医学遗传学医学遗传学1遗传疾病的治疗遗传病的治疗 Treatment of Genetic Disease2遗传疾病的治疗医学遗传学的发展使临床诊断和临床检测技术迅速提高，人们对人类遗传病的研究已经取得了许多重要成果。遗传病的治疗有了突破性的进展，已从传统的手术治疗，饮食疗法，药物疗法等跨入了基因治疗，为遗传病根治开辟了广阔的前景。3遗传疾病的治疗第一节第一节 遗传病治疗的原则遗传病治疗的原则n一、遗传病治疗效果的评估n单基因病特别是先天性代谢病的治疗按禁其所忌，去其所余和补其所缺的原则进行，即主要采用内科疗法；n多基因病利用药物治疗或外科手术治疗；n染色体病则目前无法根治，改善症状也很困难。只有少数性染色体病，可改善患者的第二特征4遗传疾病的治疗n二、遗传病疗效的长期评估二、遗传病疗效的长期评估n遗传病的治疗效果需要有一个谨慎而长期的评价遗传病的治疗效果需要有一个谨慎而长期的评价n遗传病治疗的初期效果明显，但长期观察则达不到预期的目的。例如：女性半乳糖血症患者在早期的例如：女性半乳糖血症患者在早期的“成功成功”治疗后，到青春期治疗后，到青春期则发现半乳糖毒性作用导致其卵巢功能早已丧失。则发现半乳糖毒性作用导致其卵巢功能早已丧失。5遗传疾病的治疗n一些遗传病的短期治疗是有效的，长期治疗则会产生一些不良反应。例如：珠蛋白生成障碍性贫血患者经输血治疗后会使患者铁例如：珠蛋白生成障碍性贫血患者经输血治疗后会使患者铁过量；过量；例如：用凝血因子治疗血友病时，患者会因此产生针对输入例如：用凝血因子治疗血友病时，患者会因此产生针对输入的凝血因子的抗体。的凝血因子的抗体。6遗传疾病的治疗n众多多基因遗传病的治疗应重视环境条件众多多基因遗传病的治疗应重视环境条件n在多基因病的治疗中既要考虑遗传条件，也要考虑到环境条件；而在目前状态下，环境条件的改善是多基因遗传病治疗中更为重要的一部分。例如：哮喘病人，过敏病人对过敏原的去除；例如：哮喘病人，过敏病人对过敏原的去除； 高血压病患者；高血压病患者； 糖尿病患者对饮食的控制。糖尿病患者对饮食的控制。7遗传疾病的治疗n三、杂合子和症状前患者的治疗三、杂合子和症状前患者的治疗对尚未出现临床表现的杂合子，症状前患者是否应该实施预防性的治疗措施不能一概而论，取决于：n疾病的严重程度n治疗的近期、远期效果n药物不良反应大小n人们对这种问题的道德取向8遗传疾病的治疗n四、遗传病治疗的策略四、遗传病治疗的策略n针对突变基因的体细胞基因的修饰与改善；n针对突变基因转录的基因表达调控；n蛋白质功能的改善；n在代谢水平上对代谢底物或产物的控制；n临床水平的内、外科治疗以及心理治疗等。 9遗传疾病的治疗第二节第二节 手术治疗手术治疗n一、手术矫正治疗一、手术矫正治疗n手术矫正例如：修补和缝合唇裂、腭裂，矫正先天性心脏畸例如：修补和缝合唇裂、腭裂，矫正先天性心脏畸形及两性畸形等。形及两性畸形等。 10遗传疾病的治疗n二、器官和组织移植二、器官和组织移植例如：对重型地中海贫血患者施行骨髓移植术。11遗传疾病的治疗第三节第三节 药物治疗药物治疗对遗传病的药物治疗的原则是“去去其其所所余余”、“补补其其所所缺缺”等，实施过程可分为出生前治疗、症状前治疗和临症患者治疗。12遗传疾病的治疗n一、出生前治疗一、出生前治疗 n药物治疗可以在胎儿出生前进行，这时可以大幅度地减轻胎儿出生后的遗传病症状。例如，产前诊断如确诊羊水中甲基丙二酸含量增高，提示胎例如，产前诊断如确诊羊水中甲基丙二酸含量增高，提示胎儿可能患甲基丙二酸尿症，该病会造成新生儿发育迟缓和酸儿可能患甲基丙二酸尿症，该病会造成新生儿发育迟缓和酸中毒，在出生前和出生后给母体和患儿注射大量的维生素中毒，在出生前和出生后给母体和患儿注射大量的维生素B B1212，能使胎儿或婴儿得到正常发育。，能使胎儿或婴儿得到正常发育。 