壞死、間質反應,并采用盲法評分。腫瘤細胞密度:根據腫瘤細胞大小及密集程度分為+、++、+++3個等級。壞死分為+:灶狀壞死;++:網狀多灶狀壞死;+++:大片狀壞死。纖維結締組織根據腫瘤間質內及瘤周纖維的增生情況由低到高依次分為+、++、+++3個等級。腫瘤細胞核分裂像計數方法為每張HE染色切片隨機取5個非壞死區域高倍視野,對核分裂像進行計數。
1.7.3 增殖核抗原(PCNA)免疫組化染色及陽性細胞計數 采用免疫組化SP法。切片脫蠟至水,入體積分數1%過氧化氫溶液20min;磷酸鹽緩沖液(PBS)漂洗,5min×3次;滴加封閉液,20min;滴加增殖核抗原抗體,37℃濕盒,60min;PBS漂洗,5min×3次;滴加生物素標記二抗,30min;PBS漂洗,5min×3次;滴加辣根過氧化物酶標記鏈霉卵白素,60min;PBS漂洗,5min×4次;聯苯二胺(DAB)顯色,10min,Mayer蘇木素復染5s,干燥后中性樹膠封片。胞核呈棕黃色為陽性細胞,每張切片隨機取5個非壞死區域高倍視野,計數陽性細胞個數并取平均值。
1.7.4 腫瘤細胞凋亡的檢測 采用原位末端標記(TUNEL)法。切片脫蠟至水;蛋白酶K消化10min;PBS漂洗,5min×3次;滴加反應液,37℃濕盒,60min;PBS漂洗,5min×3次;加入體積分數0.3%的過氧化氫,20min;PBS漂洗,5min×3次;滴加辣根過氧化物酶標記的鏈霉卵白素,30min;PBS漂洗,5min×3次;DAB染色10min,Mayer蘇木素復染,干燥后中性樹膠封片。以胸腺組織為陽性對照,不加末端脫氧核苷酸轉移酶作為陰性對照。細胞核呈棕黃色為陽性細胞,每片隨機選取5個非壞死區域高倍視野,計數陽性細胞的個數,以同一視野內陽性細胞占總細胞的百分比表示細胞凋亡指數:p凋亡/%=(n陽性細胞/n總細胞)×100%。
1.8 統計學處理 計量資料采用SPSS10.0統計軟件進行單因素方差分析;等級資料采用Ridit分析。
2 結果
2.1 體外殺傷效應 鋪板48h后,H22/tk100mg/L濃度孔中細胞開始死亡,表現為胞膜不完整,輪廓模糊,不透亮,形狀不規則,并且碎裂成小粒狀;10mg/L以下組僅見極少數細胞死亡,且增殖明顯。野生型H22細胞均呈現明顯的細胞增殖。72h后,H22/tk的GCV100mg/L以上濃度孔中絕大部分細胞碎裂成小粒狀,孔內基本無活細胞生存;其他包括野生型H22細胞孔均呈現明顯的細胞增殖。表明體外病毒感染肝癌細胞成功,病毒攜帶的外源性自殺基因已表達且具有生物學活性,可用于體內治療的實驗研究。
2.2 腫瘤質量及抑瘤率 表1結果表明,各治療組腫瘤質量均較模型對照組輕,其中聯合治療組與模型對照組比較,差異有顯著性意義(P<0.05)。
2.3 病理學觀察及半定量分析 各組腫瘤細胞均表現為大小不一,核大深染,形狀不規則,腫瘤間質內及瘤周有不同程度的纖維結締組織增生,腫瘤組織內均可見不同程度的大片壞死。模型對照組與六味地黃丸治療組均見腫瘤組織內細胞密度較大,自殺基因治療組與聯合治療組見腫瘤組織內細胞密度較低,僅自殺基因治療組腫瘤細胞密度與模型對照組比較差異有顯著性意義(P<0.05),見表2,圖1。
2.4 腫瘤細胞的增殖與凋亡 六味地黃丸治療組和聯合治療組核分裂像明顯少于腫瘤模型組和自殺基因治療組,其中聯合治療組核分裂像最少。增殖核抗原陽性細胞著色部位位于細胞核,呈黃褐色,六味地黃丸治療組與聯合治療組陽性細胞數均少于其他兩組,以聯合治療組陽性細胞數最少。各治療組腫瘤細胞凋亡較模型對照組明顯增多,以聯合治療組最明顯,見表3,圖2-4。表1 各組小鼠腫瘤質量及抑瘤率比較表2 各組病理分析統計結果表3 各組腫瘤細胞增殖與凋亡檢測結果
3 討論
自殺基因是指在一定條件下,可以引起細胞自動死亡的基因。目前常用的自殺基因是通過編碼病毒或細菌的酶介導敏感性,而這些酶能把藥物的無活性形式轉化為毒性代謝產物,從而抑制核酸合成,導致細胞死亡[16]。
HSVtk/GCV為目前研究最深入、最具有應用前景的腫瘤自殺基因治療系統之一,已廣泛應用于各種惡性腫瘤的治療,并已進入Ⅲ期臨床實驗。HSVtk基因在腫瘤細胞內表達胸苷激酶,可催化核苷類似物,如丙氧鳥苷(GCV)等形成單磷酸化產物,并在細胞內磷酸激酶作用下形成三磷酸產物,干擾細胞分裂時DNA合成,從而導致細胞死亡[17]。
自殺基因治療由于存在旁觀者效應(bystander effect)的獨特機制已成為惡性腫瘤基因治療的研究熱點和最具有應用前景的腫瘤基因治療方法。所謂旁觀者效應是指導入了自殺基因的腫瘤細胞加入前體藥物后,不僅自身被殺死,其鄰近未導入自殺基因的細胞也被殺死的現象[18]。由于存在旁觀者效應,自殺基因療法對腫瘤細胞的殺傷作用被有效地放大。旁觀者效應形成機制的假說主要包括[18]:(1)"縫隙連接"機制;(2)免疫介導機制;(3)"細胞凋亡"機制;(4)介質機制;(5)抗腫瘤血管生成機制,等等。
由于免疫介導機制在體內自殺基因療法旁觀者效應中的重要作用。改善自殺基因抗腫瘤作用的炎癥免疫微環境是提高自殺基因療法療效的重要策略?,F代藥理學研究結果表明,滋陰補腎代表復方六味地黃丸(湯)對機體細胞免疫和體液免疫均有明顯的增強效應;能明顯改善荷瘤機體的免疫狀態,并具有一定的直接抗腫瘤作用。我們以六味地黃丸的免疫藥理作用與腫瘤自殺基因療法旁觀者效應的免疫介導機制之內在聯系為研究的切入點,以實驗性肝細胞癌為治療對象,比較研究了自殺基因療法聯合六味地黃丸治療與單純自殺基因治療或單純六味地黃丸治療的抗腫瘤效果。研究結果顯示:聯合治療組對腫瘤生長的抑制作用較單純自殺基因治療組或單純六味地黃丸治療組更為明顯[14]。
在進一步的病理學研究中,雖然病理學觀察表明自殺基因治療組與聯合治療組的腫瘤組織內細胞密度較低,各治療組纖維組織增生均較明顯,但通過盲法對腫瘤的病理定量分析研究則顯示腫瘤細胞密度、腫瘤壞死、間質反應各組間差異均無統計學意義。造成這種現象的原因最有可能是觀察者不能很好地把握分級標準,以及病理半定量分析的不夠精確,這有待于通過多次的重復實驗及增加樣本量或運用更為精確的分析方法(如圖像分析等)來解決。 腫瘤的生長速度與腫瘤細胞的增殖與凋亡速度相關。PCNA與細胞核分裂像均為評價細胞增殖能力的重要指標。本實驗結果顯示:聯合治療組與六味地黃丸治療組的PCNA陽性細胞數及核分裂像數均少于模型組、自殺基因治療組,其中聯合治療組與模型組、自殺基因治療組比較,差異均有顯著性意義(P<0.05),結果說明六味地黃丸可能具有一定的抑制腫瘤增殖的作用;其他各組間的差異均無統計學意義,而自殺基因治療組從絕對值看略高于模型對照組,其結果與文獻報導自殺基因治療后殘存腫瘤細胞會加速增殖相符。同時,從本實驗結果來看,各治療組腫瘤細胞凋亡均有增多,聯合治療也顯示了更明顯的誘導腫瘤細胞凋亡的效果。
本研究結果提示:腫瘤細胞增殖抑制和腫瘤細胞凋亡增多都與六味地黃丸對肝癌自殺基因治療的增效作用有關。其機理可能是在六味地黃丸的參與下,不僅發揮了直接抑制腫瘤細胞增殖和誘導腫瘤細胞凋亡的功效,而且通過對機體整體與局部的抗腫瘤免疫的調節或其他機制(如"縫隙連接"機制等),使得自殺基因治療的旁觀者效應在力度上得以增強,在時限上得以延續,從而更好地發揮了自殺基因療法的抗腫瘤作用。
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基因治療的基本策略范文2
【關鍵詞】 系統觀 腫瘤 綜合治療
