细胞与基因治疗之——慢病毒的运用

关于细胞与基因治疗现在是非常火热的方向，生物医药经历了小分子药物、抗体药物之后迎来了基因治疗的新兴治疗方式。这是生物医药的第三次产业革命，包括裸质粒、反义寡核苷酸、RNAi、重组病毒等载体途径。

关于细胞与基因治疗的知识点和相关技术繁多，后续将会有相关系列推文希望大家持续关注。这篇推文小编将带大家先总体了解一下什么是细胞与基因治疗，并且重结合慢病毒的结构介绍一下慢病毒的运用。

细胞与基因治疗（cell and gene therapy,CGT）^[1]是一种通过基因表达、沉默或体外改造手段，在蛋白质水平进行调控的疗法。细胞疗法主要分为干细胞疗法和免疫细胞治疗两大类。患者自体干细胞较容易获得，致癌风险也很低，同时也没有免疫排斥以及伦理争议等问题，被更多地运用到临床。免疫细胞是指参与免疫应答或与免疫应答有关的细胞，包括NK细胞、T细胞、B细胞、巨噬细胞等。目前免疫细胞疗法主要运用于癌症的治疗，根据所使用的免疫细胞不同，分为细胞因子诱导的杀伤细胞疗法、API生物免疫治疗、DC-CIK细胞疗法、自然杀伤细胞（NK）疗法等。

广义的基因治疗指的是通过纠正或者补偿基因缺陷以达到治疗疾病的一种治疗方法。基因作为遗传物质的基本单位，具有控制遗传性状表达和活性调节的作用。基因治疗可以通过基因转移或基因调控对的方法，将带有治疗性的基因导入患者体内，正常基因的表达可以治疗患者的疾病。基因治疗分为离体治疗和体内治疗两大类。病毒仍是常用的基因载体，大多数的体外细胞基因治疗采用的是自体细胞。

病毒性载体是基因治疗中转导功能性基因进入靶标组织细胞的极为重要的工具。对病毒载体改造，重组和优化是基因治疗工程的重要基础。目前较为成熟的病毒性载体有逆转录病毒、腺病毒载体以及相关病毒载体。随着对各种病毒研究领域的拓展和深入，其他一些病毒的特性和良好的天然优势逐渐被人们所认识。其中，以慢病毒，口炎疱疹病毒等代表的病毒载体以其独特的优势和良好的载体特性逐渐成为研究热点，在基因工程技术的推动下，有希望成为新一代的理想病毒载体。

以HIV-1为代表的慢病毒能作用于细胞周期的G0/G1期，同时具有嗜核性，所以可以感染非分裂和分裂细胞。研究表明，慢病毒载体还具有转移的基因片段容量较大、目的基因可整合至靶细胞基因组长期表达、免疫反应小等优点。同时慢病毒载体对造血干细胞、免疫细胞、神经细胞、肝细胞、心肌细胞、肌细胞、视网膜细胞等类型的细胞具有极好的细胞嗜性，这些都是基因治疗非常重要的靶标，所以慢病毒载体具有成为基因工程载体的天然优势。

接下来我们从以HIV-1为代表，对慢病毒载体的结构进行论述为什么慢病毒能够作为理想的病毒载体：

HIV-1载体系统是在HIV-1基因框架基础上改良后的复制缺陷型病毒载体，既保留可感染非分裂细胞的能力，又尽量的减少有复制能力病毒的产生；同时还剔除了导致免疫反应的病毒蛋白基因，从而保证了在基因治疗应用上的生物安全性。HIV-1的结构基因包含九个关键病毒基因，分别是：gag、pol、env、tat、rev、vif、vpr、vpu、nef。其主要结构与其它逆转录病毒相同，均为5‘LTR-gag-pro-pol-env-LTR3’。其中gag基因可以编码病毒所需的核心蛋白；pol基因编码病毒复制所需要的酶；env基因编码病毒的包膜糖蛋白。这三个基因编码结构蛋白和蛋白酶，是保证病毒复制能力的关键基因，并且可以决定病毒感染宿主的靶向性。在病毒表达的过程中还需要一些顺式作用元件，包括长末端重复序列（LTRs）、TAT 激活区（TAR）、剪接供体和受体位点、包装和二聚化信号（Ψ）、Rev 反应元件（RRE）以及中央和末端多聚嘌呤区（PPT）等^[2]。

理论上，我们需要在两端的LTRs中间插入我们需要慢病毒表达的目的基因，送入靶细胞之中并表达来实现外源基因的表达。从结构上看，慢病毒与 Mulv 逆转录病毒载体相比，更倾向于整合到宿主基因组远离转录起始点的位点的非活性转录区域中，其激活原癌基因沉默的风险低于 Mulv 逆转录病毒载体。

这也是为什么科学家们更愿意选择慢病毒作为细胞治疗的载体原因：

更有效、更广泛地感染分裂及非分裂的细胞、组织；
更大的包装容量；
更低的细胞毒性和免疫原性；
更好的表达效果。

基于以上慢病毒的优点，一般将其作为载体运用于肿瘤的研究之中。慢病毒载体运用于肿瘤研究的研究思路大致上是：利用慢病毒载体的整合性，构建目的基因过表达或者沉默的稳转株，在体外进行正反性的功能验证；利用慢病毒载体低的细胞毒性和免疫原性的特点，用于动物体内注射建立成瘤模型。

在下一篇推文中，小编将结合具体的文献带大家看看慢病毒在实际文章中的运用。在月末吉凯基因也会推出线上直播，慢病毒搭配双荧光素酶报告实验更好帮助大家进行实验相关设计，大家可以后续跟进推文&积极预约讲座~