13遗传疾病的治疗n三、临症患者治疗三、临症患者治疗若在出生后，当遗传病发展到各种症状已经出现，机体器官已经受到损害，这时治疗的作用就仅限于对症。 14遗传疾病的治疗n二、症状前治疗二、症状前治疗 对于某些遗传病，采用症状前药物治疗也可以预防遗传病的病症发生而达到治疗的效果。如发现新生儿甲状腺功能低下，可给予甲状腺素制剂终生服用，以防止其发生智能和体格发育障碍。对于苯丙酮尿症、枫糖尿症、同型胱氨酸尿症或半乳糖血症等遗传病，如能通过筛查在症状出现前做出诊断，及时给予治疗，可获得最佳效果。15遗传疾病的治疗n去其所余去其所余 对于一些因酶促反应障碍，导致体内贮积过多的代谢产物，可使用各种理化方法将过多的毒物排除或抑制其生成，使患者的症状得到明显的改善。n 应用螯合剂例如：肝豆状核变性（铜代谢障碍性疾病），应用青霉胺与铜例如：肝豆状核变性（铜代谢障碍性疾病），应用青霉胺与铜离子能形成螯合物的原理，给患者服用青霉胺，可除去患者体离子能形成螯合物的原理，给患者服用青霉胺，可除去患者体内细胞中堆积的铜离子。内细胞中堆积的铜离子。 16遗传疾病的治疗n应用促排泄剂例如：对于家族性高胆固醇血症患者可口服考来烯胺治疗。例如：对于家族性高胆固醇血症患者可口服考来烯胺治疗。考来烯胺可结合肠道中的胆酸排出体外，并促使胆固醇更考来烯胺可结合肠道中的胆酸排出体外，并促使胆固醇更多地转化为胆酸排出体外，降低患者血中胆固醇水平。多地转化为胆酸排出体外，降低患者血中胆固醇水平。17遗传疾病的治疗n利用代谢抑制剂例如：用别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，可减少体内尿酸的形例如：用别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，可减少体内尿酸的形成，可用于治疗原发性痛风和自毁容貌综合征。成，可用于治疗原发性痛风和自毁容貌综合征。n血浆置换或血浆过滤（除去大量含有毒物的血液） 例如：应用于重型高胆固醇血症的治疗。例如：应用于重型高胆固醇血症的治疗。 18遗传疾病的治疗n平衡清除法 对于某些溶酶体贮积症溶酶体贮积症，由于其沉积物可弥散入血，并保持血与组织之间的动态平衡。如果把一定的酶制剂注入血液以清除底物，则平衡被打破，组织中沉积物可不断进入血液而被清除，周而复始，以达到逐渐去除“毒物”的目的。19遗传疾病的治疗n补其所缺补其所缺例如：对于某些因例如：对于某些因X X染色体畸变所引起的女性疾病，可以补染色体畸变所引起的女性疾病，可以补充雌激素，使患者的第二性征得到发育，也可以改善患者的充雌激素，使患者的第二性征得到发育，也可以改善患者的体格发育。体格发育。例如：糖尿病患者注射胰岛素等均可使症状得到明显的改善。例如：糖尿病患者注射胰岛素等均可使症状得到明显的改善。但这种补充常需终生进行才能维持疗效。但这种补充常需终生进行才能维持疗效。例如：先天性无丙种球蛋白血症患者，给予丙种球蛋白制剂。例如：先天性无丙种球蛋白血症患者，给予丙种球蛋白制剂。20遗传疾病的治疗酶疗法酶疗法 遗传性代谢病通常是由于基因突变造成酶的缺失或活性降低，可用酶诱导和酶补充的方法进行治疗。n酶诱导治疗例如：雄激素能诱导例如：雄激素能诱导1-1-抗胰蛋白酶的合成，因而可应用于抗胰蛋白酶的合成，因而可应用于1-1-抗胰蛋白酶缺乏症的治疗。抗胰蛋白酶缺乏症的治疗。n酶补充疗法例如：严重的例如：严重的1-1-抗胰蛋白酶缺乏症患者每周用抗胰蛋白酶缺乏症患者每周用4g4g强化的强化的1-1-抗胰蛋白酶静脉注射，连用抗胰蛋白酶静脉注射，连用4 4周后便可获得满意的效果。周后便可获得满意的效果。 21遗传疾病的治疗维生素疗法维生素疗法 有些遗传代谢病是酶反应辅助因子（如维生素）合成不足，或者是缺乏的酶与维生素辅助因子的亲和力降低，因此通过给予相应的维生素可以纠正代谢异常。