基因治疗技术的重要进展

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生物通报道: 尽管经历了15年的浮浮沉沉，基因疗法一直吸引着许多世界上最优秀的科学家。令他们着迷、为之沉醉的正是基因疗法的无限潜力——能够通过替代缺失的基因或丧失功能的基因从而达到治疗各种人类疾病的目的。一个来自威斯康辛州立大学魏茨曼中心（University of Wisconsin Medical School、Waisman Center at UW-Madison）和麦迪逊Mirus生物公司(Mirus Bio Corporation of Madison)的研究小组报道了一项在基因治疗最基本、也是最具挑战性的领域取得的重要进展——如何能既安全又有效地将治疗DNA导入细胞中。

威斯康辛州的科学家发现了一个特别的简单的解决方法。他们在研究中使用了一种类似静脉注射的高压注射方法，将基因注射到大小不同的实验动物的四肢静脉中。注射的遗传物质能够很容易的进入到肌肉细胞中，并在那儿很长一段时间内行使其职责。这项研究将尤其有助于促进肌肉和血管失调的治疗研究。

实验中，研究人员并没有其它一些研究组那样使用病毒载体将基因送入细胞内。相反，他们使用了裸露的DNA。裸露的DNA较少引起免疫反应，这是因为它不含有蛋白质外壳（所以称为“裸露”），使得它不能自由地从一个细胞移动到另一个细胞或者融合到染色体中。因此，裸露的DNA通常不引起抗体反应，通常也不会造成不良的遗传反应，比如整合到染色体。

研究者首先将“报告基因”快速注入到实验动物的血管中，然后进行观察。在显微镜下可以明显地观察到基因的表达情况。实验中将一条止血带系在动物的腿上部以防止注射液离开四肢。“利用血管系统传输基因使我们能够利用血管的通路，即毛细血管将目标物输送到组织细胞中。而且肌肉组织中富含毛细血管”，Wolff说。这种迅速高压注射迫使溶液快速从血管中进入到毛细血管中，然后进入到肌肉组织。这种注射在健康动物的腿部肌肉中能够产生大量的、稳定水平的基因表达，并且副作用很小。“我们在所有腿部肌肉组织中检测到有此基因的表达，并且这种DNA能长期保持在肌肉细胞中”，Wolff说。

研究人员应用这种技术成功使具有治疗性的重要基因稳定表达。例如，杜氏肌肉萎缩症（Duchenne’s muscular dystrophy）是一种遗传性疾病，其特征是缺乏一种维持肌肉的蛋白质dystrophin（肌肉萎缩蛋白）。科学家推测将能产生dystrophin的基因插入到肌肉细胞中能够克服这种缺陷，并且保证具有正常基因的肌肉不会被消耗掉。他们将dystophin注射到缺乏这种蛋白的小鼠体内时，发现这种蛋白会在肌肉细胞中持续表达至少6个月 的时间。当注射能够刺激红细胞产生的促红细胞生成素时，也表现出了相似的持久力。

此外，研究者还发现重复多次注射不会破坏血管。可以重复注射对于治疗肌肉疾病很重要，因为必需要绝大部分的肌肉细胞都能表达治疗基因才能治愈原有的肌肉缺陷。

“我想这种方法将会使针对肌肉问题和其它功能失调的基因治疗全面改观”，UW Medical School的基因治疗专家Jon Wolff说。“我们的非病毒血管注射法在临床上是可行的，它使我们能够安全、高效并且可重复地将DNA传输到肌肉细胞中。我们希望下一步能对人进行临床试验。”

同样地，静脉注射技术在治疗周边动脉阻塞疾病（通常是糖尿病的一种并发症）中也会起到作用。这种失调导致动脉损伤和接下来导致脚趾切除手术。

Wolff说，这种方法经改进后可能会用来治疗肝炎、肝硬化和苯丙酮酸尿症等肝脏疾病。研究人员在实验中成功地通过高压注射将基因输入到啮齿动物的尾部静脉中，使动物肝脏中产生广泛的基因表达。“我们认为这些基因能穿过肝脏细胞间的毛细血管”，Wolff说。

此外，在一个辅助的研究中，研究者发现这种技术也能有效地应用于抑制基因表达的RNAi——即一种称为RNA干扰的过程。“如果你想降低一种蛋白表达，例如造成像强直型肌肉萎缩（myotonic dystrophy）分子失调症，这项技术将非常有用”，Wolff说。

“这项技术已经成为世界上许多实验室的一种成功的研究工具。”“对于将基因传递到肢体肌肉这一难题，静脉方法却是如此简单易行。我们从没有想到它能如此有效。”

背景

20世纪80年代后期，Wolff及其在UW-Madison的同事首次将裸露的DNA注射到啮齿动物的肌肉中从而使这些基因能在肌肉组织中表达，其研究结果震惊了整个科学界。威斯康辛校友研究基金会（Wisconsin Alumni Research Foundation，WARF)将这一技术授权给加州的Vical生物技术公司。

Wolff后来成立的一家叫做Mirus的本地生物技术公司，致力于基因传递研究。他和他的同事将其注意力转向了血管系统。因为他们推测这种能够通向四肢肌肉组织的管道会比直接进行肌肉注射更高效。WARF将这种血管注射技术授权给Mirus，这家公司现在拥有这项专利并继续将这项技术商业化。

在他们最初的研究中，研究人员集中研究动脉但后来就集中在静脉的研究上了。“将任何物质注射到动脉中都带有一定程度的危险性，因为与静脉不同它只有一根动脉流入到整个肢体”，Wolff指出。

Wolff在6月3日的美国基因治疗学会年会（in Minneapolis）上介绍这项工作，关于此研究的报告将刊登在下一期的Molecular Therapy期刊上。