新型“藥物”促進(jìn)血管生成及骨再生

新型“藥物”促進(jìn)血管生成及骨再生

最近，中國(guó)的一組科研人員研發(fā)出一種促進(jìn)血管生成及骨再生的新型“藥物”——雙基因共表達(dá)重組腺相關(guān)病毒載體，該載體能夠同時(shí)攜帶hVEGF（血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子）及hBMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）基因。目前研究人員已通過細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明其所表達(dá)的hVEGF及hBMP蛋白在體外及體內(nèi)能夠產(chǎn)生有效的促血管生成及骨再生活性。

股骨頭缺血性壞死是骨科領(lǐng)域致殘率較高的疾病，特別是近年來臨床上激素的大量應(yīng)用，使得股骨頭缺血性壞死的發(fā)病率越來越高。一般認(rèn)為，股骨頭缺血性壞死伴隨骨細(xì)胞死亡后，壞死區(qū)的血運(yùn)重建困難和骨的修復(fù)障礙是本病的中心環(huán)節(jié)，若該因素長(zhǎng)期存在，股骨頭壞死區(qū)在外力的作用下就會(huì)塌陷，股骨頭變扁從而形成創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎。因此如何在塌陷之前促進(jìn)壞死區(qū)內(nèi)的血運(yùn)恢復(fù)，促進(jìn)新骨的形成成為了該病治療的核心。

隨著基因治療學(xué)的發(fā)展，以外源性導(dǎo)入細(xì)胞因子為特點(diǎn)的基因治療為股骨頭缺血性壞死的治療帶來的新希望。為了將目的基因同靶細(xì)胞很好地整合從而更好的達(dá)到基因治療的目的，研究小組使用了具有無致病性、低免疫原性及宿主范圍廣等特點(diǎn)的病毒載體——重組腺相關(guān)病毒。這種微小的載體能夠把促進(jìn)血管生成及骨再生的基因運(yùn)輸?shù)剿拗骷?xì)胞內(nèi)，在宿主細(xì)胞內(nèi)不斷復(fù)制，并且穩(wěn)定的長(zhǎng)期表達(dá)。經(jīng)研究人員證實(shí)，該載體僅作用于轉(zhuǎn)染后的特定細(xì)胞與組織，在保證療效的同時(shí)更加安全。

骨修復(fù)的細(xì)胞因子研究中，VEGF和BMP均被認(rèn)為是對(duì)骨再生修復(fù)具有極其重要作用的關(guān)鍵物質(zhì)。VEGF是最主要的血管生成因子之一，通過作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖及血管形成。BMP是目前已知的唯一具有異位成骨能力的細(xì)胞因子。近年來的研究結(jié)果提示VEGF和BMP可能作用于骨形成的不同階段并存在協(xié)同作用，由BMPs 引起成骨細(xì)胞分泌VEGF使血管發(fā)生與骨形成成為相互關(guān)聯(lián)、相互促進(jìn)協(xié)調(diào)的過程。因此，研究人員想出一種新穎的辦法，通過將VEGF基因與BMP基因共同“裝載”于重組腺相關(guān)病毒載體上，使得該載體同時(shí)具有促進(jìn)血管生成及骨再生的能力。

這篇研究發(fā)表在最新一期《中國(guó)藥理學(xué)報(bào)》[Acta Pharmacol Sin. 2010, 31（7）：821-830. ]上，由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院骨一科黨曉謙教授和張晨博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成。研究小組將他們獲得的雙基因共表達(dá)重組腺相關(guān)病毒載體命名為“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”。該載體利用了一種新的基因序列——內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)序列（IRES，Internal ribosome entry site）構(gòu)建多基因共表達(dá)載體。該序列可在上游啟動(dòng)子的控制下和與之相連的基因共同轉(zhuǎn)錄。該序列連接多基因進(jìn)行共表達(dá)時(shí)，多個(gè)基因的mRNA在同一條轉(zhuǎn)錄子上，但轉(zhuǎn)錄后的翻譯過程是獨(dú)立的，上游基因以傳統(tǒng)的方式進(jìn)行翻譯，下游基因依靠IRES序列以不依賴帽的方式進(jìn)行翻譯，保證了兩個(gè)基因的獨(dú)立結(jié)構(gòu)及功能。研小組通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，利用IRES代替內(nèi)部啟動(dòng)子不但可使多基因共表達(dá)載體大大縮小，而且還克服了傳統(tǒng)多基因表達(dá)載體中啟動(dòng)子之間的相互抑制現(xiàn)象，使載體攜帶基因的效率大大增強(qiáng)。

研究人員利用高科技手段分離出人的VEGF和BMP基因以及IRES基因序列，再將這些基因片段植入腺相關(guān)病毒的DNA中，構(gòu)建出“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”載體。他們利用腺相關(guān)病毒的特性讓病毒載體進(jìn)入到人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（marrow-derived mesenchymal stem cells， BMSCs) 內(nèi)，在BMSCs內(nèi)VEGF和BMP基因合成VEGF和BMP蛋白，并隨著腺相關(guān)病毒DNA的復(fù)制而復(fù)制。細(xì)胞學(xué)試驗(yàn)取得的結(jié)果證實(shí)表達(dá)出的VEGF和BMP蛋白具有生物學(xué)活性，能有效刺激血管形成和成骨分化。研究人員進(jìn)一步將該載體應(yīng)用于動(dòng)物體內(nèi)，動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果同樣令人鼓舞，該載體在體內(nèi)表達(dá)出的VEGF和BMP蛋白能夠有效地促進(jìn)家兔缺血下肢的血流量的恢復(fù)，并且能夠在家兔下肢肌肉內(nèi)產(chǎn)生異位骨化。體外及體內(nèi)試驗(yàn)充分證明了該載體的有效生物學(xué)活性。

黨曉謙教授的研究小組表示，該研究的實(shí)施不但在基因治療的層面將股骨頭壞死的治療推到一個(gè)新的高度，為骨壞死早期的基因治療提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論準(zhǔn)備；而且可利用多基因共表達(dá)載體的可同時(shí)轉(zhuǎn)移多個(gè)協(xié)同基因的作用來嘗試進(jìn)行骨科領(lǐng)域的其他疾病如骨不連等的治療研究，形成新的研究方向。