例如：叶酸可以治疗先天性叶酸吸收不良和同型胱氨酸尿症；例如：叶酸可以治疗先天性叶酸吸收不良和同型胱氨酸尿症；例如：在临床上应用维生素例如：在临床上应用维生素C C治疗因线粒体基因突变引起的治疗因线粒体基因突变引起的心肌病有一定的疗效。心肌病有一定的疗效。22遗传疾病的治疗第四节第四节 饮食疗法饮食疗法n产前治疗例如：对患有半乳糖血症风险的胎儿，在孕妇的饮食中限制例如：对患有半乳糖血症风险的胎儿，在孕妇的饮食中限制乳糖和半乳糖的摄入量而代以其他的水解蛋白，胎儿出生后乳糖和半乳糖的摄入量而代以其他的水解蛋白，胎儿出生后禁用人乳和牛乳喂养，患儿会得到正常发育。禁用人乳和牛乳喂养，患儿会得到正常发育。n临症患者治疗例如：低苯丙氨酸饮食法治疗苯丙酮尿症患儿。例如：低苯丙氨酸饮食法治疗苯丙酮尿症患儿。 23遗传疾病的治疗第五节第五节 基因治疗（基因治疗（genetherapygenetherapy）n基因治疗就是运用重组DNA技术，将具有正常基因及其表达所需的序列导入到病变细胞或体细胞中，以替代或补偿缺陷基因的功能，或抑制基因的过度表达，从而达到治疗遗传性或获得性疾病的目的。24遗传疾病的治疗n一、基因治疗的策略一、基因治疗的策略n根据患者病变的不同，基因治疗的策略也不同 25遗传疾病的治疗n基因修正（基因修正（gene correctiongene correction） 是通过特定的方法如同源重组或靶向突变等对突变的DNA进行原位修复，将致病基因的突变碱基序列纠正，而正常部分予以保留。但目前在技术上还无法做到。因为要在人基因组的某个特异部位上进行重组是一个非常复杂的过程。即使在不太复杂的模型系统中进行定位重组也不容易实现。然而原位修复的方法无疑是进行基因治疗最理想的途径和目的。26遗传疾病的治疗n基因替代（基因替代（gene replacementgene replacement） 指去除整个变异基因，用有功能的正常基因取代之，使致病基因得到永久地更正。传统上所谓基因治疗实际上就是指基因替代疗法，就像外科移植手术一样。27遗传疾病的治疗n基因增强（基因增强（gene augmentationgene augmentation） 指将目的基因导入病变细胞或其他细胞，目的基因的表达产物可以补偿缺陷细胞的功能或使原有的功能得到加强。近二十年来已经发展了许多有效的方法可将目的基因导入真核细胞并获得表达，因而是目前较为成熟的方法。这一方案最适宜隐性单基因疾病的治疗。28遗传疾病的治疗n基因抑制和（或）基因失活基因抑制和（或）基因失活 导入外源基因去干扰、抑制有害的基因表达。例如，向肿瘤细胞内导入肿瘤抑制基因（如Rb或TP53），以抑制癌基因的异常表达。29遗传疾病的治疗 此外，利用反义技术（antisense technology）封闭某些特定基因的表达，以达到抑制有害基因表达的目的。 30遗传疾病的治疗n“自杀基因自杀基因”的应用的应用 在某些病毒或细菌中的某基因可产生一种酶，它可将原无细胞毒或低毒药物前体转化为细胞毒物质，将细胞本身杀死，此种基因称为“自杀基因” 31遗传疾病的治疗n免疫基因治疗免疫基因治疗 免疫基因治疗是把产生抗病毒或肿瘤免疫力的对应与抗原决定族基因导入机体细胞，以达到治疗目的。如细胞因子(cytokine)基因的导入和表达等。 32遗传疾病的治疗n耐药基因治疗耐药基因治疗 耐药基因治疗是在肿瘤治疗时，为提高机体耐受化疗药物的能力，把产生抗药物毒性的基因导入人体细胞，以使机体耐受更大剂量的化疗。如向骨髓干细胞导入多药抗性基因中的mdr-1。33遗传疾病的治疗n二、基因治疗的种类二、基因治疗的种类n基因治疗根据靶细胞的类型可分为基因治疗根据靶细胞的类型可分为n生殖细胞基因治疗n体细胞基因治疗34遗传疾病的治疗n基因转移是基因治疗的关键和基础。基因转移的途径有两类：nin vivo称为直接活体转移。