本文關(guān)鍵詞：基因治療在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

文獻(xiàn)資料 - 醫(yī)學(xué)文獻(xiàn) - 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué) - 細(xì)胞及分子生物學(xué)

基因治療在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

　　中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志1999年第18卷第3期

呂紅斌　王嘉芙

　　關(guān)鍵詞：基因治療　肌肉-骨骼系統(tǒng)損傷后修復(fù)　生長因子

　　基因治療是人類很多疾病治療的重大變革，為人類戰(zhàn)勝疾病，延長壽命，提 供了新的途徑。 人類基因治療領(lǐng)域的發(fā)展速度非常迅猛，已由早期針對單基因遺傳性疾病的治療迅速擴(kuò)展到 治療獲得性疾病，而且基因轉(zhuǎn)移還可用作一種藥物的傳遞系統(tǒng)。運(yùn)動創(chuàng)傷經(jīng)常涉及一些愈合 能力十分有限的組織，例如，關(guān)節(jié)軟骨、韌帶、半月板、肌腱等。最近研究證明，一些生長 因子和細(xì)胞因子在愈合過程中起著重要作用，這些分子有望成為治療運(yùn)動創(chuàng)傷的新藥，但是 從臨床上講還沒有有效的方法能將它們傳入體內(nèi)。發(fā)展基因治療技術(shù)可以通過局部的方法將 生物藥物傳入體內(nèi)。目前已完成了將標(biāo)記基因傳遞到滑膜、軟骨細(xì)胞、半月板纖維軟骨細(xì)胞 、腱細(xì)胞和韌帶成纖維細(xì)胞中的實驗研究，為基因治療最終在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床應(yīng)用奠 定了基礎(chǔ)〔1，2〕。

　　1　肌肉-骨骼系統(tǒng)損傷后修復(fù)的特點

　　劇烈競爭的體育運(yùn)動，對肌肉-骨骼系統(tǒng)有特殊的要求，運(yùn)動中隨時存在著受傷的危險性。 關(guān)節(jié)軟骨、半月板、前交叉韌帶和腱鞘處于少血管或無血管供應(yīng)狀態(tài)，因此，這些組織因外 傷或疾病引起的損害后的愈合能力非常有限。損害不僅可引起急性功能障礙，還可導(dǎo)致繼發(fā) 性傷殘。為了減輕損傷對關(guān)節(jié)的影響和嚴(yán)重后果，提高這些組織損傷后的愈合能力就成為運(yùn) 動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究重點。

　　有血管的結(jié)締組織修復(fù)有其經(jīng)典的愈合反應(yīng)，雖然不同組織各自需要不同。損傷后存在有血 液滲出物，從破損血管中產(chǎn)生有關(guān)的血液產(chǎn)物、纖維蛋白凝塊形成、纖維蛋白骨架的血管再 生，細(xì)胞增殖，細(xì)胞外基質(zhì)合成以及最后修復(fù)組織的塑型。從損傷的細(xì)胞中釋放的生長因子 和細(xì)胞因子、血小板、多核白細(xì)胞以及淋巴細(xì)胞在愈合過程的不同方面起作用，它們是通過 自動分泌或旁路分泌途徑參與修復(fù)過程的。目前很多類型的結(jié)締組織的特殊愈合過程尚未完 全研究清楚，但是生長因子在損傷愈合中的作用已在動物模型中被證實。在人體肌與骨骼的 無血管組織中，如關(guān)節(jié)軟骨或半月板無血管區(qū)，愈合作用在某種程度上可能是由于缺少與修 復(fù)相關(guān)的細(xì)胞因子而被削弱。

　　2　生長因子在肌肉-骨骼系統(tǒng)損傷后愈合中的作用

　　以及臨床應(yīng)用中存在的 問題

　　許多研究證實幾種生長因子，包括血小板源生長因子(PDGF)〔3〕、纖維母細(xì)胞生長 因子(FGF)〔4〕、上皮生長因子(EGF)〔5〕、轉(zhuǎn)化生長因子－β2(TGF－β 2)〔6〕以及胰島素樣生長因子－1(IGF－1)〔7〕對促進(jìn)創(chuàng)傷愈合都有潛在 的功能。許多蛋白質(zhì)性的生長因子能影響組織愈合過程。一些生長因子能刺激與愈合過程相 關(guān)的因素，包括細(xì)胞移動、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化和基質(zhì)合成。如果損傷的組織為有血管的， 損傷部位的血小板釋放生長因子迅速開始初步修復(fù)，隨后，新的生長因子由浸潤的炎性細(xì)胞 和正常存在于組織中的纖維母細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成。而對于自我修復(fù)能力有限的組織，例如 ，關(guān)節(jié)軟骨、前交叉韌帶、半月板的無血管區(qū)等無血管或血管邊沿組織，特定的生長因子缺 乏或不恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)可能損害愈合過程。所以，外源性生長因子應(yīng)用或增加內(nèi)源性生長因子的 合成可以啟動或提高這些組織的愈合過程。

