肝癌HSV-TK/GCV自殺基因治療的研究進(jìn)展*

田海飛 綜述，曾　燕 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科　400010)

?

·綜述·

肝癌HSV-TK/GCV自殺基因治療的研究進(jìn)展*

田海飛 綜述，曾燕△審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科400010)

肝腫瘤；基因療法；基因,轉(zhuǎn)基因,自殺；單純皰疹病毒胸腺嘧啶核苷激酶基因/羥甲基無(wú)環(huán)鳥苷

GCV是一種用于抗病毒感染的藥物，HSV-TK基因表達(dá)的胸苷激酶能將GCV磷酸化成GCV-TP取代DNA合成過(guò)程中的鳥嘌呤-5′-三磷酸，成為DNA合成的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，抑制 DNA鏈延長(zhǎng)，通過(guò)誘導(dǎo)凋亡機(jī)制引起細(xì)胞死亡[1]。其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制還與激活P53通路、線粒體損傷、細(xì)胞毒作用等相關(guān)。HSV-TK/GCV系統(tǒng)介導(dǎo)細(xì)胞毒作用中存在不可修復(fù)的雙鏈DNA斷裂，抑制基因的同源修復(fù)能夠顯著增強(qiáng)HSV-TK/GCV系統(tǒng)的細(xì)胞毒作用[2]。此外讓轉(zhuǎn)染了HSV-TK基因的細(xì)胞和TK基因陰性細(xì)胞共培養(yǎng)，給予GCV后不僅HSV-TK基因陽(yáng)性細(xì)胞死亡，TK基因陰性細(xì)胞也發(fā)生死亡，這種現(xiàn)象為旁觀者效應(yīng)。旁觀者效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制與細(xì)胞間存在物質(zhì)交換相關(guān),其中最重要的機(jī)制是細(xì)胞縫隙連接，一些對(duì)細(xì)胞縫隙連接形成起促進(jìn)作用的藥物如丹參酮ⅡA等可以使旁觀者效應(yīng)明顯增強(qiáng)[3]。HSV-TK/GCV系統(tǒng)通過(guò)直接殺細(xì)胞作用和旁觀者效應(yīng)顯現(xiàn)出良好的抗腫瘤作用，被廣泛用于各種腫瘤的治療研究。

1　HSV-TK基因的載體

HSV-TK基因要進(jìn)入腫瘤細(xì)胞正常表達(dá)產(chǎn)生相應(yīng)的酶，需要載體協(xié)助穿透腫瘤細(xì)胞生物膜，基因載體的選擇對(duì)基因治療系統(tǒng)的安全和效率至關(guān)重要。

1.1病毒載體大多數(shù)病毒可通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄作用將自身基因整合到宿主細(xì)胞遺傳物質(zhì)中進(jìn)行繁殖，病毒具有高效的轉(zhuǎn)染率，但是病毒載體中常常存在與病毒自身復(fù)制及表達(dá)病原性物質(zhì)相關(guān)的基因，存在一些潛在的危險(xiǎn)因素，潛在生物安全隱患是病毒載體成為HSV-TK基因載體運(yùn)用于人體的主要限制因素。目前，研究較多的病毒載體有腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒相關(guān)病毒、慢病毒載體等，這些病毒載體都存在各自的缺陷，但隨著基因重組技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的重組病毒載體又給病毒載體帶來(lái)新的生機(jī)。

1.1.1腺病毒腺病毒對(duì)動(dòng)物肝臟細(xì)胞有明顯嗜性，而且腺病毒載體不具細(xì)胞周期性，同時(shí)腺病毒載體可以產(chǎn)生較高的病毒滴度，其嗜肝性、高效性、高滴度性使腺病毒載體成為肝癌HSV-TK系統(tǒng)的首選載體之一。腺病毒載體歷經(jīng)三代發(fā)展，具較高免疫原性的第一、二代腺病毒載體已被失去大部分甚至是全部腺病毒基因只保留了反向末端重復(fù)區(qū)及包裝信號(hào)序列的第三代腺病毒載體取代[4]。但是腺病毒的嗜肝性能對(duì)腫瘤細(xì)胞之外正常肝臟組織細(xì)胞產(chǎn)生額外的嚴(yán)重?fù)p傷作用，因此在利用其高效性時(shí)還要限制其對(duì)正常肝細(xì)胞的毒性作用。mir122基因是含量最多的肝細(xì)胞特異性的微小RNA，具有調(diào)控基因表達(dá)的作用，研究表明在50%～70%的人原發(fā)性肝癌和肝癌細(xì)胞株系列中mir122存在顯著的減少[5]，因此有學(xué)者將mir122基因的mir122T序列插入TK基因的3′非翻譯區(qū)，構(gòu)建了載mir122+TK基因的腺病毒載體，體外及小鼠原位肝癌模型實(shí)驗(yàn)表明，該載體能夠有效保護(hù)HSV-TK/GCV系統(tǒng)對(duì)mir122高表達(dá)的正常肝細(xì)胞的殺傷作用，而不會(huì)削弱HSV-TK/GCV系統(tǒng)的抗腫瘤作用[6]，實(shí)現(xiàn)了腺病毒載體的高效和安全的統(tǒng)一。

