1、第十九章 遗传病的治疗,Treatment of Genetic Disease,2,第一节 遗传病治疗的原则,一、良好疗效原则 应选择遗传病病因或发病机制清楚的病种进行治疗，不同遗传病采用不同的治疗方法，以获得良好疗效。 单基因病的治疗：主要是部分先天性代谢病的治疗按禁其所忌，去其所余和补其所缺的原则进行，即主要采用内科疗法。 多基因病的治疗：药物治疗或外科手术治疗。 染色体病的治疗：少数性染色体病，用激素和手术治疗。,3,二、长效性原则：,遗传病的治疗应有长效性，有些遗传病治疗的近期效果明显，但无远期效果或由副作用。例如： 苯丙酮尿症：随着年龄增长，患者会表现出或轻或重的学习障碍，行为紊乱
2、。 女性半乳糖血症：在早期的“成功”治疗后，到青春期则发现半乳糖毒性作用导致其卵巢功能早已丧失。 地中海贫血症：输血治疗后会使患者铁过量。 血友病：用凝血因子治疗后，患者会产生针对输入的凝血因子的抗体。,4,三、必要性原则 对杂合子和症状前患者是否应该实施预防性的治疗措施不能一概而论，取决于： 疾病的严重程度 治疗的近、远期效果 药物不良反应大小 人们对这种问题的道德取向,5,四、最佳治疗策略 遗传病治疗应选择最佳策略。针对遗传病发生的不同环节可采取得治疗策略包括： 1.基因水平：转入基因或调控基因表达水平。 2.代谢水平：改善蛋白质功能，控制代谢底物或产物。 3.临床水平：内、外科治疗以及心
3、理治疗等。,6,第二节 遗传病的传统疗法,一、手术治疗 （一）手术修补、矫正 主要用于唇裂、腭裂、心脏房间隔或室间隔缺损、性器官畸形等疾病的治疗。,7,（二）器官或组织移植 适合于病变只涉及个别器官或组织的疾病，或者是由某个器官的病变引起的全身性疾病。例如： 1. 肾移植：家族性多囊肾、遗传性肾炎 2. 骨髓移植：重型地中海贫血、免疫缺陷患者 3. 角膜移植：遗传性角膜萎缩症患者 4. 白细胞或成纤维细胞移植：粘多糖累积症、成纤维细胞和白细胞中艾杜糖酶缺乏致病 5. 肝移植：1抗胰蛋白酶缺乏,8,二、药物治疗,原则：去其所余、补其所缺 （一）去其所余 1.应用螯合剂 ：肝豆状核变性铜代谢障碍，
4、给患者服用青霉胺，可除去患者体内细胞中堆积的铜离子。（青霉胺+铜离子=螯合物） 2.应用促排泄剂 ：家族性高胆固醇血症（血清胆固醇过多），消胆胺促进胆固醇转化为胆脂胆道排除。 3.利用代谢抑制剂 ：用别嘌呤醇（allopurinol）抑制黄嘌呤氧化酶，可减少体内尿酸的形成，可用于治疗原发性痛风和痛风性肾病。,9,4.血浆置换或血浆过滤： 血浆置换（Pladma exchange，PE）是将人体内的致病物质或毒素从血浆分离弃去或将异常血浆分离后，经免疫吸附或冷却滤过除去其中的抗原或抗体，再将余下的血液成分加入置换液回输的一种技术。1956年血浆分离设备问世，1959年Waldenstrom应用于
5、治疗疾病。 可除去大量含有毒物的血液，此法已成功应用于重型高胆固醇血症，溶酶体贮积病及某些遗传性溶血性贫血。,10,血浆过滤（plasmafilter）是将患者的血液引入含有特定的亲合结合剂容器内，由于亲合剂与血浆中“毒物”选择性结合后不能通过回输滤器，将“清洁”血液重新输入患者体内，获得治疗效果。例如，治疗家族性高胆固醇血症。,11,5.平衡清除法（equilibrium depletion） ： 对于某些溶酶体贮积症，由于其沉积物可弥散入血，并保持血与组织之间的动态平衡。如果把一定的酶制剂注入血液以清除底物，则平衡被打破，组织中沉积物可不断进入血液而被清除，周而复始，可逐渐达到去除“毒物”
