第二节基因与基因药物
一、基因
遗传工程技术的发展，为人类世世代代难以解决的医疗问题，提供了更好的解决方法。20世纪由于对一些产生变性的病毒有了进一步的了解，科学家开始尝试以此为一个载体，将外来基因送入一个特定的细胞内。随着这个技术的发展及对疾病的认知逐渐加深，基因的观念由此诞生。
人体基因是一种现代医疗科技，是指利用分子生物学中DNA重组以及转移的技术，把重组后的DNA分子传递到一个或多个人体染体内，将患者有遗传性、新陈代谢或癌症等疾病的细胞内的致病基因，加以修补或置换，使其恢复正常功能；或者在已丧失功能的基因外，输入额外的正常基因，以制造必要的产物，使病人得以恢复健康。
生物体的一切生命活动，从出生、成长、到出现疾病、衰老直至死亡都与基因有关，基因调控着细胞的各种功能、生长、分化、老化、死亡。目前已发现，人类与疾病相关的基因约有5000多个，迄今已有1／3被分离和确认。科学家们利用基因工程技术，消除、修饰“坏”的致病基因，如导致结肠癌的基因；注入或增强“好”的基因，如防止动脉阻塞的基因，达到疾病的目的。
（一）基因诊断
1、基因诊断的概念和特点
所谓基因诊断就是利用现代分子生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及其表达水平是否正常，从而对疾病做出诊断的方法。
基因诊断的特点：①以基因作为检查材料和探查目标，针对性强。②分子杂交技术选用特定基因序列作为探针，具有很高的特异性。③分子杂交和聚合酶链反应都具有放大效应，诊断灵敏度很高。④适用性强，诊断范围广，检测目标可以是内源基因也可以是外源基因。
2、基因诊断的常用技术方法
（1）核酸分子杂交技术
这种方法用以检测样本中是否存在与探针序列互补的同源核酸序列。具体常用的方法有①限制性内切酶分析法此方法是利用限制性内切酶和特异性DNA 探针来检测是否存在基因变异。当待测DNA序列中发生突变时会导致某些限制性内切酶位点的改变，其特异的限制性酶切片段的状态在电泳迁移率上也会随之改变，借此可做出分析诊断。②DNA限制性片断长度多态性分析在人类基因组中，平均约200对碱基可发生一对变异（称为中性突变），中性突变导致个体间核苷酸序列的差异，称为DNA多态性。不少DNA多态性发生在限制性内切酶识别位点上，酶解该DNA片段就会产生长度不同的片断，称为限制性片段长
度多态性(RFLP)。RFLR按孟德尔方式遗传，在某一特定家族中，如果某一致病基因与特异的多态性片断紧密连锁，就可用这一多态性片段为一种“遗传标志”，来判断家庭成员或胎儿是否为致病基因的携带者。甲型血友病、囊性纤维病变和苯丙酮尿症等均可借助这一方法得到诊断。③等位基因特异寡核苷酸探针杂交法遗传疾病的遗传基础是基因序列中发生一种或多种突变。根据已知基因突变位点的核苷酸序列，人工合成两种寡核苷酸探针：一是相应于突变基因碱基序列的寡核苷酸；二是相应于正常基因碱基序的寡核苷酸，用它们分别与受检者DNA进行分子杂交。从而检测受检者基因是否发生突变，以及是否有新的突变类型。（2）聚合酶链反应(PCR)
PCR技术采用特异的引物，能特异地扩增出目的DNA片段。由于在基因顺序中突变区两侧的碱基序列和正常基因仍然相同。因此。根据待测基因两端的DNA顺序设计出一对引物，经PCR反应将目的基因片断扩增出来，即可进一步分析判断致病基因的存在与否，并了解其变异的形式。
（3）基因测序
分离出患者的有关基因，测定出碱基排列顺序，出其变异所在，这是最为确切的基因诊断方法。
3、基因诊断的应用
①随着基因诊断方法学的不断改进更新，它已被广泛地应用于遗传病的诊断中。比如对有遗传病危险的胎儿在妊娠期间和产前做出诊断，杜绝患儿出生。
②基因诊断除用于细胞癌变机制的研究外，还可对肿瘤进行诊断、分类分型和愈后检测。
③在感染性疾病的基因诊断中，不仅可以检出正在生长的病原体，也能检出潜伏的病原体，既能确定既往感染，也能确定现行感染。对那些不容易外培养和不能在实验室安全培养（如立克次氏体）的病原体，也可用基因诊断进行检测。
④在传染性流行病中，采用基因诊断分析同血清型中不同地域、不同年份病原体分离株的同源性和变异性，有助于研究病原体遗传变异趋势，指导暴发流行的预测。
