超聲介導載基因微泡空化靶向轉(zhuǎn)染治療糖尿病研究進展

蔣艷君，黃品同

超聲介導載基因微泡空化靶向轉(zhuǎn)染治療糖尿病研究進展

蔣艷君，黃品同

糖尿病患病率逐年遞增，目前尚無根治方法。盡管糖尿病的藥物治療已經(jīng)有10多年，但糖尿病沒有完全被控制，仍然是世界范圍內(nèi)影響公眾健康的重大和日趨嚴重的問題。本文就糖尿病的研究現(xiàn)狀和超聲介導載基因微泡空化靶向轉(zhuǎn)染治療糖尿病的研究進展作一綜述。

1 糖尿病研究現(xiàn)狀

有研究表明，糖尿病患者的總數(shù)預計將由2000年的1.71億上升至2030年的3.66億，65歲以上老人糖尿病患病率將持續(xù)增加。多年以來糖尿病的治療主要是通過注射外源性胰島素或口服降糖藥來控制血糖，不幸的是這種治療方法不能真正復制胰島素的生理性血糖調(diào)節(jié)與分泌的功能，會導致低血糖的危險，不能對其并發(fā)癥進行預防。所以，盡管糖尿病的藥物治療已經(jīng)有10多年，但糖尿病沒有完全被控制而且發(fā)病率逐年上升，仍然是世界范圍內(nèi)影響公眾健康的重大和日趨嚴重的問題。新的治療策略集中在通過胰島移植或細胞再生補充缺失的胰島細胞方面，理論上應該對大部分糖尿病類型均有效，胰島移植的方法也存在諸多問題，受技術(shù)限制的原因，僅有幾家大醫(yī)院在開展，供體不足、需要免疫抑制治療、大約1年后仍需再用胰島素治療。

2 超聲靶向微泡致破（UTMD）介導基因轉(zhuǎn)染的研究

UTMD技術(shù)是指在指定部位發(fā)射不同聲強的超聲波，當超聲強度達到微泡爆破的閾值時，血液中的微泡發(fā)生破裂，產(chǎn)生微射流、沖擊波使周圍的血管壁或細胞膜表面出現(xiàn)可逆的或不可逆的穿孔，損傷血管內(nèi)皮屏障，進而增加血管通透性，提高外源性物質(zhì)到達特定部位的劑量，發(fā)揮相應的生物學效應。

1917年Rayleigh發(fā)表了題為“液體中球形空腔崩潰時產(chǎn)生的壓力”的著名研究論文，為近百年來聲空化研究奠定了理論基礎(chǔ)。超聲空化效應伴隨強大沖擊波、高速微射流、自由基的產(chǎn)生會使細胞損傷、破裂、DNA斷裂，以及血液溶血、組織損傷及出血等。已有研究表明超聲空化效應可促進靶向基因輸送，可明顯地提高外源基因的轉(zhuǎn)染和表達，有望成為一種高效、安全、操作簡便的無創(chuàng)治療手段。

UTMD介導基因轉(zhuǎn)染治療技術(shù)發(fā)展時間較短，以超聲微泡作為靶向載體，空化作用至微泡爆破后釋放攜帶的基因進入細胞、血管及組織間隙等，能增強基因的轉(zhuǎn)染效率，實現(xiàn)靶向治療效果。這一技術(shù)目前主要應用于心臟、血管、骨骼肌及肝臟、肺臟和腫瘤的相關(guān)治療，具有無創(chuàng)及可重復性等優(yōu)點，已作為一種有效的非病毒載體基因轉(zhuǎn)染的新方法，可降低系統(tǒng)給藥的危險性，在不斷的進一步研究中將不斷優(yōu)化，以適應不同的病癥。

