冠心病基因治疗研究进展

杨夏茵，徐应军，张桂东

冠状动脉粥样硬化性疾病(冠心病)已经成为严重危害人类生命的疾病之一，冠状动脉介入技术的应用减少了患者心绞痛的症状发作，改善了患者的生活质量，但却无法根本改变动脉粥样硬化发展的进程。近年来，随着基因工程技术的发展和成熟，逐渐诞生了冠心病基因治疗的新途径。据统计，过去10年的基因治疗的临床病例中，有8%的病例是与冠心病治疗相关，基因治疗冠心病方面表现出了良好的效果［1］，如美国基因治疗冠心病治愈率从1994年的3%升至2010年的17%［2］。随着治愈率的增加，基因治疗冠心病的类型也出现新的突破，已经从原来的单基因遗传的冠心病扩展至多基因的心血管疾病，如高血压和脑卒中等。冠心病的基因治疗逐步显现出光明的前景。

1 冠心病基因治疗的相关领域

冠心病的基因治疗涉及了治疗冠心病的各个方面，如动脉粥样硬化的基因治疗、血管生成的基因治疗和血管成形术后再狭窄的基因治疗等［3］。其中血管生成的基因治疗目前发展最快，且已经大量应用于临床试验，可望成为未来疾病治疗中最可行的领域。

1.1动脉粥样硬化的基因治疗近年来研究表明，动脉粥样硬化与内膜损伤及炎症机制密切相关，进而发生一系列的细胞增殖、脂质沉积以及斑块形成等过程，最终导致典型的动脉粥样硬化。当前动脉粥样硬化的治疗研究还主要在动物实验阶段，在人体内环境中的治疗作用和效果尚未得到证实［4］。涉及的主要方面包括脂代谢异常及动脉粥样硬化形成机制(细胞损伤、细胞增殖和炎症等)的干预及介入治疗。主要是通过有治疗作用的目的基因转入患者相关器官或组织中，继而目的基因在体细胞内进行适度的表达，以达到治疗或延缓动脉粥样硬化进程的目的［5］。

1.2血管生成的基因治疗血管再生机制以及血管生长因子促血管生成作用的发现是近10年来的研究热点，并在临床上得到了广泛的应用。血管生长因子可以促进新生血管再生和建立缺血组织的侧支循环，对冠心病的治疗效果有很大的促进作用。在基础和临床研究中关注最多的生长因子基因主要有:血管内皮生长因子(VEGF)基因［6］、成纤维细胞生长因子(FGF)基因［7］、干细胞生长因子(HGF)基因［8］、促血管生成因子-1基因等。血管再生基因治疗主要目的是促进缺血组织侧支血液循环的建立，在治疗冠心病中已显示了良好的效果［9-10］。

VEGF是血管内皮细胞特异性的肝素结合生长因子，能够刺激血管内皮细胞的有丝分裂和血管的发生，提高单层内皮的通透性，在体内诱导血管新生。VEGF基因治疗是上世纪90年代以来研究最有进展的治疗方法，在动物体内和人体内进行了一系列的研究和应用，表明其具有增加血管的通透性、促进血管生成、扩张冠状动脉、降低心输出量和每搏输出量等作用［11-14］，目前已经明确VEGF的基因治疗可应用于冠心病患者的治疗，将来可能广泛应用于临床。

FGF可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、表皮细胞等多种细胞的增殖;其促血管新生的主要作用在于促进血管内皮细胞增殖，促进对基底膜有降解作用的蛋白酶的释放及血管内皮细胞形成管腔［15］。FGF基因治疗冠心病的有效性和研究热度次于VEGF基因治疗。FGF蛋白治疗冠心病的效果较安慰剂的效果显著增加，但转入细胞的FGF基因表达后无法分泌至细胞外发挥生物学功能，是其基因治疗的一大缺陷。针对这一缺陷，有研究者通过引入信号肽使表达的FGF蛋白可分泌至细胞外，从而发挥功能［16］。这一做法成功地将FGF基因治疗应用于冠心病的临床治疗中。

HGF是由α亚基和β亚基通过二硫键而组成的异源二聚体，主要有三种:肝源性细胞生长因子、细胞源性细胞生长因子和血源性细胞生长因子。基础研究表明，通过腺病毒载体构建表达HGF的病毒载体导入缺血大鼠心肌后，大鼠心肌缺血症状明显改善［17］。另有研究，采用心脏缺血模型比较HGF和VEGF的功效发现:①VEGF具有使血管通透性过强的副作用，而HGF不具有这一缺点;②HGF具有更强的促血管再生功能。

