基因治疗药物研究

吴祖泽院士

吴祖泽 我国实验血液学学科的学术带头人、中国科学院院士、博士生导师、少将军衔。1935年10月19日生于浙江省镇海县。1957年9月毕业于山东大学。历任军事医学科学院实习研究员、助理研究员、副研究员、研究员、副所长、所长、军事医学科学院院长等职。现任《国家重点基础研究发展规划》专家顾问组成员、《中国科学》、《科学通报》副主编、中国病理生理学会实验血液学专业委员会主任委员。

1973年赴英国帕脱森肿瘤研究所进修实验血液学,完成题为《连续照射下造血于细胞动力学》的科学论文。1978年撰写出版30多万字的《造血细胞动力学概论》,是我国第一本介绍血细胞生成动力学与造血干细胞研究的专著,成为国内许多年青的实验血液学专家成长与成才道路上的一本启蒙性著作。1988年主编出版了《造血干细胞移植基础》一书,对于普及和推进我国造血干细胞移植作出了有益的贡献。2000年,主编出版了《造血调控》一书,推进了我国实验血液学的发展。

与同事们采用天然的性染色体和性别决定基因作为遗传学标志,结合单个脾结节转移技术,证实了骨髓细胞在照射小鼠脾脏上生成的脾结节是起源于单一细胞增殖与分化的结果。这类细胞不仅具有重建髓系细胞的功能,而且具有重建淋巴细胞的功能,澄清了多年来文献中有关脾结节生成细胞性质的争论。在此基础上,进一步提出了造血干细胞群的不均一性的科学依据。他领导的《造血干细胞群的不均一性与动力学研究》,1987年获国家自然科学二等奖。

在动物和人胎肝细胞性能与移植的实验研究中,比较完整地提出胚胎发育中肝脏造血和造血干细胞的动态变化规律,发现4-5月龄胎肝中含有最丰富的造血干细胞,以此为理论依据,合作完成世界上首例胎肝移植对急性重度骨髓型放射病人的成功冶疗。进而,深入研究胎肝中刺激造血、刺激肝细胞生长以及低分子制瘤物等三类因子的纯化及物理学特性。首先发现分子量为15KD的人源性肝细胞生成素,1995年获美国专利(A novel hepatokine and methods for its use. No,5440022.1995.8.)。1999年《人肝细胞生成素的发现及其分子生物学系列研究》获国家科技进步二等奖。首次发现邻苯二甲酸正丁酯具有诱导肿瘤细胞凋亡、净化白血病人骨髓中残存白血病细胞的药理功能。

深入研究造血干细胞的辐射损伤与恢复规律,较全面地阐明了在低剂量率γ线连续照射下,造血干细胞的辐射损伤程度与累积照射剂量之间存在的双相特征的机理,首次系统地提示了“低剂量率χ或γ线连续照射下,引起动物辐射死亡所需要的累积剂量,要比较大剂量一次急性照射高许多倍”这一现象的机理。从造血干细胞与造血微环境的辐射损伤研究中,推测了对造血系统的远后效应,这些动物观察结果,已为以后的几起急性或慢性照射引起的事故性放射病人的病程中所证实。一些代表性论文在国外杂志发表后,已被不少国内外学者引用。1988年被选为国际辐射研究协会首任中国理事。

1996年以后,领导开展了基因治疗研究,构建了携带人肝细胞生长因子(HGF)的重组质粒和腺病毒,研究了HGF刺激内皮细胞增殖和血管生成的机理,进而用以治疗肢体和心肌缺血,临床前的研究结果表明这一基因治疗方案安全有效,同时证明它们具有促进创伤愈合和减轻疤痕形成的功效,为发展一类新的基因药物打下了坚实的基础。

1990年国家人事部批准为“有突出贡献中青年专家”。1990年7月起享受国家政府特殊津贴。1999年中央军委批准授予“中国人民解放军专业技术重大贡献奖”。

吴祖泽以求实、创新、献身的精神为中国实验血液学做出了突出的贡献。

基因治疗药物研究

1990年美国NIH正式批准首例基因治疗方案的临床试验以来,全球已有五百多个基因治疗方案陆续进入临床试验,受试人数超过3000人,其中有5个肿瘤基因治疗产品已进入临床III期。国内已批准转导IX因子基因的体细胞治疗血友病B,腺病毒介导的P53基因或IL-2基因、HSV-TK用于肿瘤的基因治疗及VEGF基因用于肢体动脉闭塞症的特殊临床试验或新药研发。多数试验研究表明,基因治疗是安全、有效和易于操作的,基因治疗正逐步走向临床。与基因工程药物相比,基因治疗研究的历史尚短,但是从临床治疗的需要出发,加上技术的不断成熟,基因治疗从治疗方案逐步发展成为治疗药物的前景是乐观的。

基因治疗的成功取决于采用的治疗基因、携带基因的载体以及选择适当的适应症。根据近年来基因治疗研究中暴露出来的问题,在发挥基因治疗优势的同时,应充分重视和避免可能影响人体安全的风险,扬长避短,稳步推进基因治疗药物的研究。