6、的目的。,12,（二）补其所缺 一些遗传病由于酶缺乏不能形成机体所必需的代谢产物。 补充缺乏的蛋白质、酶或它们的终产物可达到治疗目的。 Turner综合症雌激素 侏儒症生长激素 糖尿病胰岛素 先天性肾上腺皮质增生症类固醇激素 先天性无丙种球蛋白血症给予丙种球蛋白治疗,13,三、饮食治疗 原则：禁其所忌 即对因酶缺乏而造成的底物或中间产物堆积的患者，制定特殊的食谱或配以药物，以控制底物或中间产物的摄入，减少代谢产物的堆积，达到治疗的目的。 半乳糖血症：半乳糖（乳类制品） 苯丙酮尿症：苯丙氨酸 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症 ：禁用抗疟药、磺胺类药、蚕豆素等,14,第三节 基因治疗,基因治疗(gen
7、e therapy)就是运用重组DNA技术, 将正常基因及其表达所需的序列导入患者体内，以替代或补偿缺陷基因的功能，或抑制基因的过度表达，从而治疗疾病的方法。,15,一、基因治疗的策略,（一）从基因功能方面考虑 1.基因修正(gene correction):原位修复有缺陷的基因，使其在质和量上均能得到正常表达。目前无法做到。 2.基因替代(gene replacement) :指去除整个变异基因，用有功能的正常基因取代之，使致病基因得到永久地更正。目前无法做到。,16,3.基因增强(gene augmentation): 将目的基因导入病变细胞或其他细胞，并使其表达。最适于隐性单基因病的治疗
8、，目前基因治疗均属此类。 4.基因抑制或/和基因失活(gene repression / inactivity):导入外源基因干扰、抑制有害基因的表达。,17,（二）从基因治疗的步骤与方法考虑 1.直接基因治疗：直接注射目的基因到患者体内（直接活体转移）。 2.间接基因治疗：目的基因转移到受体细胞，受体细胞转移给患者（回体转移）。,18,（三）从受体细胞方面考虑 1.生殖细胞基因治疗（germ cell gene therapy） 正常基因转移患者的生殖细胞发育成正常个体（使下一代得到治疗） 2.体细胞基因治疗（somatic cell gene therapy） 正常基因转移体细胞使之表达基
9、因产物以达到治疗目的。 体细胞基因治疗不必矫正所有的体细胞；某些疾病，只需少量基因产物即可改善症状。,19,（四）从基因整合位点考虑 1. 定点整合：将目的基因定点整合到受体细胞基因组中，替代或修复异常基因。是理想的策略，目前做不到。 2. 随机整合：目的基因随机整合到受体细胞基因组中。体细胞基因治疗目前采用随机整合，这种策略易于获得成功。,20,二、基因治疗的步骤与方法,（一）转基因治疗 1.正常基因的获取 （1）正常基因的分离与克隆：需要基因探针和准确的基因定位 （2）人工合成基因：化学合成，DNA合成仪合成,21,2.靶细胞的选择,原则是： 1.坚固，耐处理，易于分离及回输 2.具有增殖
10、优势，生命周期长 3.易于受外源遗传物质的转化 4.目的基因表达具有细胞特异性或组织特异性 目前常用：淋巴细胞、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。,22,3.基因转移 基因转移（gene transfer）的常用方法有： （1）物理法：显微注射技术、电穿孔法、微粒子轰击法 显微注射技术：显微镜下向细胞核直接注射外源基因。（一次只能注射1个细胞，工作量大） 电穿孔法：利用脉冲电场使细胞膜产生纳米大小的微孔，将外源DNA转入细胞。 微粒子轰击法：利用金、钨吸附DNA，高压电场作用下将DNA伴随金属颗粒高速导入细胞。能有效将DNA在活体组织、贴壁细胞和悬浮细胞中表达。,23