促血管生成因子-1是RNA酶家族的一类蛋白，具有RNA酶活性的血管生成因子。通过血管微结构研究发现促血管生成因子-1较VEGF、FGF和HGF促进的新生血管生成更完整，而VGEF促进生成的新生血管的通透性增加［18］。促血管生成因子-1常与其他血管生成因子基因联合治疗，有研究将促血管生成因子-1和VEGF基因联合使用，促血管生成因子-1的持久稳定促血管生成功能和VEGF血管通透性过强可相互补充［19］。这一治疗效果在大鼠下肢动脉闭塞模型中得到证实。联合治疗方案将可能是未来血管生成因子-1基因治疗重要选择。

1.3血管成形术后再狭窄的基因治疗血管成形术后再狭窄的问题是目前临床上较难解决的问题，一直困扰着医生。血管成形术后再狭窄的机制主要包括血管的弹性回缩、血管内膜增生和血管重构。血管成形术后再狭窄的基因治疗有三个层次:一是引入反义寡核苷酸阻断蛋白质合成，从而抑制血管平滑肌细胞增殖;二是导入外源性基因产生细胞毒作用，促使细胞凋亡;三是构建基因工程细胞减轻创伤反应。从分子水平来看，血管成形术后内膜的异常增生与内皮细胞损伤、血小板粘附、局部炎症反应、细胞的增殖和迁移有关，涉及多种生长因子和细胞因子的作用以及各种细胞周期调节蛋白的异常表达，因此再狭窄的防治可从这些环节入手。2001至2002年，雷帕霉素涂层支架预防再狭窄的临床试验取得了惊人的成功［20］，对血管再狭窄基因治疗的研究有很大的冲击，同时也提示寻找再狭窄发生发展过程中新的关键基因仍将是基因治疗研究中的主要方面。由于血管内膜增生在支架内再狭窄的发生中发挥主要作用，因此针对内膜增殖的基因疗法有可能对支架内再狭窄的防治有较为显著的疗效。目前随着对血管成形术后再狭窄生理机制研究的逐渐深入，以及治疗基因、基因递送系统和基因载体的进一步发展完善，基因治疗也可能成为防治血管成形术后再狭窄做出贡献［21］。

2 基因治疗冠心病的方法

2.1载体系统的选择目前基因治疗载体有两类:病毒型和非病毒型载体。病毒型载体具有免疫原性，而且在体内会引发安全隐患，需要进行反复认证或者官方认证才能得到应用。非病毒型载体虽然安全可靠，但其进入细胞内的效率即转染效率低而影响基因治疗效果。冠心病临床试验或基础研究采用的基因载体主要有质粒和腺病毒。质粒属于非病毒载体，是包括启动子、中止信号的双螺旋DNA。由于螺旋DNA转染效率会很低，因此在做基因治疗时需要借助不同的转染方法或导入途径进行实施，其免疫原性低不会产生免疫抵抗而被应用于冠心病的治疗。与肿瘤治疗不同，冠心病中不再重视病毒型载体的治疗，裸露的DNA质粒治疗被广泛应用。FDA的一项报道中得出，冠心病基因治疗中的39%的治疗方案是采用的质粒载体［22］。虽然病毒型载体虽有免疫原性和安全等问题，但是迄今为止有仍有53%临床亚牛应用腺病毒载体进行VEGF等基因治疗，且并未发现严重的副作用。因此在相当长的时间内，病毒型载体在心血管病，包括冠心病的基因治疗中还将占有较大的比重。

2.2目的基因的导入方法基因导入可以是通过载体将目的基因直接导入受体心肌，也可以是通过载体首先导入体外培养的自体或异体细胞，再将表达有外源目的基因的细胞回输给受者。目前冠心病的基因治疗主要是选择将目的基因直接导入受体心肌。常用的方法和技术手段主要有静脉注射法、冠状动脉内灌注法、心肌内注射法、心包转移法等［5］。静脉注射法是最简便的方法，但组织特异性差，载体用量较大，会导致外源基因进入非靶器官;冠状动脉内灌注法操作简便、创伤小，直接通过股动脉穿刺，插入造影导管达冠状动脉窦口后将携有目标基因的载体注入，此方法不会引起炎症反应，但仍然会造成基因随血行播散至细胞外组织造成非特异性表达;心肌内注射法具有一定的特异性，操作失败的风险较大，目前较少应用;心包转移法与心肌内注射法类似，目前在临床上应用较少。

3 总结与展望

冠心病的基因治疗研究已经取得了令人瞩目的进展，但仍存在很多需要深入研究的问题，如治疗基因的选择和筛选、载体的选择、疾病机制与基因治疗的关联性研究、载体导入途径的研究等。而对于已经构建的载体，还需要探讨载体安全性、载体剂量、导入途径和治疗方案等问题。寻找新的治疗基因、更理想的基因载体、更安全有效的基因转移途径仍然是进一步研究的重点，而与其它传统或新兴的治疗手段的结合也将是基因治疗在临床应用的重要方式。

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