⑤基因诊断在判断个体对某种重大疾病的易感性方面也起着重要作用。
⑥基因诊断在器官移植组织配型中的应用也日益受到重视。
⑦基因诊断在法医学中应用主要针对人类DNA遗传差异进行个体识别和亲子鉴定。
（二）基因
1、基因的方法
（1）基因矫正指将致病基因的异常碱基进行纠正，而正常部分予以保留。
（2）基因置换是用正常基因通过体内基因同源重组，原位替换病变细胞内的致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常状态。
（3）基因增补是指将目的基因导入病变细胞或其他细胞，并不去除异常基因，而是通过目的基因的非定点整合，使其表达产物补偿缺陷基因的功能或使原有的功能得到加强。目前基因多采用此种方式。
（4）基因失活
早期一般是指反义核酸技术----将特定的反义核酸，包括反义RNA，反义DNA和核酶导入细胞，在翻译和转录水平阻断某些基因的异常表达。近年来又有反基因策略、肽核酸、基因去除和RNA干扰技术等。
2、基因的基本程序
（1）性基因的选择
选择对疾病有作用的特定目的基因是基因的首要问题。对于单基因缺陷的遗传病而言，其野生型基因即可被用于基因，如选用腺苷脱氨酶(ADA)基因ADA缺陷导致的重症联合免疫缺陷综合症。
（2）基因载体的选择
有病毒载体和非病毒体两类，多用病毒载体，如逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒载体。
（3）靶细胞的选择
根据受体细胞种类的不同，基因分为体细胞的基因和生殖细胞的基因两大类。
（4）基因转移
将基因导入哺乳动细胞的方法有两种：一种是非病毒介导的基因转移；还有一种是病毒介导的基因转移。非病毒介导的基因转移方法包括物理的和化学的方法等。物理方法有显微注射、电穿孔、DNA直接注射和基因技术等。化学方法有磷酸钙沉淀法、DEAE-葡聚糖法、脂质体介导的基因转移等。
导入基因的方式有两种：一种是间接体内疗法，即在体外将外源基因导入靶细胞内，再将这种基因修饰过的细胞回输病人体内，使带有外源基因的细胞在体内表达相应产物，以达到的目的。其基本过程类似于自体组织细胞移植。另一种直接体内疗法，即将外源基因直接导入体内有关的组织器官，使其进入相应的细胞并进行表达。
dna多态性（5）外源基因表达筛检
利用载体中的标记基因对转染细胞进行筛选，只有稳定表达外源基因的细胞在病人体内才能发挥效应。
（6）回输体内
将性基因修饰的细胞以不同的方式回输体内以发挥效果。
3、基因带来的新希望
科学家们认为，基因疗法不仅有可能使6000多种与遗传有关的疾病得到有效防治，而且对癌症、艾滋病等疑难病症的，不久也将获得突破。
（1）诊断和遗传疾病
就目前的进展来说，人类基因组图谱最先会应用在诊断遗传疾病上。以后医生只要检验孕妇的血液，便能清除地知道腹中胎儿是否有家族遗传的致病基因，如地中海贫血病、糖尿病、血癌、肌肉萎缩症和乳癌等可以致命的疾病。若能掌握改造人类基因的技术，就可以进一步确保下一代不受遗传病的威胁。那么，当发现胚胎含有缺陷基因时，便可以采取改造的方法，消除不良的部分，或是注入另一种特别的基因，待遗传病发作时把它启动，消灭发生病变细胞，保障婴儿不会在成长的过程中受到遗传病的威胁。
美国国立卫生研究院的科学家们利用基因疗法，成功地救治了一名免疫系统有缺陷的遗传病患者。这个4岁儿童患有一种极具破坏性的遗传性疾病--腺苷脱氨酶缺乏症。这种疾病是由存在缺陷的基因造成的。
科学家从患儿身上提取T 状淋巴细胞，把校正后的腺苷脱氨酶基因植入细胞中，然后注人这个儿童的血液中，经18个月的，儿童免疫力大大提高，在水痘流传时安然无恙。
（2）防治癌症
自从人体基因开始被陆续确认以来，科学家均在致力研究如何利用基因对抗癌症。估计在本世纪中叶以后，有望研究出有效的基因疗法，减少人类因癌症所带来的痛苦和死亡威胁。通过基因工程技术，可以大量制造出细胞因子和生理性分子，注入癌症病人体内，刺激其免疫系统中的T淋巴细胞与及巨噬细胞，令它们的活力得到提升，以达到灭杀癌细胞的目的。

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