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基因治疗时代到来:常用基因治疗载体的介绍与选择

来源:转化医学平台 2018-04-28 12:24


小编推荐会议:2018基因编辑与基因治疗国际研讨会

 

 

基因治疗载体分为两大类:病毒载体(主要包括慢病毒、腺病毒、逆转录病毒、腺相关病毒等),非病毒载体(主要包括裸露DNA、脂质体、纳米载体等)

在讲基因治疗载体前,我们先讲一下基因治疗中的两个概念:in vivo和ex vivo。

in vivo:活体直接转移,将带有遗传物质的载体直接注射到实验动物或人体内。适用载体:腺相关病毒、腺病毒、非病毒载体等。

ex vivo:在体转移,将实验对象的细胞取出,体外培养并导入重组基因,而后将这些经遗传修饰的细胞重新输回实验动物体内。适用载体:慢病毒、腺病毒、逆转录病毒等。

接下来我们介绍以下常用的基因治疗载体

基因治疗中的病毒载体

逆转录病毒(RV):单链RNA病毒,可高效地感染多种类型细胞,可以将外源基因随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中持续表达。其中γ-逆转录病毒载体最早被改造的且广泛地被应用到基因治疗中,并取得了不少巨大的成功。

不足之处:①不能感染非分裂细胞;②转录终止能力相对较弱,从而有可能造成转录通读;③可能产生有复制能力的病毒;④可能造成插入性突变,例如使用逆转录病毒载体治疗的10例X连锁重度复合型免疫缺陷病(X-SCID)患者中,有4例因载体整合在原癌基因LMO2等的附近,激活下游基因的表达而罹患白血病

逆转录病毒的插入位点是随机的,但更偏向于插人基因的第一个内含子和转录起始位点。此后人们开始重新审视基因治疗载体的使用所带来的风险,此次使用逆转录病毒治疗JEB后,研究团队通过全基因测序确定了插入位点,发现有27000多个插入位点,但基本都集中在非编码序列,没有破坏已知的抑癌基因。

慢病毒(LV):以HIV-1(人类免疫缺陷I型病毒)为基础发展起来的基因治疗载体。属于逆转录病毒,能有效感染分裂细胞和非分裂细胞。随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中持续表达。一系列的临床研究效果非常理想,具有广阔的应用前景。

慢病毒因为也属于逆转录病毒,所以也存在因为随机插入造成基因突变的风险,但是一系列的临床研究证实,慢病毒载体相对于逆转录病毒来说安全性更高,适用性也更广。

腺病毒(AdV):无包膜的线性双链DNA病毒,腺病毒载体宿主细胞范围广泛,有效感染分裂细胞和非分裂细胞,不与宿主细胞基因组整合,因而不存在插入突变风险,载体容量较大 。

不足之处:①缺乏特异靶向性,在一些缺乏其相应受体的细胞中感染效率低;②目的基因的表达时间短,可能需要重复治疗;③有较强的免疫原性,例如18岁少年Jesse Gelsinger在接受Jim Wilson教授主导的腺病毒(AdV)的临床治疗中,因强烈的免疫反应去世(图4),此后Wilson教授找到了更适合更安全的用于基因治疗的病毒载体:腺相关病毒(AAV)。

腺相关病毒(AAV):目前发现的一类结构最简单的单链DNA缺陷型病毒,需要辅助病毒(通常为腺病毒)参与复制。由于其安全性好、宿主细胞范围广、免疫源性低,在体内表达外源基因时间长等特点,被视为最有前途的基因治疗载体,在世界范围内的基因治疗和疫苗研究中得到广泛应用。

不足之处:2018年1月29日,Human Gene Therapy杂志发表了美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院James.M.Wilson教授作为通讯作者的题为:Severe toxicity in nonhuman primates and piglets following high‐dose intravenous administration of an AAV vector expressing human SMN的研究文章(图5)。研究认为静脉高剂量注射AAV病毒用于基因治疗会有严重毒性。详情点击:过犹不及:最安全的基因治疗载体AAV被证实存在严重毒性作用

除了上述几种常用的病毒载体外,在临床基因治疗中还有牛痘病毒载体、痘病毒载体、单纯性疱疹病毒载体等,由于使用较少,不再一一介绍。

基因治疗中的非病毒载体

在临床基因治疗中,病毒载体存在潜在安全性问题,且病毒载体容量有限,这些缺点促进了非病毒载体系统的发展。非病毒载体具有成本低、制备简单、便于大规模生产、安全性高、外源基因长度不受限制等优点。最简单的非病毒载体是裸DNA,可直接注入特定的组织,特别是肌肉,能达到较高水平的基因表达,在临床基因治疗中裸DNA有着较为广泛的应用。以及近期异军突起的纳米材料载体,之前BioWorld专门做过解读,详情点击:CAR-T新策略:纳米颗粒携带CAR载体在体内产生CAR-T细胞。

非病毒载体虽然有着诸多优点,但也存在着明显的缺点:①转染效率不理想;②外源基因转导到宿主细胞后表达时间短,③非特异性靶向较高等,因此非病毒载体进入临床治疗还需要做更深入的研究与改进 。

2017年,基因治疗领域的一系列成功,宣告了基因治疗时代的到来。我们的最终目标是安全有效的治愈癌症和遗传疾病,这个在之前看来的不可能任务正通过基因治疗在一步步实现。(生物谷Bioon.com)







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