指将含外源基因的重组病毒、脂质体或裸露的DNA直接导入体内。nex vivo称为回体转移。指外源基因克隆至一个合适的载体，首先导入体外培养的自体或异体（有特定条件）的细胞，经筛选后将能表达外源基因的受体细胞重新输回受试者体内。 35遗传疾病的治疗三、基因治疗的方法 n目的基因的转移目的基因的转移 把外源基因安全有效地转移到靶细胞中，是实现基因治疗的第一个关键步骤。目前基因转移技术有6种类型：物物理法（直接注射、电穿孔、微粒子轰击）、化学法理法（直接注射、电穿孔、微粒子轰击）、化学法 、膜、膜融合法、受体载体转移法、同源重组法和病毒介导转移法。融合法、受体载体转移法、同源重组法和病毒介导转移法。 36遗传疾病的治疗反转录病毒介导的基因转移反转录病毒介导的基因转移 37遗传疾病的治疗腺病毒介导的基因转移腺病毒介导的基因转移 38遗传疾病的治疗n靶细胞的选择靶细胞的选择 转基因治疗中的靶细胞选用应该是在体内能保持相当长的寿命或者具有分裂能力的细胞，这样才能使被转入的基因能有效地、长期地发挥“治疗”作用。故干细胞、前体细胞都是理想的转基因治疗靶细胞。 39遗传疾病的治疗n反义寡核苷酸技术反义寡核苷酸技术一些遗传病和肿瘤往往是基因突变或过量表达而产生异常的蛋白质所致，如果应用DNA和RNA的碱基互补，可形成同源和异源双链的原理将这些突变基因转录的mRNA（DNA）阻断在翻译（或转录）前，使症状得到改善。即人为的制成反义核酸，使其和mRNA互补结合，阻止其翻译成蛋白质而达到治疗疾病的目的。40遗传疾病的治疗下列几种技术可达到治疗的目的：反义RNA表达载体。例如，用脂质体载体将含有珠蛋白基因反义核酸真核表达载体导入地中海贫血细胞中，结果显示反义RNA能纠正患者培养红细胞珠蛋白基因异常转录本剪接，增加地贫患者培养细胞正常珠蛋白链的生物合成；反义RNA（或DNA）的体外微注射，即人工合成或通过噬菌体RNA聚合酶产生靶基因的反义RNA，通过微注射导入细胞达到抑制靶基因mRNA的目的；用脂质体运送反义RNA，脂质体是由双磷脂膜包围的水相封闭的水泡，反义RNA溶于其中然后注入体内；其他方法如利用CaCl2法或细胞打孔仪、反转录病毒载体等导入反义RNA或DNA。 41遗传疾病的治疗三链形成寡核苷酸（三链形成寡核苷酸（triplex-forming oligonucleotides，TFO） 是一段DNA或RNA寡核苷酸在DNA 大沟中以Hoogsteen氢键与DNA高嘌呤区结合，形成三链结构。TFO 可与启动子区或结构基因结合而抑制基因转录。Culver等已将TFO导入人的淋巴细胞，纠正腺苷酸脱氨酶缺乏症的基因缺陷，并推测此过程是在细胞内的碱基切除修复系统（NER）参与下完成的。这项策略要求DNA靶位点附近的嘌呤含量丰富，因而限制了该项技术的广泛应用。 42遗传疾病的治疗n核酶与核酶介导的反式剪接核酶与核酶介导的反式剪接 核酶（ribozyme）是由RNA构成的具有催化功能的酶，可以作为基因表达和病毒复制的抑制剂，在肿瘤和HIV感染的基因治疗中有广泛的应用。 43遗传疾病的治疗nRNA干扰（干扰（RNA interference，RNAi） 研究表明，意义链和反义链RNA共存抑制基因表达的效率达到单一意义链或反义链RNA的10倍以上，这种双链RNA（dsRNA）介导的转录后基因沉默（post-transcription gene silencing）现象称为RNA干扰。 44遗传疾病的治疗在深入了解其机制的基础上可应用RNAi建立基因敲除动物，从理论上讲，RNAi技术可望显著抑制致病基因的表达，较传统的基因敲除方法更简单、有效。RNAi技术已普遍应用于基因治疗的研究。 45遗传疾病的治疗n药物靶向治疗药物靶向治疗 药物靶向治疗（drugs targeting）机制可概括为病毒导向酶的药物前体治疗（virus directed enzyme prodrug therapy，VDEPT），即用反转录病毒载体的外源基因转移到细胞内。 