1.1.2逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒能將自身基因整合到宿主遺傳物質(zhì)中實(shí)現(xiàn)在宿主細(xì)胞中的持續(xù)表達(dá)，具有相對(duì)穩(wěn)定性，但逆轉(zhuǎn)錄病毒具有細(xì)胞周期性，只顯示出對(duì)處于活躍復(fù)制、分裂期細(xì)胞的感染作用，因此逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的轉(zhuǎn)錄效率及體內(nèi)病毒滴度低，這使得常規(guī)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體運(yùn)用受限。小鼠慢性白血病病毒MLV相關(guān)逆轉(zhuǎn)錄病毒在3′非翻譯區(qū)含有轉(zhuǎn)座子基因，該基因能夠在不侵入正常細(xì)胞的情況下穩(wěn)定的傳播到處于不同感染周期的實(shí)體腫瘤細(xì)胞中[7]，Lai等[8]用乙型肝炎病毒增強(qiáng)子Ⅱ和人類肝細(xì)胞甲胎蛋白(AFP)啟動(dòng)子管制區(qū)替代MLV的U3區(qū)域的長(zhǎng)末端重復(fù)序列，構(gòu)建了肝癌特異性逆轉(zhuǎn)錄病毒載體RRV，證實(shí)這種重組逆轉(zhuǎn)錄病毒載體能顯著提高肝癌細(xì)胞的特異性轉(zhuǎn)錄水平，并且具有肝癌細(xì)胞特異性。

1.2非病毒載體非病毒載體種類繁多，包括間充質(zhì)干細(xì)胞、陽(yáng)離子聚合物、納米粒、肽類、細(xì)菌類和真核細(xì)胞類質(zhì)粒等。就載體安全性而言，非病毒載體比病毒載體更具優(yōu)勢(shì)，但常規(guī)的非病毒載體缺乏組織特異性和靶向性，容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除，具有染效率較低的缺點(diǎn)，新的載體材料的發(fā)現(xiàn)和修飾技術(shù)的運(yùn)用讓非病毒載體成為較病毒載體更具前景的基因載體。

1.2.1間充質(zhì)干細(xì)胞間充質(zhì)干細(xì)胞具有良好的遷移性及腫瘤組織趨向性，近期研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞能高效地運(yùn)輸治療基因到腫瘤細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定地表達(dá)，是一種新的集安全高效為一體的基因載體[9]，Nouri等[10]用間充質(zhì)干細(xì)胞作為4種不同自殺基因治療系統(tǒng)的載體均表現(xiàn)出高效的轉(zhuǎn)染率和殺腫瘤細(xì)胞作用，同時(shí)該研究還表明間充質(zhì)干細(xì)胞還可用于評(píng)估不同自殺基因治療系統(tǒng)的治療效果，并可對(duì)自殺基因治療的前藥進(jìn)行臨床前的篩選。

1.2.2納米粒載體納米粒因其體積小，容易穿過(guò)血管內(nèi)皮細(xì)胞，并且具有抗核酸酶作用而備受親睞，同時(shí)納米?？筛鶕?jù)需要連接不同分子探針及藥物實(shí)現(xiàn)影像顯像和靶向治療等多種功能。Alqahtani等[11]用糖聚殼修飾聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米粒，該納米粒表現(xiàn)出良好的細(xì)胞親和性，較低的細(xì)胞毒性，并且具有抗氧化作用。如果將HSV-TK基因包裹在這種直徑小于700 nm的納米粒中，并在納米粒上連接單克隆抗體等靶向物質(zhì)，能夠讓載基因納米粒具有主動(dòng)尋靶功能并能輕易透過(guò)血管內(nèi)皮間隙到達(dá)細(xì)胞間隙，與細(xì)胞的接觸時(shí)間增長(zhǎng)，獲得更高的轉(zhuǎn)染率。

