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第三节 分子生物学与外科疾病治疗
随着在分子水平对疾病的发病机制研究的不断深入，以及基因工程技术的飞速发展，通过分子生物学技术对外科疾病进行干预和治疗已成为可能。目前，分子生物学技术在肿瘤复发与转移、器官移植供体提供与排斥反应、严重感染、创伤后组织愈合等外科难题的解决提供新的途径。
一、基因治疗策略及技术
（一） 基因治疗策略
基因治疗（gene therapy）是指通过转基因技术在特定的靶细胞表达特定基因，或封闭、抑制异常表达基因，以达到治疗疾病的目的，其基本策略包括：
1. 基因置换 将正常外源基因导入病变细胞，置换有缺陷的致病基因，并尽量使基因组不发生其他改变，达到定点整合或基因打靶（gene target）的目的。
2. 基因修正 大多数单基因遗传病的致病基因是发生点突变，而基因其他部位的编码及调控结构是正常的，因而不必进行整个基因置换，而只在原位修复致病基因的突变，这种方法称为基因修正。
3. 基因修饰 指并不去除异常基因，而是通过外源基因的非定点组合，将功能性目的基因导入病变细胞或其他相关细胞。外源基因的表达产物可弥补致病基因的缺陷功能，或能表达靶细胞原先所不具备的产物，以达到治疗疾病的目的。
4. 基因封闭 导入的外源基因可以特定的方式作用于致病基因，抑制或破坏致病基因的表达。常用方法有：①反义RNA技术 通过体外合成的反义RNA或构建能转录反义RNA的重组DNA质粒转入细胞中，利用碱基互补原理结合细胞中特异mRNA以调控其翻译。②核酶技术 具有催化功能的RNA被称为核酶（ribozyme），核酶通过两端引导序列与mRNA结合后将其切断，并可从杂交链上解脱并重新结合和切割其他mRNA。
（二）基因转移技术
基因转移技术有生物学方法和非生物学方法两类，前者主要指利用携带外源基因的缺陷病毒感染靶细胞，后者指用物理或化学方法将DNA导入细胞。基因转移常用的病毒载体有逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺相关病毒载体、单纯疱疹病毒载体等。基因转移的非生物学方法主要有脂质体、受体介导的基因转移、DNA-磷酸钙共沉淀法、电穿孔法、显微注射法、颗粒轰击等。
二、分子生物学与肿瘤治疗
（一）肿瘤致病基因相关基因治疗
1. 以癌基因为靶基因 对于过度活化的癌基因可用基因封闭的方法，体外合成与致病癌基因mRNA互补的反义RNA或核酶，通过干扰癌基因的转录和翻译以关闭癌基因的表达。
2. 以抑癌基因为靶基因 对于抑癌基因失活的恶性肿瘤，可通过基因修饰转入具有正常功能的野生抑癌基因，或通过基因置换将外源基因与缺陷的抑癌基因进行同源重组，重建失活的抑癌基因功能以控制肿瘤的异常生长。
（二）肿瘤免疫相关基因治疗
1. 增强肿瘤细胞的免疫原性 转染主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex, MHC）基因以增强肿瘤细胞MHC抗原的表达，加强免疫效应细胞对肿瘤细胞的识别。另一途径就是促进肿瘤抗原的表达，采用病毒基因转染肿瘤细胞，使细胞膜上表达病毒抗原，从而诱导机体免疫系统对病毒抗原的免疫应答，达到消灭肿瘤细胞的目的。
2. 增强免疫细胞的抗肿瘤效应 通过向靶细胞如肿瘤浸润细胞（TIL）、淋巴因子激活的杀伤细胞（LAK细胞）等转移细胞因子基因如白细胞介素类（IL-2、IL-4、IL-6）、干扰素类（IFN-α、IFN-β）、肿瘤坏死因子（TNF-α）、集落刺激因子（colony stimulating factor, CSF），直接杀伤肿瘤或通过刺激免疫网络间接发挥肿瘤杀伤作用。
3. 肿瘤基因疫苗 肿瘤基因疫苗是以肿瘤特异性抗原（tumor special antigen，TSA）、肿瘤相关抗原（tumor associated antigen，TAA）、突变的癌基因以及肿瘤相关的病毒蛋白等的编码基因为目的基因，构建携带上述基因的重组DNA质粒直接注射到体内，通过表达上述抗原蛋白诱导机体产生特异性的抗肿瘤免疫。
