基因治疗修复骨缺损的研究进展

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1、基因治疗修复骨缺损的研究进展【关键词】基因/治疗；骨/创伤和损伤；修复外科手术；组织工程；基因表达调控　　基因治疗是骨缺损修复研究的热点之一。当前对基因治疗修复骨缺损的研究主要在骨诱导因子、目的基因、各种载体及靶细胞等方面，将目的基因通过体内或体外途径转移靶细胞，维持骨诱导因子在局部持续有效地表达，从而治疗修复骨缺损。笔者就基因治疗修复骨缺损的研究进展综述如下。　　1基因治疗发展背景　　基因治疗是现代分子生物学技术发展的产物。基因治疗的概念是在20世纪80年代初期提出的，随后获得了飞快的发展。20世纪9

2、0年代初期，随着世界首例腺苷脱氧酶（ADA）缺乏性重症免疫缺陷病的治疗获得成功［1］，基因治疗获得了临床治疗的批准，进而推动了其他一些疾病的基因治疗的发展。早期的基因治疗是向靶细胞引入外源性基因，以补偿其基因缺陷，从而达到治疗目的。随着基因治疗技术的发展，基因治疗已不再局限于治疗遗传性基因缺陷性疾病，而是将外源基因导入目的细胞并有效表达，从而达到治疗目的。15　　创伤、肿瘤及人工关节翻修手术等各种因素均可造成骨缺损，其治疗修复一直是临床难题。骨缺损的传统治疗包括自体骨移植、异体骨和人工骨移植，每种方法均

3、存在一定的局限性，难以完全满足临床需要。人们用移植物修复骨缺损和促进骨愈合时，希望移植物既有成骨传导（osteoconduction）作用，又有成骨诱导（osteoinduction）作用。在基因治疗中后者越来越显得重要。现已证明生长因子如BMP、TGF-P、PDGF等有促进骨修复的作用，只要在骨缺损的部位集聚合适的生长因子，就可以产生足够的成骨诱导应答。但是生长因子的表达往往是短暂的，只有通过转基因技术，用目的基因转染靶细胞，使之稳定长效地分泌生长因子，才可望达到预期的良好疗效。近年来，国内外已经开始

4、使用基因治疗一些骨科疾病，并取得了一些阶段性成果，基因治疗修复骨缺损是目前进展最快的领域之一［2～25］。　　2基因治疗修复骨缺损的技术选择　　基因治疗是将有促进骨愈合作用的基因转入靶细胞，由靶细胞转录成mRNA并翻译成蛋白质，在蛋白质的作用下靶细胞被刺激分化，通过自分泌或旁分泌的方式达到促进骨愈合，从而达到修复骨缺损的目的。随着细胞重组技术的不断发展，越来越多地参与骨修复生长因子的基因被成功克隆，使得基因治疗骨缺损成为一种可实现的理想。基因治疗具有的优点是：①基因产物可以局部和靶向释放；②可最大限度地

5、增加局部治疗效果，减少全身副作用；③15多种基因可分别转向，并分别调控，内源性合成的蛋白质比外源性重组蛋白质具有更强的生物活性等优点，因此基因治疗被认为是维持骨缺损局部生长因子有效治疗浓度最具有希望的一种方法［2，3］。　　2.1目的基因的选择基因治疗修复骨缺损需要选择目的基因、靶细胞和基因载体，然后通过基因转移技术来实施修复治疗的目的。根据基因治疗的理论，凡是能促进骨折愈合和骨生长的基因均可作为骨缺损治疗修复的目的基因。这些目的基因主要有骨形态发生蛋白（bonemorphogeneticprotein

6、，BMP），可溶性生长因子［如血小板源性生长因子（PDCF）、成纤维细胞生长因子（FCF）、胰岛素样生长因子（ICF）］，影响合成代谢的因子［如甲状旁腺激素（PTH）、甲状旁腺激素相关肽（PTHrP）］，影响血管生成因子［如血管内皮细胞生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FCF）］，影响骨相关基因表达的因子（Rune2/Cbfal、Osterix、Sox9、DLX2-6），细胞外基质中的受体和受体拮抗因子（如白细胞介素-1受体、BMP受体）及矿化蛋白-1（LM-1）等。这些基因表达的产物除矿化蛋白

7、-1为细胞内因子外，其余均属于细胞外分泌型因子。BMP是骨生长修复的启动因子，它能诱导骨髓基质细胞分化为成骨细胞和骨细胞，促进钙化作用，产生钙化的骨基质完成修复过程。随着重组DNA技术的应用，已有十多种BMPcDAN被成功克隆。BMP是目前骨缺损基因治疗修复中应用研究最多的目的基因，已在兔、鼠、羊和犬模型中证实其对骨缺损的修复作用。有研究证明［4～7］BMP-2和BMP-7是BMP家族成员中作用最强的因子。15　　2.2目的基因载体选择基因治疗需要合适的载体，载体的作用在于避免载体的宿主细胞对外源性基因

8、产物的排斥反应。理想的载体应满足以下条件：①有对特定靶细胞的选择性；②能传导分裂和非分裂的细胞；③有效地将目的基因整合入宿主细胞的DNA；④在调控好的治疗水平内提供短期或长期的基因表达；⑤高滴度制造目的基因；⑥15成本合理适宜于应用治疗。基因表达载体有病毒表达载体和非病毒表达载体。目前这两种载体基本具备上述大部分条件。病毒表达载体种类很多，有RNA逆转录病毒、DNA腺病毒和DNA腺相关病毒（AAV）等；非病毒基因表达载体有脂质体、DNA质粒