2　增效策略

治療效率較低也是限制基因治療發(fā)展和運(yùn)用的主要因素，以下策略有望提高HSV-TK/GCV系統(tǒng)的治療效率。

2.1提高基因轉(zhuǎn)染效率治療基因成功轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞是基因治療的第一步，實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞靶向轉(zhuǎn)染、延長(zhǎng)基因與細(xì)胞的接觸時(shí)間、增加細(xì)胞膜的通透性等都是提高轉(zhuǎn)染效率的有效途徑。景周宏等[12]構(gòu)建了肝癌細(xì)胞 GPC3 抗體的納米分子探針，該分子探針可特異性結(jié)合肝癌細(xì)胞，達(dá)到靶向性識(shí)別效果，有效提高基因轉(zhuǎn)染效率。利用納米粒體積小、體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，Zhang等[13]發(fā)現(xiàn)用二價(jià)陽(yáng)離子修飾硅納米顆粒表面后，該納米粒不僅能與DNA結(jié)合，并且結(jié)合在顆粒上的DNA能抵抗DNA酶的酶解作用，故將硅顆粒與脂質(zhì)體混合后與DNA一起轉(zhuǎn)染細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)用二價(jià)陽(yáng)離子修飾后的納米粒載體基因轉(zhuǎn)染效率顯著提高。還有實(shí)驗(yàn)證明超聲微泡靶向爆破系統(tǒng)利用其空化及聲孔效應(yīng)，能增加細(xì)胞膜的通透性提高轉(zhuǎn)染率[14]。

2.2提高基因的轉(zhuǎn)錄效率在自殺基因上連接腫瘤特異性的啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等轉(zhuǎn)錄作用原件，增強(qiáng)治療基因在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)，增加基因表達(dá)產(chǎn)物水平，提高GCV的磷酸化水平，增加細(xì)胞毒性藥物濃度。Lai等[15]構(gòu)建了含AFP啟動(dòng)子的重組質(zhì)粒載體pAFP-HSVtk-IRES2-EGFP,用該重組質(zhì)粒來(lái)轉(zhuǎn)染肝癌HEPG2細(xì)胞，檢測(cè)HSV-TK基因表達(dá)產(chǎn)物，數(shù)據(jù)表明AFP陽(yáng)性組明顯高于AFP陰性對(duì)照組。

2.3增強(qiáng)HSV-TK基因表達(dá)產(chǎn)物與GCV的敏感性和親和力不同類型胸腺激酶基因表達(dá)的產(chǎn)物對(duì)GCV的磷酸化作用效率存在差異，選擇對(duì)GCV更具親和力的基因型以增加GCV的磷酸化效率，研究表明馬單純皰疹病毒4型(EHV4-TK)突變型基因較其他類型胸腺嘧啶激酶基因與GCV的親和性更高，能優(yōu)先磷酸化GCV，終止DNA的延長(zhǎng)，增加GCV對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性作用[15]。

2.4融合基因腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移涉及多個(gè)基因的改變，只用更全面解決腫瘤細(xì)胞基因改變引起的變化，才能取得更高效的治療效果。利用基因重組技術(shù)將不同治療基因連接在一起,例如雙自殺基因CD-TK融合基因，自殺基因-免疫基因重組、自殺基因-抑癌基因重組等。Higashi等[16]構(gòu)建了含人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子序列的IL-18融合HSV-TK基因的載體，用于治療小鼠結(jié)腸癌模型，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明IL-18融合HSV-TK基因能引起特異性免疫反應(yīng)，較單基因有更佳的治療效果。

2.5增強(qiáng)旁觀效應(yīng)旁觀者效應(yīng)能明顯增加HSV-TK/GCV系統(tǒng)的殺腫瘤細(xì)胞作用，增強(qiáng)旁觀者效應(yīng)，特別是遠(yuǎn)隔旁觀者效應(yīng)能有效抑制腫瘤的生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，通過(guò)調(diào)節(jié)與旁觀者效應(yīng)作用機(jī)制相關(guān)的因素可達(dá)到增強(qiáng)旁觀者效應(yīng)。如運(yùn)用促進(jìn)細(xì)胞縫隙連接的藥物；增加磷酸化GCV的流出效應(yīng)等，此外最新研究發(fā)現(xiàn)輻射能誘導(dǎo)旁觀者效應(yīng)，影響輻射誘導(dǎo)旁觀者效應(yīng)的因素包括自由基、免疫系統(tǒng)炎癥通路、表觀遺傳等[17]。