3 基因治療糖尿病情況

隨著分子生物學和分子遺傳學的飛速發(fā)展，人們已開始從分子水平去研究、認識疾病，糖尿病的發(fā)生除環(huán)境因素外，一些基因在發(fā)病中起重要作用。在經(jīng)歷了40年的發(fā)展和進步之后，其運用早已不再局限于治療單基因缺陷遺傳病，隨著新病毒載體的成熟運用，載送方式的不斷改進以及治療思路的不斷擴展，基因療法治療糖尿病取得很大實驗研究進展。雖然應用病毒載體靶向肝臟組織的胰島再生實驗在小鼠上很成功。但是在大動物如非人類靈長類動物上的研究則完全失敗。究其原因主要有：（1）99%以上的病毒載體靜脈注射后集中分布在肝臟；（2）胰腺是胰島生存的自然環(huán)境，是胰島再生的理想器官，而不是肝臟。Chan研究小組曾運用病毒載體對6只1型糖尿病狒狒進行治療，結(jié)果沒有1只成功，而且全死亡。目前NIH已經(jīng)叫停所有關(guān)于以病毒為載體的靶向基因治療糖尿病的這類項目。

據(jù)文獻報道，UTMD將在以后的糖尿病治療中起到不可忽視的作用，前期相關(guān)研究已證明了這一可能性。Grayburn等運用UTMD技術(shù)，有效地將腺病毒/質(zhì)粒DNA/小RNA/蛋白質(zhì)傳輸至大鼠胰島、心臟或肝臟上。研究表明鏈脲菌素導致的糖尿病大鼠模型在UTMD作用下，促進了體內(nèi)胰島的再生。在隨后的研究中又發(fā)現(xiàn)NKx2.2基因靶向微泡空化能促使胰島細胞再生，并能有效控制外周血糖達3個月，靶向VEGF微泡結(jié)合超聲空化能加強胰島在小鼠肝臟移植的血管化和降糖功能。進一步研究發(fā)現(xiàn)以UTMD技術(shù)促進GLP-1基因轉(zhuǎn)染，在沒有毒性作用證據(jù)下，能使成年大鼠胰腺細胞胰島增殖，并增加胰島素的分泌，改進糖耐受性，使胰腺細胞胰島質(zhì)量增大。UTMD技術(shù)促進的基因傳遞表達是一過性的，但其導致的胰島再生作用在基因表達消失后仍持續(xù)有效。

美國德州圣安托尼奧國家靈長類動物研究中心完成了1型糖尿病狒狒UTMD靶向基因空化治療的初步實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1型糖尿病狒狒模型治療前胰島細胞幾乎不存在而細胞高表達，UTMD靶向GLP-1基因治療后胰島細胞出現(xiàn)表達，而且表達強度與質(zhì)粒濃度有關(guān)，質(zhì)粒劑量越高細胞在胰腺細胞中的比例也就越高，同時調(diào)節(jié)血糖的穩(wěn)定能力也越強。

4 展望

UTMD介導基因治療糖尿病的研究具有潛在的安全治療優(yōu)勢，在嚙齒動物的研究中也取得了一些重要的進展，但由于細胞在靈長類動物和人類的再生效率遠低于嚙齒類動物，因此這一技術(shù)能否應用于臨床，仍需經(jīng)大量的研究，找出合適的基因、載體及超聲空化條件等決定性因素。此外，細胞再生的長期有效性和UTMD重復治療所潛在的安全隱患也是今后的研究要面臨的重大問題。鑒于此，在以后的研究中應重視學科間的交叉研究，相信在各種理論知識與實踐經(jīng)驗的推動下，超聲介導基因的靶向轉(zhuǎn)染將成為臨床治療糖尿病的有效方法。

略，讀者需要可向編輯部索取）

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.03.002

R445.1

C

1671-0800（2016）03-0283-03

2016-02-25

（本文編輯：姜曉慶）

310009杭州，浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院

黃品同，醫(yī)學博士，中國醫(yī)師協(xié)會超聲醫(yī)師分會介入超聲專業(yè)委員會第一屆主任委員、浙江省醫(yī)學會超聲醫(yī)學分會副主任委員、浙江省超聲質(zhì)控中心常務副主任；擔任多家專業(yè)雜志編委或特約審稿專家；發(fā)表各類文章160多篇，其中SCI論文30余篇，主編專著3部，副主編3部；多次受邀在國際會議上做專題報告，自2012年起連續(xù)三年受邀到美國召開的ICUS年會上做專題報告。Email：huangpintong@126.com