腫瘤是機體中正常細胞在不同始動與促進因素長期作用下,所產生的增生與異常分化形成的新生物。隨著疾病譜的改變,腫瘤已成為目前導致死亡的常見原因之一,隨著現代科學技術的發展和突飛猛進,給科學技術方法研究帶來革命性變化,腫瘤逐漸地被看成為一種全身性疾?S紗碩?,肿刘V瘟乒勰畋惴⑸嗣饗緣淖潁琢鱟酆現瘟葡低徹塾υ碩?。紕撚系蛷刿的角度根舅W∪說幕遄純霾±聿∑謨敕⒄骨魘?有計劃地、合理地綜合應用現有的各種治療手段,以期較大幅度地提高病人的生存率,改善病人的生存質量。
1 腫瘤發生、發展的系統觀
所謂系統是指若干要素按一定的結構相互聯系組成具有特定的功能的有機整體,而這個整體本身又是它所從屬的一個更大系統的一個組成部分。系統科學的觀點,就是要求把研究對象視為系統,把事物的普遍聯系和永恒運動看成一個整體過程,全面的把握和控制,綜合的探索系統中要素與要素、要素與系統、系統與環境、系統與系統的相互作用和變化規律,把握住對象的內環境與外環境的關系,以便有效地認識和改造對象[1]。任何系統都是開放的系統,每一個系統的存在都有整體性、層次性及動態平衡性等基本特征。一個生物學意義上的人,也完全可以看成是一個開放系統。這一系統本身就由各個子系統(循環、呼吸、消化等系統)組成,各系統之間并非獨立存在,有相互影響、相互制約的作用關系,這一大系統和外界進行不斷的物質和能量的交換,借以維持自身的穩態,達到功能的最優化,即生存質量最佳化。所以有學者認為:決定疾病發生發展的,不僅僅在于器官、組織、細胞、基因等各種要素的性能,更重要的是要素和要素之間,系統和環境之間的相互聯系和作用,考察疾病的本質,必須把注意和焦點放在相互聯系和相互作用上[2]。上述說法就是從系統水平進行考察,而不同局限于單個細胞或基因的功能行為。那么,在腫瘤的發生學上,是否肯定“基因決定論”的觀點呢?近幾年的研究提出,細胞基因的缺失、突變等導致的細胞生長失控、惡變是發生腫瘤的主要機制。從分子水平看,腫瘤的病因主要有癌基因的激活和抑癌基因的失活,細胞周期調控基因的改變,前者是發病的基礎,并通過后者發揮作用。但對于這么一個子系統(核酸系統)的考察,并不能完全解釋腫瘤的發生。核酸系統之間,核酸與蛋白質系統之間,核酸與神經-內分泌系統之間,核酸與內、外環境之間均存在著千絲萬縷的聯系。癌基因的激活和抑癌基因的失活并不會無緣無故發生,研究已表明,腫瘤的發生和發展是一個多基因、多步驟、多因素的漸進過程。環境污染致癌因素的刺激,化學致癌因素如苯、氯霉素、亞硝酸胺的影響,物理致癌因素,腫瘤的病毒病因,其他如人體內分泌失調、遺傳、慢性刺激和創傷均可致瘤。而且單因基因突變而產生的腫瘤細胞也未必能發展成腫瘤,在人體這樣一個復雜的系統中,神經-內分泌-免疫等內環境隨時進行警惕的監視,只有整個大系統紊亂,監視功能障礙,腫瘤細胞才能逃脫系統監視,才能進一步發展。而真正發展到器官的癌變,往往要經歷數年甚至幾十年的時間,因為一旦系統的功能恢復正常,腫瘤細胞可被機體清除,只有在內外環境的反復作用下,機體各系統功能的紊亂無法再協調一致,才使得腫瘤得以發展甚至轉移。綜上所述,腫瘤的發生和發展并非“基因決定論”可以完全解決,相反的,只有從系統的整體的水平去考察外界環境和機體的作用,機體自身各個子系統的相互作用,每個子系統內部各要素的相互關系,才能很好地認識其病因和發病機制。
2 系統方法論原則對腫瘤治療的思路指導
進入20世紀之后,醫學漸漸進入理性階段。隨著對腫瘤本質認識的不斷深入,更由于腫瘤局部治療方法的停滯不前,局部治療后預后不佳,使更多的學者意識到局部治療的弊端。20世紀80年代,惡性腫瘤的治療方式有手術、放療、化療、生物治療,其中以根治性手術為主,對失去手術機會的中晚期惡性腫瘤只通過單一的放療或化療來延長生存期,有效率低,易于復發,治療手段單一。80年代后期,由于化療藥物的不斷推陳出新,腫瘤學理論的不斷完善,化療的地位日益被重視,發展了誘導化療、術后化療、放化療、熱化療等各種綜合治療模式,手術方式也由根治性手術向保守性手術、保留器官功能方向發展,因此,21世紀的腫瘤治療更注重強調根據病人的身體狀況、腫瘤的病理類型、侵犯范圍(病期)和發展趨向,有計劃合理地應用現有的治療手段,以期較大幅度的提高治愈率,改善病人的生活質量,腫瘤治療觀念由此發生了根本性的轉變,腫瘤綜合治療應運而生[3]。所謂腫瘤綜合治療是指:根據病人的機體狀況,腫瘤的病理類型,侵犯范圍(病期)和發展趨勢,有計劃地、合理地應用現有的治療手段,制定個體化治療方案,以期大幅度地提高治愈率,改善病人的生存質量[4]??梢哉f,腫瘤治療學研究顯示出多學科的合作與補充,腫瘤的治療也已進入綜合治療的時代。按照系統論整體性原理來講即系統論中各組分相加的和大于各組分的代數和。惡性腫瘤綜合治療個體化的決策,將手術、化療、放療、中醫中藥治療及生物基因治療,依照不同病例特點,進行有機組合,以期達到最佳的治療效果[5]。但它不是將各種治療手段的簡單疊加或隨意輪番應用,孰先孰后,孰輕孰重,均要因人而異,要經過多學科的充分討論協商后決定。在決策過程中,既要注意盡量避免盲目一味強調某一學科在腫瘤治療中的重要性和單一治療方法在腫瘤治療中的過分擴大應用,又要注意各個學科之間的密切合作,相互配合,互補應用,共同來承擔對患者的綜合治療。這就要求無論是哪一個學科的醫生,都要做到不僅能夠了解自己本學科治療手段的特點和不足,還要了解其他相關學科治療手段的特點和不足,真正做到心中有數。要能夠善于應用其他相關學科的成果和特長來對自己本學科的治療加以充實、完善和提高。特別是在科學技術迅猛發展和技術更新速度不斷加快的今天,及時了解并掌握專業技術的發展動態和引進先進技術并加以應用與創新,以跟上時代和科技發展的步伐。當前,越來越多的腫瘤病人首診時都選擇到腫瘤內科,主要是因為腫瘤內科的醫生能夠善于接受和利用新的醫學研究成果,以病人利益為重,改變過去誰先接診誰收治的不規范醫療行為,在對腫瘤病人的診斷以及設計和規劃總體治療策略上起到了主導作用,不僅能夠使腫瘤病人真正享受到現代腫瘤綜合治療模式與治療方案個體化所帶來的益處,而且也充分體現了社會的文明進步與人文關懷[6~13]。 我們在臨床工作中必須要按照醫學倫理學“ 醫乃仁術”和“ 循證醫學”,謹慎、準確和明智地應用當前所能獲得的最好的研究證據,結合個人的專業技能和多年的臨床經驗,考慮病人的經濟承受能力和意愿,并將此結合最優化的原則來作出具體的治療決策。例如目前放化療綜合治療的臨床應用多集中于頭頸部癌、食管癌、乳腺癌以及肺癌中,通過放化療綜合治療所獲得的較高的局控率和較晚發生遠處轉移,為我們提供了一條中晚期惡性腫瘤治療的新途徑。靜脈化療起到了全身治療的目的-在于徹底清除微小轉移灶,放療作為一種局部治療,二者聯合應用的優點不言而喻,中晚期惡性腫瘤傳統的單一治療模式已遠遠不能適應目前臨床要求,放化療綜合治療不僅提高生存率,對延緩發生遠處轉移也顯示出了不可比擬的優越性,尤其是同期放化療的應用將中晚期惡性腫瘤的治療帶上一個新的臺階[14]。
