骨关节炎的基因治疗的最新进展骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种常见的慢性关节疾病，它是一个关节 组织（包括关节软骨、软骨下骨、滑膜囊、韧带及肌肉）代谢平衡失调的动态过 程。它最常见的临床表现为关节痛并伴随着不同程度的关节活动受限和生活质量 的下降。根据流行病学调查，40岁以上中老年人群中男性与女性的发病率分 别为42.6%和62.4%，随着世界老龄化人口的增加，OA的发病率也呈现逐渐增 加的趋势。0A的常规治疗给药方式不能在特定病变部位持续保持有效的治疗浓 度，反复给药和大量的费用支出对于 0A这种慢性疾病来说，将给患者家庭和社 会造成巨大的负担。基因治疗提供了我们一种治疗0A的全新途径，基因转染可以用来通过将编 码抗炎因子或生长因子等物质的基因转入关节内的细胞，从而改善关节内结构退 行性变和炎症状况来保护关节的内环境， 同样，通过类似的途径，也可以用基因 治疗来修复被0A损伤的关节软骨，进而治疗 0A3。0A与基因遗传有着非常紧密的联系4，然而，由于存在众多的相互作用位 点，所以利用近期已发现的0A遗传信息，使用目的基因沉默或基因敲除等手段 来进行基因治疗的可能性都比较小。因此，将目的基因转入关节软骨细胞或滑膜 细胞来进行基因治疗是目前的趋势5。0A基因治疗的理想对象是局限的或早期骨关节炎：炎症仅在有限的几个关 节，并且没有关节外或全身性的病因3。这时，将编码目的基因的小分子物质注 射到关节内，经过目的基因在细胞水平的表达，抗炎或修复因子可以长时间地存 在于在关节内。关于目的基因的选择，常用的目的基因可见表 1。将IL-1作为目的基因是 0A基因治疗研究较为成熟的一种，IL-1在0A的炎症反应中扮演着重要角色， 在0A的关节液中可见IL-1大量增加，并且，研究表明IL-1可刺激PGE2、N0、 趋化因子等炎症因子的产生 。早在1997年，Pelletier JP等7就将IL-1Ra基因 注射到经0A造模的狗关节腔中，结果表明，经转染IL-1Ra基因后，0A组关节 液中的IL-1显著降低，从而达到抗炎的作用。随着0A基因治疗研究的深入，人们已经将目标从单一拮抗某种炎症基因或促进某一种促生长因子基因转变为 多基因联合治疗，通过针对0A发病机制的研究，针对0A发病过程中的某一关 键节点的治疗也有所进展。目的基因类型举例生长因子（GF）IGF-1，TGF- B, BMP-2，FGF细胞因子及其拮抗物IL-1，IL-1Ra，IL-4，IL-4Ra蛋白酶抑制剂TIMP，纤溶酶原激活物抑制剂（PAI），丝氨酸蛋白酶 抑制剂自由基拮抗剂SOD转录因子或信号分子Sox-5，Sox-6， Sox-9，NF- KB细胞基质分子二型胶原，软骨寡聚基质蛋白（COMP）酶磷酸果糖转氨酶（GFAT）凋亡抑制蛋白Bcl-2表1 0A基因治疗的常用目的基因由于IL-1 B和TNF-a可以通过激活转录因子、核因子（NF-启）、激活蛋白 （AP-1）和CAAT/增强子结合蛋白（C/EBP）家族等，来诱导前炎症因子如IL-6 , IL-8 和巨噬细胞集落刺激因子（ GMCSF 、等的释放 8-10 ， Chen LX 等11将含 NF-启卩65的腺病毒SiRNA注射到大鼠关节腔内，结果发现2周后大鼠关节液中 IL-1 B和TNF- a的量较对照组明显减少，从而证明 NF-岀卩65在IL-1 B和TNF- a 的调节中起着重要作用。 另一方面也可以看到， 针对炎症因子可以从其信号通路 的中间点进行抑制，从而达到基因治疗的目的。Bon deson J等12的研究也验证了 这一点，通过将含NF- B抑制剂的基因转入0A滑膜纤维母细胞，IL-6、MMP-1、 MMP-3 和 TNF 受体等炎症因子的表达都受到抑制。 但由于炎症因子的释放是多 因素导致的，仅利用NF-启卩65并不能完全抑制IL-1 B和TNF- a的释放，其效果 也相对有限。Chen B等13同时在体外和体内进行了 bFGF, IL-1Ra和IGF-1多个基因的转 染。在体外，他们将分别载有 bFGF， IL-1Ra 和 IGF-1 基因的腺病毒加入人 0A 软骨细胞中，结果发现实验组的 GAG 含量、二型胶原的合成和 TIMP-1 的水平 都有所增加，相反地，实验组的 ADAMTS-5 、 MMP-13 和 MMP-3 的水平下降； 在体内试验，他们将分别载有 bFGF，IL-1Ra和IGF-1基因的腺病毒注射到兔的 关节腔内，结果显示 bFGF 可增加关节软骨中二型胶原的表达并降低 0A 组的 Mankin 评分。试验表明单基因转染时 bFGF 可有效的促进二型胶原的分泌，在 0A 存在软骨缺损时，它修复软骨的能力将发挥重要作用。试验还指出，多基因 转染效果优于单基因转染。由于OA是多因素导致的关节软骨退行性变，多基因转染可从不同方面针对OA的发病机理发挥作用，从而增强治疗效果。除了抑制炎症因子的产生，促进合成物质产生也是OA基因治疗的重要方面。 TGF- B是软骨细胞强有力的合成代谢因子，Bianey DE等14将编码TGF- B的腺病 毒和编码Smad-7 （种TGF- B信号转导通路抑制物、的腺病毒同时注射到小鼠 的膝关节中，结果发现过度表达的Smad-7可以强烈抑制TGF-B诱导的滑膜纤维 化，但并不降低TGF- B对软骨的修复能力，从而对 0A的基因治疗起到重要作 用，并显示出良好的应用前景。目前，主要是在体内或体外利用病毒或非病毒两种载体将目的基因转入细胞 11,15,16，目前的病毒载体主要有：逆转录病毒 17、慢病毒 18、腺病毒 13、腺相 关病毒3和单纯疱疹病毒 3。非病毒载体主要有：壳聚糖 16、脂质体19、乳糖20 及半乳糖21等。