2.6聯(lián)合治療單純自殺基因治療由于轉(zhuǎn)染效率較低等多方面原因效果欠佳，基因治療聯(lián)合其他治療方式成為解決這一問(wèn)題的主要方案之一。如自殺基因治療聯(lián)合放射治療，研究表明轉(zhuǎn)染了自殺基因的腫瘤細(xì)胞對(duì)放射治療的具有更高的敏感性。Kawashita等[18]用腺病毒Flt3L配體基因療法+Egr-TK/GCV+放射治療、Flt3L配體基因療法+放射治療及以上3種治療方式單一治療小鼠肝癌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，腺病毒Flt3L配體基因療法+Egr-TK/GCV+放射治療具有最佳的治療效果。自殺基因治療聯(lián)合局部高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療，HIFU是應(yīng)用超聲波可聚焦和穿透性，短時(shí)間內(nèi)使靶區(qū)組織溫度達(dá)到 65～100 ℃，使靶組織造成凝固性壞死的一種新的無(wú)創(chuàng)性治療腫瘤的方法，李紅陽(yáng)等[19]采用HSV-TK/GCV系統(tǒng)聯(lián)合HIFU治療裸鼠肝癌移植瘤，聯(lián)合治療組裸鼠腫瘤大小明顯小于單一治療組，聯(lián)合治療組荷瘤鼠生存時(shí)間高于單一治療組。

2.7實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控探索HSV-TK基因在細(xì)胞內(nèi)的行為機(jī)制對(duì)提高HSV-TK/GCV治療系統(tǒng)的安全和效率至關(guān)重要，分子影像是實(shí)現(xiàn)基因的運(yùn)輸和在細(xì)胞內(nèi)功能動(dòng)態(tài)變化可視化的一個(gè)強(qiáng)大工具。Shao等[20]利用量子點(diǎn)技術(shù)在TK基因和遠(yuǎn)紅外熒光量子點(diǎn)之間構(gòu)建共價(jià)鍵對(duì)TK基因進(jìn)行標(biāo)記，這個(gè)標(biāo)記既不會(huì)影像量子點(diǎn)的遠(yuǎn)紅外熒光效應(yīng)，又不會(huì)影像TK基因的生物功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HSV-TK/GCV系統(tǒng)在體內(nèi)、體外的作用過(guò)程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的可視化追蹤，并發(fā)現(xiàn)這種量子點(diǎn)不僅可以實(shí)時(shí)追蹤，還能控制管理HSV-TK/GCV的效率，這為提高肝癌HSV-TK/GCV基因治療的安全性及效率及個(gè)體化治療提供了可視化的依據(jù)。

基因治療將是肝癌等惡性腫瘤非手術(shù)治療的主導(dǎo)方向，具有巨大研究和發(fā)展空間，要想基因治療能夠運(yùn)用于臨床，造福于腫瘤患者，仍有許多限制因素需要解決，首先需要研發(fā)出集安全、高效、穩(wěn)定、靶向于一體的新型基因載體，不管是病毒載體還是非病毒載體，隨著不斷完善和改量，都有可能成為基因治療的最佳載體。此外自殺基因聯(lián)合治療是解決單一自殺基因療效欠佳的解決方向；而旁觀者效應(yīng)是一把雙刃劍，如何能更好地掌控旁觀者效應(yīng)使之能夠最大限度地殺死腫瘤細(xì)胞而更少的損傷正常細(xì)胞是需要不斷探索的內(nèi)容。同時(shí)一些新的治療評(píng)價(jià)方法也需要被不斷完善，為自殺基因治療提供正確和準(zhǔn)確的指導(dǎo)，相信隨著研究的不斷深入，肝癌的治愈指日可待。

[1]Cheng YC,Grill SP,Dutschman GE,et al.Metabolism of 9-(1,3-dihydroxy-2-propoxymethyl) guanine,a new anti-herpes virus compound,in herpes simplex virus-infected cells[J].J Biol Chem,1983,258(20):12460-12464.

[2]Ladd B,O′Konek JJ,Ostruszka LJ,et al.Unrepairable DNA double-strand breaks initiate cytotoxicity with HSV-TK/ganciclovir[J].Cancer Gene Ther,2011,18(10):751-759.

[3]Xiao J,Zhang G,Qiu P,et al.Tanshinone IIA increases the bystander effect of herpes simplex virus thymidine kinase/ganciclovir gene therapy via enhanced gap junctional intercellular communication[J].PloS One,2013,8(7):e67662.

[4]Sviatchenko VA,Tarasova MV,Netesov SV,et al.Oncolytic adenoviruses in anti-cancer therapy:current status and perspectives[J].Mol Biol (Mosk),2011,46(4):556-569.