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隨著分子生物學技術的發展,作為生物醫學前沿的人類基因組計劃研究步入實質性階段,基因治療腫瘤成為熱門?;蛑委熌芊窠o人類帶來巨大的革命,已成為現代醫學大家的研究方向。所謂基因治療是指把目的基因導入靶細胞和宿主體內,通過基因組合,成為宿主遺傳物質的一部分,糾正錯誤的基因表達和基因表達的錯誤,以達到治療的目的[15]。通常包括四方面的內容:基因修正-糾正缺陷基因的突變堿基序列;基因置換-由正?;驌Q掉疾病基因;基因修飾-將目的基因導入病變細胞的基因,其表達產物用以修飾缺陷基因導致的細胞功能異常,或使正常功能得以加強;基因失活-應用反義技術封閉不該表達的基因,以抑制有害基因,或直接抑制有害基因的表達。雖然就基因治療的概念來說,體現的是分子水平的基本理論和原則,但其治療的目的是為了抑制腫瘤的生長或達到逆轉、殺死腫瘤細胞,所以在治療過程中仍需考慮所作用的個體系統,如外界的環境因素,機體的內環境和免疫功能的影響等。因為將基因導入細胞,使正?;虻靡员磉_,或使病變基因不表達,或誘導已有的腫瘤細胞分化、凋亡,都不是單單一個分子水平可以解決的。例如將反義基因導入細胞,以封閉有害基因的表達,在體外實驗中,所要觀察的指標限于細胞水平,如基因轉染的百分率,對腫瘤細胞生長和抑制率等。但一旦進入體內實驗階段,就不能不考慮機體的整體性,如反義核苷酸對腫瘤細胞有抑制作用,那么對正常細胞或組織器官是否有毒性作用呢?在體內,在各種調節機制的作用下或各種核酸酶等水解酶的作用下,反義核苷酸是否能成功地進入細胞封閉有害基因呢?再如用逆轉錄病毒載體介導的基因轉移有效性高并容易獲得穩定表達,但這一插入突變是否會引起潛在的癌基因激活,從而又引發新的腫瘤呢?顯然,在腫瘤的基因治療的研究中,在體外細胞水平中有良好的效應,但進入機體系統中,其效果不一定良好,而且歷史上也有基因治療失敗的例子。這正是因為人體是一個復雜的系統,各個子系統之間有復雜的相互關系,而腫瘤的發生和發展也并非由基因單獨決定,如果單從基因這一方面去考慮,而忽略了治療所處的整體環境,忽略了治療應采取的整體措施,往往會導致實驗的失敗。任何對腫瘤疾病的治療方法需經過人體內試驗,要從系統和整體的水平觀察治療有效性和可能存在的副作用,腫瘤基因治療也需遵循系統觀點,用整體性、動態性、聯系性的原理,達到最佳的預期效果。但在實際工作中,尚有許多疑難問題,對于這些問題解決離不開系統科學觀的支持,我們不能忽視機體的整體性,不能用局限、部分、分子細胞水平來以偏概全,只有用系統的環境中解決這些難題,才會有實用價值和臨床價值。所以從腫瘤的綜合治療可以看出,綜合手術、化療、放療及生物基因治療、中醫中藥治療、內分泌治療等手段,依據具體情況具體分析的原則,針對具體的病例,制訂相應的個性化的治療方案,最終達到最佳綜合療效,在某些領域已顯示了令人鼓舞的前景。隨著人類基因組計劃的完成,人類表觀基因組協會(humnan epigenome consortium, HEC)在2003年10月正式宣布開始實施人類表觀基因組計劃(human epigenome proiect, HEP) ,通過大規模檢測人類基因組,基因組學研究進入一個新的階段,也為解開生命奧秘及征服腫瘤等疾病帶來了希望[16]。人類攻克癌癥近在咫尺,但仍有很長的路要走,尚有不少難題有待在今后實踐中予研究解決。讓我們記住著名的系統科學家拉茲洛教授的話:“今天我們正目睹一場思維方式的轉化:轉向嚴謹精細而又整體的理論。這就是說:要構成擁有它們自己的性質和關系集成的集合體,按照同整體聯系在一起的事實和事件來思考。”[17]。
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基因治療的基本策略范文3
[關鍵詞]RNAi;dsRNA;siRNA
[中圖分類號]R394[文獻標識碼]A[文章編號]1673-7210(2007)10(b)-007-03
RNAi(RNA interfering,也稱RNA干擾)是利用小雙鏈RNA特異阻斷特定基因的表達,并促使靶mRNA降解,從而使細胞表現出某種特定基因缺失表型的現象。由于RNAi對基因表達的阻斷具有高效、特異性,已迅速發展成為代替基因敲除的遺傳工具。
1 RNAi的分子作用機制
經過眾多學者的研究,現已基本闡明了RNAi的作用機制。在不同生物中RNAi的作用機制各有不同,主要分為兩種:大于30 nt(核苷酸,nucleotide,nt)的長雙鏈RNA的非特異效應和21~23 nt的短雙鏈RNA的特異效應[1]。RNAi的特異效應作用機制是在轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平等多個不同的水平上實現的。其中以siRNA轉錄后水平的RNAi研究最為深入,應用最為廣泛,下文將做主要介紹(圖1)。
1.1 轉錄后水平的RNAi機制
轉錄后水平的RNAi機制是在對線蟲、果蠅等生物體進行研究而進一步推導得出來的。不同研究領域的學者相繼提出了多種RNAi機制的模型,這些模型大致都將RNAi分為兩個階段:起始階段和效應階段。
起始階段包括:①dsRNA的導入:包括由外源導入或由轉基因、轉座子、病毒感染等各種方式引入的dsRNA;②dsRNA在細胞內被一種命名為Dicer的酶切割成21~23 nt長的小分子干擾RN斷(short interfering RNA, siRNA)。
效應階段包括:①在siRNA反義鏈指導下,雙鏈siRNA與一個不同于DICER的RNA酶結合形成沉默復合物RISC。②siRNA雙鏈解旋,正義鏈被釋放出來,RISC被激活。③活化的RISC通過堿基配對識別互補的靶mRNA,siRNA反義鏈與mRNA復合體中換位,并在距siRNA的3'末端12 nt處切割靶mRNA,從而實現了對mRNA的降解。降解位點多為尿嘧啶。
某些學者認為RNAi過程中還具有自身循環放大機制,并將其歸為模型的第三階段――循環放大階段,其機制大致如下:
在效應階段,活化的RISC結合mRNA后,內切核酸酶將mRNA切割成12~23 nt的片段,特異性地抑制了靶基因的表達。同時,釋放出來的siRNA可以作為一種特殊引導物,在RNA依賴的RNA聚合物(RdRP)作用下,以靶mRNA為模板合成新的dsRNA,后者又被降解為新的siRNA,進入上述循環,呈放大效應。此過程又稱為隨機降解性多聚酶鏈式反應(PCR)[2]。
1.2翻譯水平的RNAi機制[1]
翻譯水平上的RNAi是抑制相應mRNA的翻譯,使相應的蛋白質表達受阻,其中起重要作用的是stRNA (small temporal RNA),它是由長度約70 nt的RNA形成的莖環樣前體,經Dicer酶作用后形成長約21~23 nt的dsRNA, 通過RISC結合在相應mRNA的3'末端非翻譯區上,進而阻斷mRNA的翻譯。
1.3轉錄水平上的RNAi機制[1]
該機制是通過siRNA與互補的DNA直接發生作用,激發同源DNA甲基化的加強,使目的基因轉錄受限,表達關閉,進而加強了基因沉默。有報道dsRNA可誘導組蛋白H3及相應DNA區域甲基化。如果甲基化出現在啟動子區域,則轉錄就不能進行,如甲基化出現在編碼區,則轉錄進行,但在轉錄后水平上沉默。
1.4 非特異效應
許多研究表明,當向哺乳動物轉染大于30 nt的長雙鏈RNA(dsRNA)時,由于dsRNA激活雙鏈RNA依賴的蛋白激酶(dsRNA dependent protein kinase, PKR)途徑[3],使EIF-2α因子磷酸化,進而非特異性地抑制翻譯,從而使細胞內發生全面的細胞沉默。
1.5 RNAi過程所涉及的主要因子
siRNA:是RNAi作用賴以發生的重要中間效應分子。它是長約21~23 nt的雙鏈RNA小分子,與靶mRNA序列具有同源性。此外,siRNA每條單鏈 的3'末端均有2~3個非配對的堿基[4]。