4. 诱导肿瘤细胞凋亡 有研究者将Fas抗原基因转染肿瘤细胞，当免疫效应细胞表面的Fas配体（FasL）与肿瘤细胞表面表达的Fas抗原结合后，肿瘤细胞发生凋亡。
（三）肿瘤化疗相关基因治疗
1. 肿瘤耐药的基因治疗 通过构建MDR-1 mRNA序列特异性的反义寡核苷酸或核酶，抑制MDR-1表达P-糖蛋白以提高肿瘤对化疗药物的敏感性。
2. 肿瘤自杀基因的治疗 自杀基因转入肿瘤细胞后，通过其代谢作用可将无毒性的药物前体转化为细胞毒性药物，从而达到特异性杀灭肿瘤细胞的目的。常用的肿瘤自杀基因包括单纯疱疹病毒胸腺嘧啶激酶基因、水痘-带状疱疹病毒胸腺嘧啶激酶基因等。
3. 诱导正常细胞的耐药治疗 肿瘤化疗的一个非常严重的副作用就是骨髓抑制问题，国外已经在临床中开展人MDR-1基因转入晚期癌症患者的造血干细胞实验研究。此外，将集落刺激因子基因转入造血干细胞亦可缓解肿瘤化疗药物对骨髓的抑制作用。
（四）肿瘤转移相关的基因治疗
金属蛋白酶组织抑制因子（tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMP）可与癌细胞分泌的包括胶原酶在内的多种金属蛋白酶相结合并抑制其活性，从而保持血管基底膜的完整性。因此，通过转导TIMP基因以加强其表达，在一定程度上可阻止癌细胞的转移。另一策略是抑制肿瘤新生血管生成，目前研究较多的是血管内皮生长抑制因子，可特异性抑制血管内皮细胞增殖。
三、分子生物学与器官移植
随着移植免疫排斥反应和免疫抑制药物研究的进展，人们已经在临床开展包括心脏、肺脏、肝脏、胰腺、肾脏在内的多种器官移植。对于有器官功能衰竭或因患恶性肿瘤而行器官切除的患者，器官移植是最终的替代途径，因而器官移植是未来外科发展的必然趋势。尽管目前器官移植研究已取得了较大进展，供体器官的不足和移植免疫排斥反应极大地制约了移植外科在临床中的应用
（一）分子生物学与同种移植
1. 分子生物学与移植配型 在同种器官移植前进行组织相容性配型是极为重要的。以往通过组织学、血清学和细胞学方法在蛋白水平进行组织相容性抗原的测定，随着分子生物学技术的发展，人们可应用序列特异性低核苷酸杂交、限制性长度多态性以及凝胶电泳等方法在基因水平进行组织相容性抗原的配型。
2. 分子生物学与同种移植排斥反应 目前临床常用的免疫抑制剂均非特异地抑制机体的免疫反应以维持移植器官的存活，处于免疫抑制状态的宿主则很容易受到细菌或病毒的感染，且肿瘤的发生率大大增加。分子生物学技术的发展使我们能够干预移植免疫反应的特定环节以诱导移植免疫耐受，而不是造成机体的免疫抑制状态。如利用基因工程重组技术获得的抗CD3、抗CD4、CTLA4等单克隆抗体可与T细胞表面免疫刺激分子结合以抑制免疫刺激信号的传导，从而有效减弱移植排斥反应。此外，将免疫抑制基因如IL-10、TGF-β以及凋亡基因FasL等转染移植物或免疫递呈细胞，以诱导T细胞的无反应性或凋亡在同种移植的实验研究中已取得较大进展。
3. 分子生物学与干细胞 干细胞是一种具有多种分化潜能的细胞，在一定的外界环境诱导下干细胞能分化成不同功能的组织和器官。通过特异性的分子基因标记筛选和鉴定人体多能干细胞，并在体外诱导多能干细胞向特定的细胞类型增殖分化，为细胞和器官移植提供新的来源。
（二）分子生物学与异种移植
1. 目前研究较多的是猪来源的供体器官，当猪器官移植于人时，体内天然抗体与猪血管内皮细胞上的α-1,3-半乳糖表位相结合，导致超急性排斥反应而使移植失败。可利用基因敲除技术敲除α-1,3-GT基因或利用反义RNA技术抑制α-1,3-GT活性，从而消除或减少α-1,3-半乳糖表位的合成，以减轻异种移植排斥反应。
2.衰变促进因子（decay accelerating factor, DAF）是一种补体调节因子，可以抑制补体攻击单位的活化，从而对超急性排斥反应起到抑制作用。国内已有研究单位利用显微注射技术将人类DAF成功转入到猪的受精卵，从而获得转hDAF的转基因猪。此种转基因猪有望给异种移植的临床应用带来新的希望。