46遗传疾病的治疗n多抗药基因疗法多抗药基因疗法 由于多抗药性（MDR）基因已被克隆，因此人们设想分离患者的造血干细胞，将MDR 基因从体外转导进去，使这种干细胞获得多药耐药性，再回输给患者，使得由此类被修饰的干细胞繁衍的白细胞具有多药耐药性，而肿瘤细胞未获得MDR基因，不具备耐药性或耐药性较差，这样在加大化疗剂量或在持续较长时间化疗的情况下，可大量杀死肿瘤细胞而白细胞较少受损，以此达到治疗肿瘤的目的。47遗传疾病的治疗n抑癌基因疗法抑癌基因疗法野生型抑癌基因的失活和肿瘤的发生密切相关，因此人们设想将正常的野生型抑癌基因导入肿瘤细胞以代替和补偿有缺陷的抑癌基因，从而抑制肿瘤的生长或逆转其表型。这方面研究最多的是TP53基因。其机制是野生型TP53基因通过编码的TP53蛋白，后者抑制TP21蛋白，再抑制CDK2 + cyclinA、cyclin E，最后调控细胞周期的G1期、S期。 48遗传疾病的治疗n三、适于基因治疗的遗传病三、适于基因治疗的遗传病n基因治疗的必要条件：基因治疗的必要条件：n选择合适的疾病n掌握该病分子缺陷的本质n矫正遗传病的治疗（或正常）基因得到克隆n克隆基因的有效表达n克隆基因的有效调节n可利用的动物模型49遗传疾病的治疗n对于某一疾病进行基因治疗的价值估价：对于某一疾病进行基因治疗的价值估价：n人群中的发病率；n疾病对病人的危害性；n患者对家庭和社会的影响；n其它治疗方面的可用性。50遗传疾病的治疗n五、基因治疗的临床应用五、基因治疗的临床应用 迄今为止，只有20多种遗传病被列为基因治疗的主要对象，其中部分疾病研究已进入了临床试验阶段 。51遗传疾病的治疗目前临床试用的体细胞基因治疗的几种遗传性疾病目前临床试用的体细胞基因治疗的几种遗传性疾病疾 病传递的基因或产物靶细胞或组织载 体1-抗胰蛋白酶缺乏症1-抗胰蛋白酶呼吸道脂质体慢性肉芽肿P47PHoX骨髓细胞反转录病毒囊性纤维化囊性纤维化跨膜调节蛋白呼吸道上皮细胞腺病毒、脂质体家族性高胆固醇血症低密度脂蛋白受体肝细胞反转录病毒Fanconi综合征互补组C基因造血祖细胞反转录病毒Gaucher病葡糖脑苷酯酶巨噬细胞反转录病毒Hunter综合征艾杜糖醛酸-2-硫酸淋巴细胞反转录病毒腺苷脱氨酶缺乏引起的免疫缺陷病腺苷脱氨酶淋巴细胞、骨髓干细胞反转录病毒52遗传疾病的治疗遗传性疾病遗传性疾病n腺苷脱氨酶（腺苷脱氨酶（adenylate deaminase，ADA）缺乏症）缺乏症 分离病人外围血T淋巴细胞体外培养IL-2等促细胞生长因子刺激细胞生长T淋巴细胞分裂含正常ADA基因的逆转录病毒载体LASN导入细胞回输病人53遗传疾病的治疗ADAADA基因治疗中应用的基因治疗中应用的ADAADA转移和表达载体结构转移和表达载体结构ADAADA示示ADAADA基因的基因的cDNAcDNA；NEONEO示新霉素抗性基因；（示新霉素抗性基因；（A A）n n示多聚腺苷示多聚腺苷酸；酸；+示包装信号；示包装信号；SVSV示示SV40SV40启动子和增强子启动子和增强子54遗传疾病的治疗n血友病血友病B B转录病毒载体转移因子基因至病人皮肤成纤维细胞中，产生了高滴度有凝血活性的因子蛋白，回植入病人皮内。凝血因子凝血因子cDNAcDNA转移和表达载体结构图（转移和表达载体结构图（PXL-JPXL-J）SOSO为为SV40SV40病毒复制起始点；病毒复制起始点；PBOPBO为为PBR322PBR322复制起始点复制起始点 55遗传疾病的治疗n免疫缺陷免疫缺陷n肿瘤肿瘤n艾滋病艾滋病n乙型肝炎乙型肝炎56遗传疾病的治疗n六、转基因治疗的问题与危险性六、转基因治疗的问题与危险性n提供更多可利用的基因 n导入基因的高效表达n安全性问题57遗传疾病的治疗The End58遗传疾病的治疗