Dicer酶:Dicer酶(在果蠅中發現)是一種RNaseⅢ家族中的一種識別dsRNA的酶,據報道其結構含有1個PAZ結構域,1個氨基螺旋酶結構域,2個RNaseⅢ模體及2個dsRNA結構域。在dsRNA導入后,Dicer酶以ATP依賴的、持續方式連續切割dsRNA。在對dsRNA進行切割時,Dicer以二聚體形式參與,每個二聚體包括4個活性中心,在降解RNA時其中的2個要失活,從而使降解過程每隔一定間隔進行,這個間隔正好為22個核苷酸,即每隔22個核苷酸Dicer酶將dsRNA降解一次。而Dicer酶結構上的微小改變將會引起間隔的改變,所以不同的物種產生的siRNA長度也略有不同[1]。
RdRP:許多實驗證明,RdRP是RNAi所必需的。RdRP目前僅知其主要是在單鏈siRNA指導下擴增RNA而加速RNA的過程。由于RdRP的存在,使RNAi能在低濃度下高效快速地進行。
ATP[5]:ATP在siRNA介導中起重要作用,dsRNA被降解為siRNA的過程需要ATP;siRNA解旋,反義鏈與RISC前體結合形成RISC的過程也依賴ATP。研究還發現,RNAi過程中外源性ATP不能起促進作用。
2 RNAi的特征
高穩定性:以3'末端突出的TT堿基的dsRNA尤為穩定,無需象反義核酸那樣進行進行廣泛的化學修飾以提高半衰期[6]。
高效率:在低于反義核酸幾個數量級的濃度下,就能使目標基因的表達降到極低水平甚至完全抑制,從而產生缺失突變體表型[7]。
高特異性:siRNA除正義鏈3'末端突出的2個堿基在序列識別中不起主要作用外,其他單個堿基的改變均可能使RNAi效應大大減弱。而針對同源基因共有序列的RNAi則導致同源基因共同失活[5]。
高傳遞性:RNAi抑制基因表達的效應可以穿過細胞界限,在不同細胞間長距離傳遞和維持,在某些生物中RNAi還可以傳遞到后代中去。
3 RNAi應用過程需要解決的幾個問題
避免非特異性效應:前述已闡明,在哺乳動物中,當大于30 nt的dsRNA被導入時,可激活PKR途徑而導致非特異性抑制。這就要求在設計dsRNA時必須考慮該dsRNA導入時能否避免非特異性效應的出現。多數實驗表明,以21~23 nt為最佳選擇。
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干涉dsRN段的獲取和導入:在實際應用中,siRNA的長度、結構、組成及其觸發的效果基因、種屬、序列、細胞類型、甚至實驗體系的不同而有變異。目前,siRNA的獲取大多數仍舊是生化合成,其設計仍處于試驗階段,能否成功地設計出合理實用的siRNA對其能否廣泛應用起決定性作用。對RNAi效應的調控:目前對RNAi的研究還限于以雙鏈干涉片段抑制特定基因的表達,對其調控的干涉較少。但大量的研究表明,dsRN段的大小、潛在靶位、活性片段濃度等都是RNAi有效性發揮的影響因素。Yang等還證實RNAi現象可被過剩的不相關的dsRNA競爭性抑制,深入的研究表明,甚至過剩的正義鏈與反義鏈也可競爭性抑制RNAi效應。
4 RNAi的應用及前景
4.1遺傳學研究的應用
4.1.1 穩定轉座子RNAi缺陷可引起內源性轉座子的移動。轉座子的重要特征之一是具有反向重復序列,生物體通過此序列可以產生dsRNA發夾,啟動PTGS效應,所以抑制轉座子的移動有利于遺傳穩定,防止遺傳損害。因此人們認為RNAi的一個自然功能就是轉座子沉默[8]。
4.1.2 基因功能分析人類基因組計劃中的基因測序已經完成,人類將進入后基因組時代。其主要任務是確定基因的功能,因此迫切需要建立有效、經濟的分析基因的技術。
盡管目前對RNAi機制并未完全弄清,但其高效、特異阻斷基因的表達已在某些研究中開展。RNAi克服了傳統基因功能分析技術要求高,過程繁等缺點,已吸引了越來越多學者的重視。可以預見,RNAi將成為新一代基因組功能研究的有力工具。
4.2 臨床應用
4.2.1 抗病毒David等認為在動物中RNAi代表一種古老的抗病毒反應,與植物的PTGS(轉錄后的基因沉默)一樣可抵抗病毒的感染,目前這一觀點已被普遍認可。
目前,利用體外培養人類細胞研究抗病毒感染,主要限于單鏈 RNA病毒,包括人類免疫缺陷病毒、流感病毒、丙型肝炎病毒和脊髓灰質炎病毒等。Novina[9]等用針對CD4的siRNA轉染Magi-CCR5細胞,產生了對CD4受體表達特異性抑制達75%,Northern雜交發現CD4分子的mRNA明顯降低了8倍,從而阻斷了HIV-1病毒細胞。Kapadie等[10]用針對HCV的siRNA與表達HCV的質粒共轉染人的肝癌細胞株Huh-7細胞,2 d后,Northern雜交檢測顯示:HCV的RNA含量下降,證明了HCV特異的siRNA抑制了病毒的復制[9]。
RNAi在針對其他病毒,如呼吸道合胞病毒、SARS病毒、脊髓灰質炎病毒,豬瘟病毒等均顯示出抑制病毒復制的作用。最近有文獻報道RNAi在研制抗SARS藥物中顯示出特殊的作用。
從當前的這些研究結果可以看出,siRNA通過序列特異性干擾作用,能封閉病毒基因在體內的復制,RNAi成為控制病毒在細胞內復制的重要工具,為病毒治療提供了新的思路。
4.2.2 抗腫瘤利用RNAi的高效率和高度特異性,我們可以設計特異siRNA分子,沉默目標基因,而正?;虿皇苡绊?。這是用RNAi抗腫瘤的基本思路。從現階段研究的進展看來,RNAi有望成為新一代研究抗腫瘤的重要工具,發揮重要作用。
腫瘤是多因素、多基因的疾病,單個癌基因的抑制難以達到治療效果,用基因敲除等方法進行治療研究就造成了時間和經費的浪費。RNAi技術可同時抑制多個基因,且抑制效果互不干擾,并且RNAi識別可以精確到單個核苷酸,對由野生型突變形成的癌基因,如ras、p53等,能產生準確有效的封閉效果,而野生型不受影響[11]。Wilda等針對bcr/abl基因融合位點設計了一段21 nt長的dsRNA分子,特異性沉默了該融合基因,并使表達該融合基因的細胞凋亡,而對不表達該基因的腫瘤無任何作用。最近,Linsl等把針對bcl2基因的mRNA-cDNA雜交體轉染到人前列腺癌lncap細胞中,產生了長時期的阻抑bcl2表達效應,這一效應與體外培養的前列腺癌細胞中的RNAi非常相似。
5 結語
RNAi的發現改變了人們對細胞基因調控的傳統思路,提供了特異性阻斷基因表達的新工具和評價基因功能的新策略,為人類基因功能研究和疾病基因治療開辟了一條革命性的新領域。盡管其機制仍未完全弄清,但RNAi技術在病毒、腫瘤等尚未根治的疾病提供了新的治療方案,并帶來根治的希望。目前RNAi在各方面的研究已經日新月異,可以相信,不久的將來,將會出現基于RNAi的基因治療藥物,RNAi技術也將成為未來生命研究的重要工具。
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(收稿日期:2007-08-23)
基因治療的基本策略范文4
[關鍵詞] 地中海貧血;孕期;預防與治療
[中圖分類號] R556.6[文獻標識碼]A [文章編號]1673-7210(2009)01(b)-030-03
The study of mediterranean anemia for screening methods and prevetion and treatment during pregnance
WANG Zhi-hui
