基因治疗促进脊柱融合的研究进展论文

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1、基因治疗促进脊柱融合的研究进展论文董智勇邝冠明郑召民【关键词】,下腰痛下腰痛(loorphogeicproteins，BMPs)等，由于上述生长因子均在骨愈合的不同阶段分泌，人们普遍认为这些因子具有潜在的促进骨愈合的能力，逐渐引起了研究者的重视〔3〕。TGFβ超家族成员BMPs已被证实能在骨愈合过程中诱导未分化的间质细胞增殖、分化，诱导骨再生，促进骨愈合；并且在细胞生长及骨形成过程中扮演关键的角色，因而一直处于研究的重点。在已发现的20余种BMPs中，BMP2、BMP4、BMP7(OP1)的骨诱导能力最强。它们形成软骨和新生骨，在促进成骨及脊

2、柱融合的实验和临床研究中已取得了成功的经验。然而，由于BMP的释放速度与新骨生长速度不匹配，单纯应用BMP的效果尚未理想，因此，应有合适的载体来调节BMP的释放速度。应用基因工程技术将BMP基因重组入宿主细胞基因组中，使BMP获得持续的表达是这一领域中重要的突破方向，研究者正致力于寻找合适的基因工程方法使其在临床骨科疾病的治疗中发挥作用，这一领域的研究进展极大地促进了脊柱融合的研究。目前有以下几种研究方向：一个研究方向是用原核表达系统进行表达。由于原核细胞内无蛋白质剪切加工系统和糖基化系统，因此BMPs表达产物以包涵体形式存在于细胞浆内，而不

3、能分泌出胞。依据原核细胞的非分泌性表达来获得高产量、高活性的BMPs至今仍有技术难度。第二个研究方向是在真核细胞中进行BMPs的表达。由于真核细胞表达系统培养条件要求严格，分泌型蛋白表达水平低，因此生产成本高，不利于进行大规模生产，限制了从实验研究走向临床应用的发展。第三个研究方向是采用病毒重组技术获得BMPs的持续表达。病毒重组技术是目前研究的重点和热点。逆转录病毒介导的基因转移技术在欧美已用于某些遗传性疾病和骨外疾病的基因治疗〔4〕。但它只整合入增殖期的靶细胞，插入突变的可能性较大，限制了其进一步应用。腺病毒载体具有较大的宿主范围，目前在

4、基因治疗的研究中较多〔5〕。但重组腺病毒仅存在于细胞浆中而不能整合入靶细胞染色体，外源基因只能瞬时表达；而且它存在免疫原性以及野生型病毒污染的可能，安全性值得注意。这促使人们寻找其它更适合BMPs表达的病毒载体。在这种情况下，腺相关病毒(adenoassociatedvirosis，AAV)和慢病毒逐渐引起了人们的重视。人们研究发现AAV几乎可以感染所有已建立的体外细胞系，且野生型AAV对人类无致病性。AAV基因组可以整合入宿主细胞的基因组DNA中，保证了外源基因长期稳定表达；AAV末端重复序列中的转录元件方向不指向宿主DNA，插入突变的可能

5、性很小；该病毒载体可整合入分裂及非分裂期细胞，宿主范围较宽〔6〕。Chen等对AAV在骨组织工程中的应用进行了很多有益的尝试，他首先发现AAVBMP2可以高效转染C2C12细胞，促进成骨，具有极好的应用前景〔7〕，随后他联合应用AAV及腺病毒表达BMP2基因，发现两者均可明显的促进成骨，且具有较好的协同作用，Ad可以促进AAV介导的BMP2的表达〔8〕。在此基础上，Chen等进行了更深入的研究，采用不同的目的基因――BMP4，构建AAVBMP4转染小鼠C2C12细胞，观察到明显的促进成骨作用〔9〕。2种子细胞种子细胞是组织工程学中的最重要、最

6、基本的环节。作为骨组织工程学理想的种子细胞，应该具有以下特点：结构简单；取材容易，对机体损伤小；体外培养时增殖力强；自我更新，一定的条件下能向特定的方向分化；稳定表达成骨细胞表型；植入体内后能继续产生成骨活动；无致瘤性。建立一个能够持续、稳定表达目的基因的细胞系是组织工程骨治疗的关键。人们对于自体骨组织及骨膜来源的骨髓细胞、成骨细胞研究的最早，其取材和培养方法也较为成熟，但取材困难、来源有限、易老化，限制了进一步应用。干细胞具有多向分化性，控制培养体系可向成骨细胞分化，是目前研究的热点。干细胞分为组织干细胞和胚胎干细胞；胚胎干细胞虽然具有很多

7、优势。但面临很多伦理性及安全性问题，如致瘤性问题尚未解决；相对而言，组织干细胞可能是近期应用的最佳种子细胞来源〔10〕。其中研究最多的是骨髓间充质干细胞(BMSCs)和肌源性干细胞(MDSCs)。BMSC是广泛存在于骨髓间质内的未分化间质干细胞，具有取材方便、易培养和多分化潜能等优点，曾被认为是一种理想的组织工程种子细胞。Rie和胶原作为成骨性细胞的载体效率最高，且两者骨矿化成形作用模式相似，而Gelfoam克服了胶原存在的部分缺陷，是一种较为理想的支架材料，研究者结合异位成骨的相关研究结果认为Gelfoam是骨诱导支架的“金标准”〔22〕。

8、4基因治疗在脊柱融合中的作用近年来，大量的研究证实了基因治疗促进脊柱融合的可行性。目前，多数学者采用BMP家族基因中的BMP2、BMP7进行促进脊柱融合的实验研究。