　　幾種生長因子已被試用于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的體內(nèi)模型，并已獲得良好的初步結(jié)果。Cuevas等的 一項研究表明，纖維母細(xì)胞生長因子(FGF)的長期灌注對兔軟骨淺表裂傷有促進(jìn)愈合反應(yīng)的 作用〔8〕。最近的一項體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，在關(guān)節(jié)軟骨的部分缺損表面局部應(yīng)用包含有 特殊 生長因子的纖維蛋白凝塊時，能啟動滑膜和缺損軟骨的細(xì)胞復(fù)原過程，并且由于轉(zhuǎn)化生長因 子－β1(TGF－β1)的應(yīng)用大大加速了這一過程〔9〕。雖然半月板的無血管區(qū)不 能再生，但在部分半月板切除術(shù)后可看到再塑形的過程。半月板纖維軟骨細(xì)胞在細(xì)胞培養(yǎng)時 有 細(xì)胞增殖和基質(zhì)產(chǎn)生能力。轉(zhuǎn)化生長因子－β1(TGF－β1)在半月板細(xì)胞和移植培養(yǎng)中 能刺激纖維軟骨細(xì)胞增殖和蛋白多糖合成〔10〕。內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(ECGF)也能促進(jìn) 半月板的愈合〔11〕，在狗的體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn)外源性纖維蛋白凝塊的存在能改善半月 板無血管區(qū)損傷的愈合〔12〕。前交叉韌帶中的纖維母細(xì)胞對EGF、PDGF和IGF－1也 有反應(yīng)〔13〕。胰島素樣生長因子－1(IGF－1)還用于肌肉損傷。這些研究成果顯示 ，臨床應(yīng)用生長因子促進(jìn)損傷組織的修復(fù)是很有潛力的。

　　然而，臨床應(yīng)用生長因子促進(jìn)愈合還存在一個主要問題，即缺乏合適的傳遞系統(tǒng)。因為這些 因子是蛋白質(zhì)，用傳統(tǒng)的用藥途徑很難將其傳到體內(nèi)。傳統(tǒng)的用藥途徑經(jīng)常要求頻繁地輸注 這些生物大分子，而結(jié)果往往是不能將它們傳遞到疾病的特定部位。這種治療結(jié)果不能令人 滿意，還常伴有副作用。因此，必需采用特殊方法將生長因子送到損傷的組織中。一種方式 是植入局部使之緩慢釋放；而最近發(fā)展的DNA重組技術(shù)和基因轉(zhuǎn)移技術(shù)可將編碼了相應(yīng)的生 長因子的基因轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞上，在損傷組織的局部合成生長因子并維持一段時間。

　　3　基因治療在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

　　基因治療在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用尚處于初級階段，但它是一種很有希望的治療方法，能提高運(yùn) 動創(chuàng)傷的臨床治療。基因治療對啟動和加速軟骨、半月板、肌腱、韌帶的修復(fù)特別有用。一 旦合適的生長因子被分離出，損傷的分子學(xué)和細(xì)胞學(xué)機(jī)理也清楚了，基因轉(zhuǎn)移技術(shù)就能提供 有效的傳遞系統(tǒng)。傳遞編碼了有治療潛力的蛋白質(zhì)的基因有很多優(yōu)點，如性質(zhì)穩(wěn)定，理論上 基因傳遞僅需很少幾次甚至可能一次即可，此外，在特定組織內(nèi)傳遞基因或表達(dá)基因能降低 在其他器官中的暴露，從而減少副作用。