(The MCH Hospital of Haizhu District, Guangzhou City, Guangdong Province, Guangzhou510000, China)
[Abstract] Objective: To evaluate the value of the screening methods and the preventions and treatment of mediterranean anemia in pregnant women. Methods: Choosing 700 out-patients from 2005 to 2007 who participated in examination before delivery. Then divided them into three groups refering to the level of Hb. After being given vitamins and folic acid and regulated the food patients take. Checked the biochemiacal exams after 3 weeks. Results: The MCV and MCH in mediterranean anemia group(MA) were significant lower than controlled group and non-MA group (P
[Key words] Mediterranean anemia; Pregnant period; Prevention and treatment
地中海貧血(mediterranean anemia)是一組遺傳性溶血性貧血,其共同特點是由于珠蛋白基因的缺陷使血紅蛋白中的珠蛋白肽鏈有一種或幾種合成減少或不能合成,導致血紅蛋白的組成成分改變[1]。地中海貧血不僅是一種發病率較高的血液系統疾病,而且全球約18億人為無明顯癥狀的攜帶者,每年出生100萬缺陷患兒,在我國,地中海貧血的高發區位于南方各省份。地中海貧血與妊高征、流產、畸胎及死胎的發生有相關關系,嚴重影響了優生優育,因此早期預防,及時進行臨床干預是非常有必要的[2]。本研究提選擇2005年1月~2007年1月在我院婦產科門診進行常規定期產前檢查,首次產前篩查,確診為地中海貧血的患者病歷共700例,進行為期2周的臨床干預,現報道如下:
1資料與方法
1.1一般資料
選取2005年1月~2007年1月在我院婦產科門診進行常規定期產前檢查、孕28周前在本院常規產檢并住院分娩病例共700例。依據首次產前檢查時血常規及血紅蛋白結果分為3組:Hb>100 g/L及血紅蛋白電泳正常者185例作為對照組;Hb
其中,地貧組240例均囑男方查血細胞分析及血紅蛋白電泳,如雙方為同型地貧,則需基因診斷,孕婦α地貧組164例,其中,男方同型4例地貧,2例同為(4,2)型缺失雜合子,(--/aa),2例同為1基因缺失雜合子,即標準型α地貧。均孕24、28周彩超排除巴氏水腫胎。孕婦β地貧組76例,β及α地貧組2例,男方均無同型地貧,可以排除胎兒重度地貧,不需進一步檢查胎兒臍帶血。
1.2檢測方法
1.2.1血細胞分析用SystemKX-21自動血細胞分析儀(日本產)檢測血常規,包括紅細胞計數(RBC)、血紅蛋白濃度(Hb)、紅細胞平均容積(MCV)、紅細胞平均血紅蛋白量(MCH)、紅細胞平均血紅蛋白濃度(MCHC)等15項。
1.2.2血紅蛋白電泳美國Helena公司的SPLFECOMBO血紅蛋白電泳儀,做HbA2定量測定,異常Hb測定、HbF定量測定及不穩定Hb檢查。血紅蛋白電泳篩查指標:HbA2正常范圍為2.5%~3.5%,HbF正常范圍為0.5%~2%。
1.2.3基因診斷對篩查陽性的α地貧和β地貧攜帶者采用地貧診斷基因芯片(Thala Chip)進行地中海貧血的檢測,由深圳亞能生物技術公司提供基芯片及技術支持。Thala Chip有24個探針,可同時檢測--SEA、-α3.7、-α4.2 3種常見缺失型α珠蛋白基因和21種β珠蛋白基因的突變。用常規方法提取患者DNA,通過PCR技術和PCR結合反向點雜交(RDB)技術擴增α珠蛋白基因或β珠蛋白基因含突變點DN段,瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR產物。根據DNA標記反應和雙鏈雜交反應的特異性,針對野生型及不同突變型設計特異性雜交探針,然后用特異性熒光染料標記PCR產物。將標記產物和雜交液混合,與玻片上的探針進行雜交,洗滌后用熒光掃描儀掃描玻片,根據雜交結果顯示探針的位置及熒光類型判斷野生型或不同的突變位點。本研究采用基因診斷確診為輕型地中海貧血者為地貧組。
1.3臨床處理
地貧組孕28周及孕32周予補充葉酸、維生素E、復合維生素B,各2周,并指導孕婦均衡飲食。孕足月入院待產時復查血常規RBC、Hb、MCV、MCH。
1.4統計學分析
將收集到的數據輸入計算機建立EXCEL數據庫,用SPSS 13.0統計軟件進行數據整理和分析。統計方法采用秩和檢驗和χ2檢驗。P
2結果
依據首次產前檢查時血常規及血紅蛋白結果分為3組,孕婦的血細胞分析結果見表1。
表1 各組孕婦的血細胞分析結果比較
表中除對照組和非地貧組的MCH外,各參數在各組間差異均有顯著性差異(P
在給予孕28周及孕32周的地貧組予補充葉酸、維生素E、復合維生素B,各2周,并指導孕婦均衡飲食,兩周之后再次復查血常規RBC、Hb、MCV、MCH結果見表2。
表2 地貧組予補充葉酸、維生素E、復合維生素B后
與先前的血常規比較
由表2可見,在給予葉酸、維生素E、復合維生素B后,28周及孕32周的地貧組孕在血常規RBC、Hb、MCV、MCH與初檢時有統計學差異(P
3討論
3.1地中海貧血的概況
地中海貧血(mediterranean anemia)也稱海洋性貧血(Thalassemia)、珠蛋白合成障礙性貧血、庫勒(Cooley)貧血。1925年Thomas Cooley和Pear Lee首次描述這種發生在意大利兒童的遺傳性、溶血性貧血病,按受累基因、血紅蛋白鏈位置分為α、β、γ和δ等4種類型,其中以β和α地中海貧血較為常見,廣泛發生于熱帶和亞熱帶國家,我國以長江以南發病率高,無明顯癥狀的攜帶者超過人群的20%[3]。
地中海貧血是一組常染色體不完全顯性遺傳性慢性溶血性疾病,是因珠蛋白基因缺陷使血紅蛋白中的珠蛋白肽鏈有一種或幾種合成減少或不能合成,引起血紅蛋白的組成成份發生改變而導致的溶血性疾病。
重型地貧胎兒基本不能妊娠至足月,大多在妊娠28~34周胎死宮內、死產或出生后不久夭折,不能長大成人,故臨床上成年地貧患者均為輕型,輕型地中海貧血常無臨床癥狀,其外周血中RBC和Hb也可以是正常的[4]。目前,臨床上篩查輕型地中海貧血的方法主要有血紅蛋白電泳、紅細胞脆性檢測等。近些年來文獻報道輕型地貧患者外周血中RBC、MCV、MCH等血細胞參數發生明顯變化,而且有診斷意義[5]。隨著臨床檢驗技術的提高,基因診斷的出現很大程度提高了地貧診斷的準確性。
3.2地中海貧血的預防
自20世紀70年代后期以來,在歐洲、中東和地中海的一些地區開展了高危人群地貧的前瞻性篩查,對象主要為育齡婦女及其配偶。Cao等[6]在地中海地區進行了近20年的地貧遺傳預防計劃,已經取得顯著的效果。Hsia等[7]在夏威夷實施了控制地貧計劃,包括對高危人群進行篩查、教育公眾重視地貧的預防方法、采用最優的篩查策略等。在我國南方,地貧是發病率高、影響較大的疾病之一。如廣東的地貧檢出率為1.08%~1.16%,廣西和海南更高。地貧的預防最關鍵要從婚檢著手。