[5]Li C,Wang Y,Wang S,et al.Hepatitis B virus mRNA-mediated miR-122 inhibition upregulates PTTG1-binding protein,which promotes hepatocellular carcinoma tumor growth and cell invasion[J].J Virol,2013,87(4):2193-2205.

[6]Wang G,Dong X,Tian W,et al.Evaluation of miR-122-regulated suicide gene therapy for hepatocellular carcinoma in an orthotopic mouse model[J].Chin J Cancer Res,2013,25(6):646-655.

[7]Logg CR,Tai CK,Logg A,et al.A uniquely stable replication-competent retrovirus vector achieves efficient gene delivery in vitro and in solid tumors[J].Hum Gene Ther,2001,12(8):921-932.

[8]Lai YH,Lin CC,Chen SH,et al.Tumor-specific suicide gene therapy for hepatocellular carcinoma by transcriptionally targeted retroviral replicating vectors[J].Gene Ther,2015,22(2):155-162.

[9]Yang K,Xu WG,Liu YZ,et al.Study on the effect of BMSCs-EGFP-tk as mediator of HSV1-tk/GCV suicide gene therapy directed against A549 in vitro[J].Int J Clin Exp Med,2014,7(9):3080-3086.

[10] Nouri FS,Wang X,Hatefi A.Genetically engineered theranostic mesenchymal stem cells for the evaluation of the anticancer efficacy of enzyme/prodrug systems[J].J Control Release,2015(200):179-187.

[11]Alqahtani S,Simon L,Astete CE,et al.Cellular uptake,antioxidant and antiproliferative activity of entrapped α-tocopherol and γ-tocotrienol in poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA) and chitosan covered PLGA nanoparticles (PLGA-Chi)[J].J Colloi Interf Sci,2015(445):243-251.

[12]景周宏,何承俊,潘萬(wàn)龍,等.載肝癌細(xì)胞 GPC3 抗體的納米級(jí)脂質(zhì)超聲微泡制備及體外尋靶研究[J].重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2013,38(5):449-453.

[13] Zhang TY,Huang B,Yuan ZY,et al.Gene recombinant bone marrow mesenchymal stem cells as a tumor-targeted suicide gene delivery vehicle in pulmonary metastasis therapy using non-viral transfection[J].Nanomedicine,2014,10(1):257-267.

[14]Hao Y,Guo L,Abudula A,et al.Proliferation inhibition and apoptosis enhancement of human cervical cancer cells by ultrasound-targeted microbubble destruction delivered double suicide genes[J].Int J Clin Exp Med,2014,7(12):5330-5335.

[15]Lai Z,Qin Q,Yu B,et al.Construction of plasmid vector pAFP-HSVtk-IRES2-EGFP and its effect on the cytotoxicity of ganciclovir to hepatocellular carcinoma[J].Chin Med J (Engl),2014,127(12):2337-2341.

[16]Higashi K,Hazama S,Araki A,et al.A novel cancer vaccine strategy with combined IL-18 and HSV-TK gene therapy driven by the hTERT promoter in a murine colorectal cancer model[J].Int J Oncol,2014,45(4):1412-1420.

[17] Najafi M,Fardid R,Hadadi G,et al.The Mechanisms of Radiation-Induced Bystander Effect[J].J Biomed Phys Eng,2014,4(4):163-172.

[18]Kawashita Y,Deb NJ,Garg M,et al.An autologous in situ tumor vaccination approach for hepatocellular carcinoma.1.Flt3 ligand gene transfer increases antitumor effects of a radio-inducible suicide gene therapy in an ectopic tumor model[J].Radiat Res,2014,182(2):191-200.

[19]李紅陽(yáng),周世驥,劉長(zhǎng)安,等.不同濃度載 HSV1-TK 基因的超聲靶向微泡造影劑對(duì) HIFU 治療后裸鼠肝癌的影響[J].中國(guó)醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2013,42(1):31-34.

[20]Shao D,Li J,Xiao X,et al.Real-time visualizing and tracing of HSV-TK/GCV suicide gene therapy by near-infrared fluorescent quantum dots[J].ACS Appl Mater Interfaces,2014,6(14):11082-11090.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.12.038

重慶市衛(wèi)生局重點(diǎn)項(xiàng)目(2013-1-021)。作者簡(jiǎn)介：田海飛(1988-),在讀碩士，主要從事腹部影像學(xué)研究?！?/p>

，E-mail:751403669@qq.com。

A

1671-8348(2016)12-1697-04

2015-12-22

2016-01-19)