病毒载体因其是将目标基因插入受体细胞的DNA 中，病原性、基因突变和癌化倾向都是难以回避的问题， 然而其存在转染率高， 表达稳定的优 点，故仍有着较广泛的应用。 非病毒载体的生物安全性较病毒载体要安全， 同时， 因价格低廉和细胞毒性低等优点， 非病毒载体有着非常良好的应用潜力。 壳聚糖 已成为近年非病毒载体的研究热点，然而，将其应用于0A的研究目前并不多见22-24。0A的基因治疗正从实验室走进临床，随着有效目的基因的筛选、安全高效 的载体和基因长期表达等问题的逐步解决，0A的基因治疗将有着光明的明天。参考文献1 Busija L, Bridgett L, Williams SR,et al.OsteoarthritisJ.Best Pract Res Clin Rheumatol, 2010, 24(6): 757-68.2 Yoshimura N.Epidemiology of osteoarthritis in Japan : the ROAD studyJ.Clin Calcium, 2011, 21(6): 821-25.3 Evans CH, Gouze JN, Gouze E,et al.Osteoarthritis gene therapy.J.Gene Ther, 2004, 11(4): 379-89.4 Valdes AM, Spector TD.The genetic epidemiology of osteoarthritisJ.Curr Opin Rheumatol, 2010, 22(2): 139-43.5 Kang R, Ghivizzani SC, Muzzonigro TS,et al.The Marshall R. Urist Young Investigator Award. Orthopaedic applications of gene therapy. From concept to clinicJ.Clin Orthop Relat Res, 2000(375): 324-37.6 Berenbaum F.Targeted therapies in osteoarthritis: a systematic review of the trials on www.clinicaltrials.govJ.Best Pract Res Clin Rheumatol, 2010, 24(1): 107-19.7 Pelletier JP, Caron JP, Evans C,et al.In vivo suppression of early experimental osteoarthritis by interleukin-1 receptor antagonist using gene therapyJ.Arthritis Rheum, 1997, 40(6): 1012-19.8 Vincenti MP, Brinckerhoff CE.Early response genes induced in chondrocytes stimulated with the inflammatory cytokine interleukin-1betaJ.Arthritis Res, 2001, 3(6): 381-88.9 Karin M, Delhase M.The I kappa B kinase (IKK) and NF-kappa B: key elements of proinflammatory signallingJ.Semin Immunol, 2000, 12(1): 85-98.10 Thomas B, Berenbaum F, Humbert L,et al.Critical role of C/EBPdelta and C/EBPbeta factors inthe stimulation of the cyclooxygenase-2 gene transcription by interleukin-1beta in articular chondrocytesJ.Eur J Biochem, 2000, 267(23): 6798-809.11 Chen LX, Lin L, Wang HJ,et al.Suppression of early experimental osteoarthritis by in vivo delivery of the adenoviral vector-mediated NF-kappaBp65-specific siRNAJ.Osteoarthritis Cartilage, 2008, 16(2): 174-84.12 Bondeson J, Lauder S, Wainwright S,et al.Adenoviral gene transfer of the endogenous inhibitor IkappaBalpha into human osteoarthritis synovial fibroblasts demonstrates that several matrix metalloproteinases and aggrecanases are nuclear factor-kappaB-dependentJ.J Rheumatol, 2007, 34(3): 523-33.13 Chen B, Qin J, Wang H,et al.Effects of adenovirus-mediated bFGF, IL-1Ra and IGF-1 gene transfer on human os