3.3地中海貧血的治療
目前地中海貧血還沒有很高效的治療方法,在臨床上常用的方法可以分為兩大類:藥物治療和基因矯正。藥物治療包括早期的5-氮胞苷、羥基脲和丁酸鹽類藥物?;虺C正包括補償策略的珠蛋白基因治療以及造血干細胞移植治療。
本研究在臨床確診的基礎上,結合患者的初診的血常規和血紅蛋白分析,在孕期通過補充葉酸、維生素E、復合維生素B,各2周。葉酸、維生素E、復合維生素B是骨髓造血與修復所必需的物質,同時指導孕婦均衡飲食,攝入機體必需的微量元素與營養。通過以上的臨床干預臨床癥狀得到改善,并且也為優生優育奠定了基礎。
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基因治療的基本策略范文5
[關鍵詞] 冠狀動脈;支架;再狹窄;研究進展
[中圖分類號] R541.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721(2013)08(b)-0029-03
冠狀動脈支架置入術自20世紀80年代應用于臨床以來,得到了迅猛的發展,并已經成為心肌血運重建的主要手段,但支架置入術后仍有10%~50%[1]的患者發生支架內再狹窄(in-stent restenosis,ISR),以術后3~6個月為高峰期,6個月后的發生率明顯降低,這嚴重影響了支架置入術的療效和患者的長期預后。因此,解決支架內再狹窄是當今冠心病介入治療領域的難點與重點之一[2]。
ISR是指支架置入術后6~9個月冠狀動脈造影發現其管腔凈丟失率≥50%。Mehran等[3]利用血管內超聲顯像技術(intravascular ultrasound,IVUS),將ISR分為4型,Ⅰ型:局限病變型,位于支架內或支架邊緣,病變長度10 mm,但不超過支架的邊緣;Ⅲ型:增生型,病變長度>10 mm并超過支架的邊緣;Ⅳ型:完全閉塞型,造影劑不能通過。
1 ISR的病理學
支架置入所致的急性血管損傷程度決定新生內膜增生的程度。研究表明[4],由于支架置入使病變血管擴張而引起血管內皮的損傷,血管彈性層的破壞進而延伸到動脈外膜,血管的損傷導致血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMC)向損傷部位遷移增殖以及血栓的形成,從而引起ISR。而IVUS研究表明,ISR則完全是新生內膜的結果[5-7],而新生內膜主要是由增殖的VSMC和細胞外基質組成[8]。血管壁重構在時間上分兩個階段,其作用也是雙向性的:早期是適應性重構,大約距支架置入1~2個月,此時內膜組織增生并不壓迫支架改變其內徑且能在一定程度上減輕支架置入后管腔橫截面積的丟失;晚期主要發生在支架置入6個月以后,血管壁重構的程度與血管損傷輕重相關,會加重血管壁的硬化并引起ISR。
ISR的形成可分為以下幾個過程[9]:①支架置入后,血小板在支架表面的聚集和激活導致血栓的形成;②接下來的幾天到數周,大量白細胞聚集在血管損傷部位并分泌細胞因子對治愈的組織產生影響;③炎癥反應階段,可能持續幾個月,在這個過程中血管壁將重新組織,VSMC發生增殖反應,導致新生內膜大量增生從而引起ISR。
2 ISR的機制
ISR的發生機制尚未完全闡明,一般認為由多因素參與。目前多數學者認為,ISR是一個損傷反應后新生內膜增殖與血管重構的過程,其中血管內皮細胞的損傷及炎癥反應是ISR的啟動因素,VSMC的過度增殖與遷移,血管新生內膜的過度增生是其形成的中心環節[10],并且血栓形成也起一定的作用。
2.1 血小板激活血栓形成
無論是球囊預擴張還是支架置入,都可能造成動脈粥樣硬化斑塊與正常組織連接部位的破裂,并可深達中層,使內皮組織暴露并造成抗凝因子的釋放,如一氧化氮、前列腺素等,激活血小板并形成血栓,5~7 d附壁血栓達到高峰。研究表明,支架置入后最有可能刺激血栓形成的是組織因子的暴露[11],血小板活化后可釋放諸如血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor,PDGF)等,刺激中層VSMC的遷移和增殖,導致一系列血管損傷后的修復反應,引起血管狹窄。
2.2 炎癥反應
Kornowski等[4]觀察到血管損傷程度和炎癥反應程度明顯相關,炎癥反應程度又與新生內膜增生程度明顯相關。球囊擴張和支架置入損傷血管內膜,并且支架作為異物必定會引起機體的免疫應答,特別是支架損傷血管中膜層后[12],循環中的炎性細胞如T淋巴細胞、單核巨噬細胞,遷移并黏附于損傷部位,引起冠狀動脈炎癥。而且支架置入后持久牽拉血管,可導致血管中層持久的慢性炎癥反應,刺激內膜增生[13]。實際上炎癥細胞尤其是巨噬細胞在ISR的各個階段都能觀察到。炎癥可能是ISR發生的重要機制[14]。
2.3 血管內膜增生與血管重構
目前公認的ISR主要原因是置入支架局部的內膜過度增生[15],一直認為內膜剝脫、中膜損傷后平滑肌細胞過度增殖、遷移,是ISR病理改變的主要環節,故平滑肌細胞是增生內膜的主要成分。對支架而言,內膜增生分布于其全長,程度基本均等,僅在支架中心部位稍明顯,但未達到統計學差異。支架置入后的內膜增生并不只限于支架內表面,在支架外表面和血管壁支架也可有內膜組織的增生,并且可以影響支架置入部位血管壁重構的過程。ISR形成的晚期主要是由血管壁中層大量纖維組織增生引起的血管重構。血管重構包括負性重構和正性重構,ISR是由負性重構引起的。
3 ISR的影響因素
3.1 年齡
年齡每增加10歲,發生ISR的相對危險度增加1.14,而據Kasaoko等[16]報道年齡每增加10歲,受損血管處發生狹窄的相對危險性增加14%~19%。
3.2生活方式
吸煙是冠狀動脈粥樣硬化的危險因子,參與并加速了動脈粥樣硬化的發生及發展。Sahara等[17]的研究發現,吸煙者發生局灶性冠狀動脈ISR和彌漫性ISR的比率高達76%~85%,但新的研究卻顯示,吸煙與ISR關系不大[18]。Niroomand等[19]研究表明,每周飲酒≥50 g的患者較每周飲酒
3.3代謝因素
胰島素依賴型糖尿病是支架置入術后ISR發生的獨立危險因素[16,20],這可能是由于胰島素抵抗致內皮功能不全并導致平滑肌細胞增殖,造成冠狀動脈內膜增生,導致ISR的發生。有報道稱,高尿酸血癥亦與ISR有關[21]
3.4冠狀動脈病變相關因素
國內陳韻岱等[22]認為,左前降支、開口病變是預測ISR的危險因素。冠狀動脈ISR發生率與原血管病變長度、大小呈正相關[18,23],可以將10 mm病變長度作為ISR的一個高危界限。同時在小血管(血管直徑
3.5置入支架相關因素
一次置入多個支架是ISR的顯著危險因素[24],30 mm的長病變[22],以及因ISR而在此再次置入支架者,其ISR發生率很高。
3.6 與介入操作相關的因素
①術者對支架及支架長度的選擇;②經球囊高壓擴張,但置入支架的對稱性不好;③冠狀動脈旁路移植手術后在移植橋血管內置入支架;④置入支架時無IVUS指導;⑤兩次介入的操作時間間隔≤90 d。
4 ISR的防治對策
對于ISR,除了改變不良生活習慣、加強口服藥物治療,臨床上也出現了一些新的技術用于ISR的預防和治療,諸如切割球囊、定向冠狀動脈斑塊旋切術、基因治療及放射治療等。