基因治疗主要分为两类:一类是基因置换(Gene Replacement),重点是对先天性遗传疾病中缺陷基因换入正常基因后达到治疗的目的。例如,早期采用逆转录病毒为载体携带腺苷脱氢酶(Adenosine deaminase, ADA)基因治疗联合免疫缺陷病等。由于目前的基因置换是正常基因在染色体上随机整合的过程,因此在治疗安全性上有一定的风险;另一类是基因过渡(Gene Transit),即选择一些载体(例如,腺病毒、质粒等)携带治疗基因后转导正常或变异细胞,利用细胞的转录和翻译系统,将生成的目的产物释放到细胞外,或者改变细胞的某些性能等,起到对局部或整体的治疗效果。基因过渡的有效治疗时间比较短,但安全性较高,对治疗某些获得性疾病有一定的用途。

下面介绍几个获得性疾病采用基因过渡策略的治疗实例。

治疗肢体动脉闭塞病

通过肌肉注射或基因枪转移途径导入肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor,HGF)基因至局部缺血部位,治疗肢体动脉闭塞病。

肢体动脉闭塞病是一类严重威胁人类健康的血管疾病,目前尚无较好的药物治疗方法,主要借助外科手术重建功能动脉,但危险较大,并发症多,预后差,对弥漫性动脉闭塞者更无法进行手术,病情常常进行性恶化,最终发展为截肢或全身衰竭。因此,当前国内外迫切需要研究探索治疗肢体动脉闭塞病的新策略。HGF具有很强的促进血管新生和建立侧支循环的作用,可防止组织缺血坏死;HGF还可刺激体内骨骼肌的再生,防止肌萎缩和肌纤维化发生,从而有利于肢体功能的恢复。以pUDK质粒为载体携带HGF基因,将HGF基因以裸露DNA的形式用肌肉注射或基因枪转移的途径转移至肢体缺血部位,在缺血局部形成侧支循环,建立“分子搭桥”机制,对肢体动脉闭塞病患者是可行、简便、安全、有效的生物药物治疗方法。

治疗心肌缺血

缺血性心脏病是流行性广且危害严重的疾病,在西方国家是成年人的首位死亡病因。相对而言,我国目前尚属冠心病的低发病国家,然而患病率正逐年上升。虽然冠心病的诊断手段已能对患病冠脉的病变部位及管腔狭窄程度作出准确判断,对管壁病变的程度也有所了解;并且已有各种有效的治疗手段,如抗凝、溶栓、经皮腔内冠脉成形术和冠脉搭桥术等。但对一部分弥散性心肌缺血和术后再狭窄的病人来说,就不适宜手术治疗;且突然供血会引起再灌注损伤。所以,基因治疗提供了一种新的思路,虽然还处于试验阶段,但已经开发出多种载体,并开展了应用不同的促血管生长因子如血管内皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子、HGF等的临床前研究。

治疗病理性瘢痕

病理性瘢痕是创伤修复过程中的一种重要并发症,见于深度灼伤,某些手术切口及其它损伤的创伤愈合后,除外观畸形、疼痛难忍外,亦可因瘢痕挛缩导致生理功能障碍。目前人们对瘢痕增生后的治疗主要靠手术、加压、冷冻等方法,均不是理想的手段,探索预防瘢痕过度形成和治疗已增生瘢痕的新途径具有重要的意义。HGF是一多功能的生长因子,不仅刺激皮肤微血管内皮细胞增殖、运动,而且可促进皮肤角质细胞的迁移运动,能够明显地抑制TGF-b的产生和增强胶原酶的活性。因而,HGF对于促进伤口愈合、预防创伤愈合过程中瘢痕的过度形成和治疗己增生瘢痕会有一定的效果,在整形外科中具有一定的应用前景。

治疗恶性肿瘤

恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的主要疾病,全球每年病死人数达700万。在手术切除、化疗、放疗基础上,肿瘤的基因治疗已经成为一个新的治疗或辅助治疗的发展领域。治疗策略包括肿瘤抑制基因治疗、肿瘤免疫基因治疗、肿瘤自杀基因治疗等。

P53基因有诱导肿瘤细胞凋亡和杀死肿瘤细胞以及降低耐药肿瘤细胞的耐药性的作用。GM-CSF和B7-1有增强机体抗肿瘤免疫反应、进而杀死残留或转移的癌细胞的作用。因些,构建一个以复制缺陷型腺病毒为载体,携带肿瘤抑制基因P53以及肿瘤免疫相关基因GM-CSF和B7-1的重组腺病毒(Ad-p53、GM-CSF、B7-1),有可能起到肿瘤免疫基因和抑制基因的联合治疗作用.

Ad-3基因(Ad-p53、GM-CSF、B7-1)不仅可用于对肿瘤的直接治疗,还可以在体外转导肿瘤细胞后制成肿瘤疫苗用于进-步的免疫治疗。