11、,（2）化学法：应用磷酸钙共沉淀法，通过改变细胞膜的通透性及增加DNA与细胞的吸附而实施基因转移。 （3）膜融合法：应用人工脂质体包围外源基因，再与细胞融合，或直接注入病灶组织使之表达。 （4）受体载体转移法：将含有目的基因的重组质粒和某些细胞表面受体能识别的特异性多肽（配体）形成复合物，通过细胞内吞途径转移目的基因。,24,（5）同源重组法：将外源性目的基因定位或原位修补，导入的外源基因和染色体上的基因在同源顺序间发生重组而插入染色体，外源基因能专一地整合到靶细胞的特定位点，取代原位上的缺陷基因。 （6）病毒介导转移法：将外源性目的基因组装于病毒上，让重组病毒去感染受体宿主细胞。 RNA病毒
12、：逆转录病毒 DNA病毒:腺病毒、疱疹病毒等 4.外源基因的表达与检测,25,（二）基因治疗的其他方法（了解）,1.反义寡核苷酸技术：人为的制成反义核酸，使其和mRNA互补结合，阻止其翻译成蛋白质而达到治疗疾病的目的。,26,2.三链形成寡核苷酸（triplex-forming oligonucleotides, TFO ）：是一段DNA或RNA寡核苷酸在DNA大沟中以Hoogsteen氢键与DNA高嘌呤区结合，形成三链结构。TFO可与启动子区或结构基因结合而抑制基因转录。 3.核酶与核酶介导的反式剪接：核酶是由RNA构成的具有催化功能的酶，可以作为基因表达和病毒复制的抑制剂，在肿瘤和HIV感
13、染的基因治疗中有广泛的应用。,27,4.RNA干扰（RNA interference）：Fire和 Mello等发现RNA的意义链和反义链均可抑制基因的表达，设想二者在抑制基因的表达中可能有累加的功能。研究表明，意义链和反义链RNA共存抑制基因表达的效率达到单一意义链或反义链RNA的10倍以上，这种双链RNA（dsRNA）介导的转录后基因沉默(PTGS)现象称为RNA干扰，简称为RNAi。 用 RNAi 技术关闭病毒基因、癌基因、致病基因。,28,5.“自杀基因”疗法：是将编码某种酶的基因（自杀基因）转染到肿瘤细胞中，然后用药物来杀死细胞。这种药物对正常细胞无毒，但对肿瘤细胞具有选择性杀伤作用
14、，因为导入的“自杀基因”所编码的酶使这种药物转化为对肿瘤有害的物质，使肿瘤细胞DNA不能复制而死亡。,29,6.多抗药基因疗法：由于多抗药性（MDR）基因已被克隆，因此人们设想分离患者的造血干细胞，将MDR基因从体外转导进去，使这种干细胞获得多药耐药性，再回输给患者，使得由此类被修饰的干细胞繁衍的白细胞具有多药耐药性，而肿瘤细胞未获得MDR基因，不具备耐药性或耐药性较差，这样在加大化疗剂量或在持续较长时间化疗的情况下，可大量杀死肿瘤细胞而白细胞较少受损，以此达到治疗肿瘤的目的。,30,7.抑癌基因疗法：野生型抑癌基因的失活和肿瘤的发生密切相关，因此人们设想将正常的野生型抑癌基因导入肿瘤细胞以代
15、替和补偿有缺陷的抑癌基因，从而抑制肿瘤的生长或逆转其表型。这是基因添加的一种方式。这方面研究最多的是P53基因。,31,三、成功实施基因治疗的基本条件,1. 掌握该病分子缺陷的本质； 2. 矫正遗传病的正常基因得到克隆； 3. 克隆基因能有效表达； 4. 克隆基因能有效调节； 5. 有可利用的动物模型。,32,四、适于基因治疗的遗传病,鉴于疾病基因治疗的高成本，并非所有的遗传病都有进行基因治疗的必要。 1.人群中的发病率高 2.疾病对病人的危害性大 3.患者对家庭和社会的影响严重,33,五、基因治疗的临床应用,目前临床试用的基因治疗遗传性疾病,34,基因治疗临床应用举例,例1：腺苷脱氨酶（ad