4.1盡可能減少ISR的危險因素
冠狀動脈病變患者的臨床特點及病變的臨床特征是無法改變的,臨床醫生應盡量嚴格掌握手術適應證并根據病變選擇合適的支架,術中盡量減少血管內膜的損傷。
4.2 口服藥物治療
血管緊張素受體拮抗劑具有保護內皮功能,抑制平滑肌細胞增生和向內膜遷移,阻止新生內膜增生,從而延緩和抑制ISR的血管壁增厚,改善損傷反應的形成。他汀類藥物除降脂作用外,還有抗炎、抗增殖、抗氧化應激、抑制新生血管形成等多重作用,保護受損血管內皮細胞,干預ISR的多個環節,是可以用于降低ISR的發生率[25]。另有小規模的動物實驗和臨床研究證實口服雷帕霉素可以降低冠狀動脈金屬裸支架置入后的再狹窄率[26],但尚未得到大規模臨床實驗的證實。
4.3 藥物涂層支架
藥物涂層支架(drug eluting stent,DES)是將抗血栓和抗增殖藥物包被于冠狀動脈支架上,置入冠狀動脈后藥物在局部以“洗脫”方式緩慢釋放,既增加局部藥物濃度,又減少全身不良反應,從而降低再狹窄率[27]。①抗血栓藥物以肝素膜為代表,主要作用是降低血栓的發生,據報道可使支架置入后ISR降到12%~22%[28];②抗增殖藥物以雷帕霉素和紫杉醇為代表,雷帕霉素抑制細胞從G1期向S期過渡,而紫杉醇可使細胞發育受阻于M期,均可以一直VSMC的增殖,減少再狹窄的發生。大規模臨床實驗證實此兩種藥物涂層支架均可明顯降低支架置入后ISR。
4.4 內皮細胞種植
內皮細胞種植能在較短的時間內使受損的血管壁重新內皮化,迅速恢復內皮細胞的完整性及其生物學功能,維護了血管局部的正常生理環境,能夠減少急性、亞急性血栓形成和再狹窄的發生。
4.5 基因治療
基因治療被認為是防止ISR較理想的方法,主要是把帶有細胞毒性基因、細胞穩定基因、抗遷移基因的支架置入病變處,可抑制VSMC增殖和遷移并促進內皮細胞增生及血栓溶解。用于防止ISR的基因主要分為5類[28]:①抗血栓形成的基因;②血管活性物質的基因;③生長因子的基因;④癌基因與抑癌基因;⑤細胞周期調節基因。
4.6 切割球囊
切割球囊被證明能有效防治ISR,臨床應用有效而安全。Chen等[29]根據IVUS檢查發現切割球囊主要機制是顯著減少斑塊面積但對血管面積無明顯增加,這提示它對血管的損傷小,是其降低ISR的主要機制。
4.7 冠狀動脈內放射治療
冠狀動脈內放射治療(intracoronary radiation therapy,ICRT)由導管介導,將β射線源或γ射線輸送到靶血管,借助電離輻射的作用來干預血管成形術后的病理生理反應,降低ISR。主要作用機制是抑制VSMC的遷移,誘導平滑肌細胞出現G1期阻滯,進而抑制其增殖,從而減少內膜增生。
4.8 斑塊消融治療
斑塊消融技術可以清除支架置入術后的殘余斑塊及新生內膜組織,在理論上是有效的,但都是與單純PTCA相比較的結果,并沒有與支架置入術后進行對照。目前應用較多的有定向冠狀動脈斑塊切除術(directional coronary atherectomy,DCA)、冠狀動脈斑塊旋磨術(rotablata)、冠狀動脈內激光成形術(excimer laser coronary angioplasty,ELCA)等。
4.9 超聲治療
已有實驗證實,超聲可抑制平滑肌細胞的黏附、遷移和增生,從而干預損傷血管修復過程,防止平滑肌細胞的過度增生[30]。但其對ISR的防治作用,仍有待于進一步研究。
4.10 再次支架置入
支架內支架可以得到良好的影像學結果,是一種安全有效的治療ISR策略,其遠期療效也令人滿意[31]。
5 小結
綜上所述,ISR是一個十分復雜的問題,近年來隨著對ISR發生機制的深入研究,各種針對其發病機制的防治措施不斷發展。DES的出現曾一度使冠狀動脈介入治療領域看到了消除ISR的希望,但近年來隨著DES的廣泛應用,特別是在左主干、分叉病變及小血管的應用,發現其ISR也在逐漸增高。目前,在患者規律口服藥物治療、術中盡量減少ISR的危險因素的同時,一旦發生ISR,應用何種治療方法最有效且長期療效如何,仍需要大規模的臨床實驗提供循證醫學證據。相信,隨著新藥物的臨床應用、新技術的不斷進步以及新一代支架的問世,ISR這個困擾冠狀動脈介入治療領域的難題終將被攻克。
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基因治療的基本策略范文6
提要 尋找與高血壓以及血壓調節有關的基因,已成為當前心血管領域的研究焦點之一,一些屬于單基因遺傳病的繼發性高血壓的致病基因已被識別。原發性高血壓是一種多基因遺傳病,其發病系遺傳與環境因素共同作用的結果,這為高血壓易感基因研究帶來很大困難。迄今大多用候選基因法進行高血壓相關基因研究。在人和動物模型的研究中,有關高血壓候選基因多態性的報道已有四十多種,但各家結果不一致。近年來用微衛星標記進行全基因組掃描和連鎖分析,它已成功地用于多基因病相關基因的定位克隆研究。應用該技術對原發性高血壓易感基因的定位研究正在進行中。
Gene studies in hypertension:State-of-art
Abstract The search for genes influencing blood pressure or hypertension has become one of the focal point of cardiovascular research. A few disease genes causing secondly hypertension,as a result of a single gene defect, have been identified. However,essential hypertension is a polygenic disease and both genetic and environmental factors play important roles in its development. This fact makes the identification of its susceptibility genes more difficult. So far most studies to reveal the genes related to essential hypertension have employed a candidate gene approach.Using this strategy,the associations between polymorphisms of over forty genes with essential hypertension have been reported in human or in animal models.However,the results are not consistent .Recently,a genome-wide scan and linkage analysis using microsatellite markers becomes a useful approach in the positional cloning of genes in polygenic diseases.Its application for mapping susceptibility genes of hypertension is ongoing.
