治疗基因表达的选择或靶向调控
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2017
治疗基因表达的选择或靶向调控
理想的基因
治疗不仅要求治疗基因能够高水平表达，还要求治疗基因能根据病变的性质和严重程度的不同、在靶组织或器官内以适当的水平或方式表达，因此，至少涉及空间、时间和表达量3个层次的调控。以肿瘤基因治疗为例，由于治疗基因通常是抑癌基因、自杀基因、新生血管形成抑制基因、细胞因子或免疫调控基因，这些基因在正常组织或细胞中表达时，不可避免会引起一定的毒副作用，因此，通常是将治疗基因直接导人肿瘤组织内；也有采用体外修饰的肿瘤细胞或免疫效应细胞回输，通过激发机体免疫反应治疗恶性肿瘤，此时，要求治疗特异性地针对肿瘤细胞，而不损伤正常细胞。为了达到这一目标，科研人员们进行了不懈努力，近年的研究方向主要集中在以下两个方面。
运用特定的基因表达调控元件，或借助于体内、体外的物理、化学诱导因素，使治疗基因特异地在靶细胞如肿瘤细胞中表达，是实现基因治疗可控或靶向性的又一重要手段。
许多肿瘤都有其自身特异性的标志，如肿瘤相关抗原。将治疗基因置于这类抗原的顺式调控元件(如启动子、增强子)的调控之下，可以使目的基因在相应的肿瘤细胞中获得高水平表达，而正常细胞由于缺乏与该顺式调控元件相互作用的转录激活因子等原因而不表达该基因。常用的这类顺式元件包括：①端粒酶(telomerase)启动子。端粒酶是一种用以合成染色体中DNA末端重复序列(端粒)的酶，其基因特异性地转录并表达于多数肿瘤细胞中。端粒酶的作用在于它可以阻止细胞分裂过程中端粒的进行性降解，从而维持染色体结构的完整，促进细胞无限期分裂和癌变。科学家构建了由端粒酶催化亚基的启动子控制baa：基因表达的腺病毒载体，体内感染证实了其对肿瘤细胞有特异的杀伤作用。②甲胎蛋白(AFP)启动子。AFP是原发性肝癌的特异性标志，在其他成人细胞及正常肝细胞中基本不表达。将AFP基因5’端序列(包含增强子、启动子)用于调控治疗基因的表达，可以使该基因选择性地在AFP阳性的肝癌等肿瘤细胞中发挥作用，从而提高基因治疗的效率和安全性。③癌胚抗原(CEA)启动子。CEA在大肠癌、乳腺癌等组织中表达具有特异性。Kijima等构建了两个重组腺病毒载体，其中一个在CEA启动子控制下表达重组酶Cre；另一载体包含“自杀基因"HSV―TK，该基因与其启动子间被新霉素抗性基因(neo)分隔，只有在Cre作用下，neo基因被切除，HSV―TK才得以表达。两个载体共感染将特异性地杀伤CEA阳性的肿瘤细胞。④erbB2／HER2启动子。人原癌基因erbB2／netg／HER2编码一种受体酪氨酸蛋白激酶，属表皮生长因子样受体家族。ErbB2蛋白在乳腺癌、卵巢癌及胃癌等多种恶性肿瘤中表达水平高出正常细胞上百倍，成为一种重要的肿瘤标志。ErbB2与多肽类激素等配体结合，通过激活ras、MAPK等信号分子导致细胞过度增殖和癌变。将治疗基因置于ErbB2调控序列的调控之下，可以使之特异地在上述肿瘤细胞中表达并发挥作用。
不同的组织或细胞也特异表达某些基因或抗原，利用组织特异性调控元件调控治疗基因表达也是基因治疗的重要调控方式之一。尽管这类调控元件并没有严格的界限，将外源基因置于这类组织特异性启动子调控下，可使治疗基因局限于发生癌变的组织和器官中表达，而不至于损伤其他组织。Selvakumaran等从鼠卵巢中分离得到462 Lp的卵巢特异性启动子，并用于卵巢癌的基因治疗。前列腺特异性抗原(PSA)是前列腺组织的重要标记抗原，在前列腺癌细胞中表达显著增高，因此PSA启动子及其增强子可用于构建前列腺癌特异的基因治疗载体。Hou等发现骨钙蛋白启动子可以使受它调控的下游基因严格、特异地表达于成骨细胞和骨细胞。髓鞘碱性蛋白(MBP)和胶质细胞纤维酸性蛋白(GFAP)分别特异表达于髓鞘细胞和星形胶质细胞中，它们的启动子已被用于神经胶质瘤的靶向基因治疗。骨。肌动蛋白启动子和增强子的应用，则可以实现肌肉组织特异性基因表达。
另外，将组织特异性调控元件与细胞增殖特异性调控元件相结合，调控治疗基因的表达，将有助于减少治疗基因在肿瘤部位正常细胞中的表达，进一步提高肿瘤基因治疗的特异性和效率。Jerome等建立了一种双特异性嵌合转录因子表达载体系统，该转录因子的DNA结合结构域和转录激活结构域分别在黑色素细胞特异性启动子(酪氨酸酶启动子)和细胞周期依赖性启动子(细胞周期素cyclinA启动子)调控下表达，并装配成完整的转录因子。结果表明，受该转录因子调控的报告基因在黑色素瘤细胞中的表达水平比正常黑色素细胞高出10倍，显示出很高的特异性。
此外，许多基因的表达还受到物理、化学因素的调控。同时，利用肿瘤组织的生理、病理特征调节治疗基因的表达，将有助于提高基因治疗的靶向性。Borrelli等用截短的热休克蛋白(HSP)基因启动子调控绿色荧光蛋白(GFP)基因表达，由此构建腺病毒载体感染前列腺癌细胞。热处理可以有效地诱导GFP表达，诱导程度与细胞生长状态密切相关。Marples等研究了应激反应基因(egrl)启动子调控的外源基因表达对离子射线照射的敏感性，发现低剂量射线照射迅速导致MCF7等细胞中由该启动子调控的基因表达上调，而且可以反复诱导。低氧是实体瘤细胞的病理特征之一，Shibata等从血管内皮生长因子(VEGF)5’非翻译区序列中克隆了低氧反应性元件(HRE)，在低氧诱导下，它与CMV小启动子共同调控的荧光素酶基因表达上升500倍。实体瘤细胞在糖饥饿状态下表达一种糖调节蛋白(grp78)，Gazit等将这种蛋白质的启动子序列重组人反转录病毒基因组，用以调控HSV―TK的基因表达。病毒感染纤维肉瘤后，糖饥饿诱导HSV―TK大量表达，肉瘤生长受到抑制，甚至消失。
