基因疗法治疗心力衰竭

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[生物通讯]加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员开发出一个新治疗基因和一个分子运送系统，实现了在动物实验中通过基因疗法治疗慢性心力衰竭的长期性成功。

    心力衰竭是世界上一大主要疾病，又称“充血性心力衰竭”或“心功能不全”。当心脏病或其它疾病使心脏负担加重时，心脏排血功能减弱，以致输出的血量不能满足各器官及组织的代谢需要，同时器官及组织中的血液也不能顺利地回到心脏，因而产生本病的一系列缺氧和淤血表现。仅在美国。心力衰竭患者就超过450万。心力衰竭发作于心脏失去为机体补充足够的血液循环之时。当前，除器官移植和包括人工心脏在内的机械泵装置外还没有有效治愈慢性心力衰竭的方法。

    在发表于2002年7月22日期的《自然医学》（Nature Medicine）杂志上的一篇研究中，加州大学圣地亚哥分校的研究人员报道，他们对一个叫做受磷蛋白（phospholamban，PLN)的基因进行了修饰。PLN起着调节每一次心跳的强度的作用，它出现功能障碍就会导致心力衰竭发作。通过该修饰基因结合一种持久高效的将基因直接运送至心肌的方法，研究人员大大改善了动物心脏的收缩和舒张，并最终阻止了心脏功能的退化，成功预防了心力衰竭的发作。

    这个发表在《自然医学》上的治疗策略在发生天然突变导致发作与人类中相似的进行性心力衰竭的仓鼠中进行。当前，研究人员正在更大的心力衰竭动物模型－－猪身上对该策略进行进一步检验，他们希望能够在未来12到18个月内开始人类临床试验。该基因将通过特殊的导管运送，这将成为医院的标准设施。

    文章的高级作者，加州大学圣地亚哥分校分子医学研究所的主任、医学教授Kenneth Chien博士指出，如同癌症一样，心力衰竭的病因有多种，其中包括冠心病、遗传变异、高血压、心律失调以及糖尿病并发症等。结果就令研究人员很难确定究竟是哪一个病因应该作为预防心力衰竭的作用靶点。

    最近几年里，Chien 的研究小组发现心力衰竭，尤其是心泵功能降低导致的心力衰竭与PLN有关。PLN是一个钙循环调节基因，它的正常功能是调节心肌细胞中钙的运动，就像在钙泵上安装的一个闸，负责将钙泵至储存地点，使钙可以随每一次心跳释放到机体中。提高心律和心脏功能的激素肾上腺素等则负责缓解这个闸门的效用。

    激素加速器与PLN闸之间的平衡在心力衰竭中被破坏。由于心脏病发作或遗传缺陷等心脏损伤，PLN闸系统变得有缺陷，闸打开得过大，限制钙的循环，削弱了心脏功能。

    文章的第一作者、同时也是Chien的实验室一名领导科学家Masahiko Hoshijima博士解释说，研究小组通过替换PLN内的一个氨基酸，从而诱导出一个突变形式的PLN基因，抑制正常PLN基因的功能，成功克服了这个问题。

    “从本质而言，我们抑制的是这个抑制因子。”他说。“PLN突变能够替换缺陷的PLN基因，产生正常的心脏收缩和舒张，阻止了心力衰竭的发作。”

    通过比较30只导入PLN突变基因的仓鼠与28只携带正常PLN基因的仓鼠，研究人员发现，突变仓鼠心脏的泵血功能得到了显著改善。进行性心肌收缩损伤5周后就被阻止了。而未接受该基因治疗的仓鼠却出现人类晚期心力衰竭的症状。

    另外，导入突变PLN基因仓鼠的心脏壁厚度也增加，这反映出心肌细胞对心脏发保护作用以及伴随心力衰竭发生的心室壁变薄。心脏功能得到改善的另一指示器是导入PLN突变基因仓鼠中钙吸收的增加。小鼠钙活动的加强程度超过100％。

    除了研制出一个能够预防进行性心力衰竭的基因外，研究小组还需要一种有效的分子方法－－载体－－来运送基因，使基因通过冠状动脉直接到达心脏。但用于转基因的载体活性被病毒原抑制。

    加州大学圣地亚哥分校的研究小组首次利用活性被抑制的腺病毒作为基因治疗的载体，但这并非理想的选择。作为一种常见的感冒病毒，腺病毒在人体中的存活期相对较短。7天内，机体的免疫系统就会杀死病毒，清除其运来的“货物”－－PLN突变基因。

    研究作者在文章中指出，“显然，对于基因治疗而言，要想成为切实可行的慢性心肌疾病治疗策略，必需设法使靶基因在机体内的表达时间延续到几个月。”。

    为实现这一目标，文章的另两名合著者、加州大学圣地亚哥分校医学教授John Ross和Yasuhiro Ikeda博士发明了一种高效的基因运送方法，新方法成功利用了腺相关病毒载体（adeno-associated viral vector ，AAV)。

    “AAV的免疫刺激效应很小，它可以在心肌细胞的细胞核中稳定下来，有效期要比腺病毒长得多。”Ross 解释说。

    以AAV作为载体，不会引起心肌炎症，这表明免疫系统没有清除靶基因。7个月后，导入PLN突变基因的仓鼠，心力衰竭的病症完全得到控制。研究人员还发现，AAV对心肌具有很高的亲和力，它被吸引到心肌，而不是分散到其它机体的组织中。超过60％的心肌细胞表达出靶基因。

    当前这项由Chien领导的研究小组还计划确定PLN突变基因在机体维持的有效时间有多长。另外，研究人员也正在研究PLN突变基因与β阻遏剂一同使用的安全性。β阻遏剂是心脏病人常用的一种治疗药物。

    除Hoshijima, Ikeda、Ross和 Chien外，文章作者还包括加州大学圣地亚哥分校医学系的Yoshitaka Iwanaga博士、Susumu Minamisawa博士、Moto-o Date博士、Yusu Gu博士和 Mitsuo Iwatate博士；马里兰大学的Manxiang Li博士；宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究院的Yibin Wang博士和 James M. Wilson。

消息来源：加州大学圣地亚哥分校

生物通摘译自BIO.COM