　　最近對將基因轉(zhuǎn)移到兔韌帶、半月板、滑膜和關(guān)節(jié)軟骨的可行性及載體的效率進(jìn)行了研究。 以家兔膝關(guān)節(jié)為模型，經(jīng)活體(ex vivo)和活體內(nèi)(in vivo)技術(shù)已被用于把一些基因轉(zhuǎn)移 至滑膜，經(jīng)活體的基因轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致轉(zhuǎn)移基因的暫時性表達(dá)，表達(dá)強(qiáng)度至少在6周后才減弱〔14〕。編碼了β一半乳糖苷酶的標(biāo)記基因LacZ通過經(jīng)活體和活體內(nèi)兩種導(dǎo)入途徑被轉(zhuǎn) 移。表達(dá)LacZ基因的細(xì)胞可通過加入產(chǎn)色素的底物x?gal后的代謝產(chǎn)物的著色來分析。活體 內(nèi)基因轉(zhuǎn)移時，攜帶LacZ基因的腺病毒載體被直接注射入組織。兔膝關(guān)節(jié)的滑膜細(xì)胞由關(guān)節(jié) 內(nèi)注射被轉(zhuǎn)導(dǎo)〔15〕，基因表達(dá)至少持續(xù)8周〔16〕。Nita等于1996年比 較了不同載體轉(zhuǎn)移基因至關(guān)節(jié)滑膜的能力，將載體直接注射入兔膝關(guān)節(jié)，標(biāo)記基因為LacZ， 基因轉(zhuǎn)移和表達(dá)由x?gal染色和PCR方法來分析。結(jié)果證實，腺病毒載體在體外和體內(nèi)轉(zhuǎn)移 時均有較高的效率，LacZ基因表達(dá)至少持續(xù)28天，但在體內(nèi)轉(zhuǎn)移時有炎癥反應(yīng)；單純性疤疹 病毒載體的體外、體內(nèi)轉(zhuǎn)移也能較高水平地表達(dá)LacZ基因，但是受細(xì)胞毒素的限制；逆轉(zhuǎn)錄 病 毒載體僅在體外基因轉(zhuǎn)移時有效；脂質(zhì)體在體外實驗時結(jié)果不穩(wěn)定，而當(dāng)體內(nèi)關(guān)節(jié)注射時， 基因表達(dá)水平低且只持續(xù)幾天。故認(rèn)為目前尚沒有理想的載體能在體內(nèi)將基因轉(zhuǎn)移至滑 膜〔17〕。另有實驗證明，，攜帶LacZ基因的腺病毒載體可通過直接注射使兔髕腱纖 維母細(xì)胞被轉(zhuǎn)導(dǎo)〔18〕、雞長趾屈肌腱的腱細(xì)胞被轉(zhuǎn)導(dǎo)〔19〕。

　　在經(jīng)活體基因轉(zhuǎn)移時，選擇編碼了新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶的Neor基因與用逆轉(zhuǎn)錄病毒的 LacZ基 因共同轉(zhuǎn)移。Neor基因使被轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)胞有抗新霉素及其它的人工合成類似物G418的特性。 在培養(yǎng)基中加入G418可以選擇轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞。家兔模型實驗中證實標(biāo)記的基因已能轉(zhuǎn)移到半月板 的纖維軟骨細(xì)胞中〔1〕，經(jīng)活體基因轉(zhuǎn)移至兔關(guān)節(jié)軟骨和髕腱也已成功〔14， 18，20〕。

　　不同的實驗對基因轉(zhuǎn)移載體的研究常得出有差異的結(jié)論，但一般認(rèn)為，逆轉(zhuǎn)錄病毒載體對經(jīng) 活體基因轉(zhuǎn)移非常有效，而腺病毒載體則用于活體內(nèi)基因轉(zhuǎn)移時效果好�？傊@些研究結(jié) 果提示進(jìn)一步發(fā)展基因治療技術(shù)能改善運(yùn)動創(chuàng)傷的治療。

　　4　結(jié)語

　　基因治療從實驗室走向臨床的發(fā)展速度很快，盡管目前尚有許多問題需要解決，一系列的臨 床試驗已在計劃中了。骨骼肌肉系統(tǒng)的許多疾病均能得到很好的基因治療。基因治療有望為 運(yùn)動創(chuàng)傷的愈合提供新的治療方法，尤其在治療無血管或少血管的結(jié)締組織(如軟骨、肌腱 、半月板、韌帶)病損等方面。

　　作者單位:湖南醫(yī)科大學(xué)湘雅醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)科(長沙，410008)

　　5　參考文獻(xiàn)

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