Key words essential hypertension;gene;candidate gene approach;genome-wide scan
和平利用原子能、登月和人類基因組計劃(HGP)是本世紀最重要的三大科技成就。1990年啟動的美國HGP的研究目標是在2005年最終闡明人類基因組DNA的全序列、發現所有人類基因、完成它們在染色體上的定位。目前人類基因組遺傳圖和物理圖已經完成,大規模測序技術和生物信息學獲得迅速發展,提前達到HGP研究目標已成定局。在“結構基因組學”獲得巨大進展的推動下,一個以破譯基因功能信息為目標的“功能基因組學”已應運而生。為應對激烈的國際競爭和日新月異的科技進步,我國科學家率先提出了“疾病基因組學”這一新概念,從而確立了我國人類基因組研究的重點和特色。在“863”計劃等相關項目的研究基礎上,集合了國內一批一流研究單位,一項以創立“疾病基因組學”理論和技術體系為目標和“國家重點基礎研究發展規劃”研究項目,已于今年初正式啟動,這標志著我國疾病基因研究已經跨入積極參與大規模國際競爭的時代。
1 繼發性高血壓基因研究現狀與展望
在高血壓基因研究方面,迄今已有10多種屬于單基因遺傳病性質的繼發性高血壓的致病基因已被定位或克隆。它們是:與腎上腺皮質激素代謝有關的基因:如醛固酮合成酶基因與11β羥化酶基因形成嵌合基因,導致糖皮質激素可抑制性醛固酮增多癥;與離子轉運有關的基因:如已查明Liddle綜合征系上皮細胞鈉通道β.γ亞單位突變所致;一些因兒茶酚胺產生過量導致高血壓的常染色體顯性遺傳疾病,它們的致病基因已被識別。此外,某此類型的多囊腎致病基因也已被定位。需要指出單基因性質的高血壓基因研究
并未結束,可能還有一些尚未認識的新病種有待發掘,如在土耳其發現一種以嚴重高血壓伴短指畸形為特征的常染色體顯性遺傳病,新近其基因已被定位。此外,闡明致病基因在高血壓發病中的分子生物學和病理生理機制、探索基因治療等方面有待進一步研究。
2 原發性高血壓基因研究現狀與展望
單基因病致病基因的識別,猶如池塘中的魚已釣一個少一個;而多基因病易感基因卻似深海中的魚,若隱若現、深不可測。當前疾病基因的研究重點從單基因病轉向多基因病已成趨勢,但難度也越來越大。原發性高血壓(EHT)是一多基因遺傳病,其發病率高、危害性大、家系樣本收集相對比較容易,因此已成為當前多基因病研究的重點和熱點之一。
EHT發病是遺傳因素與環境因素共同作用的結果,一般認為,人群中血壓變異的30%~60%是由遺傳因素決定的。遺傳因素賦予個體對于EHT的易感程度,因此與EHT發病相關的基因稱為易感基因而不是致病基因。
自90年代起識別EHT相關基因的研究開展得十分活躍,目前最常用的方法為候選基因法,其基本策略和步驟為:以參與血壓調節機制的蛋白為對象,確定候選基因;進行遺傳連鎖分析,確定該候選基因座位與高血壓是否連鎖;篩查該候選基因的各種突變體;基因多態性與高血壓間的關聯研究,以確定該基因突變體是否與EHT相關。相關基因識別后到最終確定為EHT易感基因還有很多工作要做。
在已研究過的所有EHT候選基因中,以血管緊張素原(AGT)基因的研究最為深入。多數報道指出AGT基因與EHT相連鎖,不少研究發現AGT基因的M235T變異體(即基因突變導致AGT第235號氨基酸由甲硫氨酸轉變為蘇氨酸)與高血壓相關聯,235T純合個體的血漿AGT水平顯著高于235M純合個體。但也有一些研究無法證實AGT基因M235T多態性與高血壓有關。血管緊張素轉化酶(ACE)基因存在插入型(Insertion,I)或缺失型(Deletion,D)多態性。目前一般認為ACE基因這一多態性與高血壓關系不大,但似與心、腦、腎等靶器官損害有關。盡管薈萃分析結果支持這一觀點,但ACE基因的DD基因型是否為心腦血管病的危險因子,需待前瞻性研究加以證實。一組意大利學者對α-adducin基因與高血壓關系進行過系列研究,提出α-adducin基因突變是鹽敏感性高血壓的遺傳基礎之一,從而引起廣泛重視,但目前多數報道不能證實這一結果。目前已經研究過的EHT候選基因不下四、五十個,不能一一介紹。但迄今為止用這一方法未能肯定哪個基因與EHT相關。盡管如此EHT候選基因對象仍在擴大,對于已研究過的候選基因尋找新的變異體,并探索它們與EHT間的關系還將繼續。另一方面,候選基因多態性的民族和地區差異的研究,尤其對于基因多態性分型用于指導臨床的可能性探討正越來越受到重視。
近年來應用微衛星引物進行基因組掃描的技術已經成熟,多色熒光標記的微衛星DNA引物已經商品化。用300多對覆蓋整個基因組的微衛星引物,選擇大樣本的EHT家系或同胞對進行連鎖分析,有可能將EHT相關基因位點定位到某一染色體區域內,分辨率可達10cM。進一步用區域內DNA多態標記進行精細定位,如能將范圍縮小到1cM以內,便可直接大規模DNA測序,分離并克隆出EHT相關基因。全基因組掃描的應用,在個別多基因遺傳病基因定位中已有成功報道。目前國內外一些實驗室正采用此技術進行EHT相關基因的染色體定位研究,但迄今尚未見正式報道。
患者對藥物的反應、藥物副作用以及藥物在體內的代謝,都存在明顯的個體差異,這種差異都有一定的遺傳背景。如能在基因水平上闡明有關機制,將有可能通過檢測某個或某一組基因的多態性,預測藥物療效、減輕甚至避免副作用。“藥物基因組學”的出現為實現高血壓個體化治療帶來了希望。