16、enylate deaminase，ADA）缺乏症： AR，患者由于ADA缺乏，导致脱氨腺苷酸增多，改变甲基化能力，产生毒性效应，使T淋巴细胞受损，机体可出现反复感染等症状。 基因治疗方法：分离病人外周血T淋巴细胞体外培养IL-2等促细胞生长因子刺激细胞生长T淋巴细胞分裂含正常ADA基因的逆转录病毒载体LASN导入细胞回输病人,ADA转移和表达载体结构,35,ADA: 1% 25%,Ashanti de Silva（阿散蒂席尔瓦 ）,1990.9.14，美国国立卫生研究院正式批准安德生（W.F.Anderson）领导的治疗小组为Ashanti de Silva做基因治疗。,Injections
17、 repeated 7 times in first 10.5 months,W.F.Anderson,36,例2：血友病B（国内首例人类基因治疗） 逆转录病毒载体转移因子基因至病人皮肤成纤维细胞中产生了高滴度有凝血活性的因子蛋白皮肤成纤维细胞回植入病人皮肤,凝血因子cDNA转移和表达载体结构图（PXL-J）,薛京伦 （复旦大学） 1991，逆转录病毒,37,例3囊性纤维化（cystic fibrosis，CF） 应用腺病毒运载体输入正常的CFTR基因转移到呼吸道上皮的试验已经成功。 例4-抗胰蛋白酶缺乏 应用腺病毒运载体把-抗胰蛋白酶基因转移到呼吸道上皮细胞，可阻止慢性阻塞性肺病的发展。 例
18、5LDL受体缺乏 应用逆转录病毒载体和体外方法已经把LDL受体基因转移到家族性高胆固醇血症（FH）患者的肝细胞中。,38,六、基因治疗的现状,截至2004年6月底，全世界范围内基因治疗的临床试验方案已有987个。其中： (1)恶性肿瘤占总数的66； (2)心血管疾病占8.1； (3)单基因疾病占9.4； (4)感染性疾病（主要是艾滋病）占6.6； (5)其他疾病占2.9； (6)基因示踪占5.3。,39,七、基因治疗存在的问题及解决办法（一）导入基因的持续表达 因为外周血淋巴细胞和皮肤成纤维细胞都有一定的寿命限制，所以需不断的给患者回输含目的基因的细胞。 现已有许多实验室正在研究寿命较长的靶细
19、胞，如造血干细胞和骨髓前体细胞。,40,（二）导入基因的高效表达 迄今所有导入细胞的目的基因表达率都不十分高，这与基因转移方法、靶细胞的选择等有关。目前有不少实验室正在研究将高效的启动子构建入逆转录病毒载体，如:人巨细胞病毒的启动子。 由于存在组织特异性，并非一个启动子适于所有基因的高效表达，所以其它的高效启动子也在研究中。,41,(三）安全性问题 到目前为止，临床试验还未出现野生型病毒感染现象，但反转录病毒基因转移系统的安全性问题仍然必须重视； 另一方面，目前基因治疗研究尚未发展到定点整合、置换缺陷或有害基因的阶段，治疗基因在基因组中随机整合，有可能激活原癌基因或失活抑癌基因，从而引起细胞恶
20、性转变。 因此，为安全有效地进行基因治疗，任一方案的实施，都要有相应的安全性研究检测指标和研究结果。根据严格的技术规程与标准，由有关的行政管理部门批准实施。,42,1999.9，18岁的美国青年杰西吉尔辛格（Jesse Gelsinger）患罕见遗传病-鸟氨酸转甲酰酶不足症，在美国宾夕法尼亚洲大学人类基因治疗中心接受基因治疗，因对作为基因载体的腺病毒敏感不幸死亡，成为被报道的首例死于基因治疗的患者。,Jesse Gelsinger,43,（四）伦理道德问题 体细胞基因治疗是符合伦理道德的，而生殖细胞基因治疗是否符合社会伦理道德则引起争议。从基因治疗的目的和对人类生存发展的积极影响看，是符合伦理道德的。关键是要取得社会的理解与配合。首先是患者及其家属的配合。因此，宣传基因治疗的科学性与安全性以及对人类健康的重要性，以提高人们的认识，同时建立并完善医疗法制与措施也是必要的。,
