腦血管病的基因治療與預(yù)防

王 森，原 靜，黃 慶 （首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京潞河醫(yī)院神經(jīng)外科，北京101149）

0 引言

基因治療（gene therapy）是指將外源正?；?qū)氚屑?xì)胞，糾正或補(bǔ)償因基因缺陷和異常引起的疾病，以達(dá)到治療目的。也就是將外源基因通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將其插入患者的適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞中，使外源基因制造的產(chǎn)物能夠治療某種疾病。從廣義說，基因治療還可包括從DNA水平采取的治療某些疾病的措施和新技術(shù)。

腦血管病主要包括出血性疾病和缺血性疾病，臨床常以手術(shù)治療及藥物干預(yù)為主要治療手段。近年來，隨著基因治療逐漸成為研究熱點(diǎn)之一，該治療手段在腦血管病方面也已取得一定的進(jìn)展?；蛑委煹谋举|(zhì)是導(dǎo)入一個(gè)缺乏基因，或過度表達(dá)一個(gè)有益的基因，或沉默一個(gè)有害基因從而達(dá)到預(yù)期治療目標(biāo)。目前，腦血管病基因治療主要用于以下幾方面：①斑塊的穩(wěn)定；②蛛網(wǎng)膜下腔出血后血管痙攣；③缺血性損傷；④側(cè)支循環(huán)的刺激。許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)基因?qū)肟赊D(zhuǎn)變大腦血液循環(huán)［1］。將基因?qū)爰?xì)胞治療腦血管病主要是為了抑制細(xì)胞凋亡和清除自由基，同時(shí)基因治療的機(jī)制還包括減輕炎癥反應(yīng)，抑制興奮性細(xì)胞毒作用［2］。 近年來，朱婷娜等［3］發(fā)現(xiàn)缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxla-inducable factor-1， HIF-1）是一種重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，主要通過其活性亞基HIF-1α參與機(jī)體對缺氧環(huán)境的應(yīng)答。腦缺血缺氧時(shí)，HIF-1α表達(dá)上調(diào)，可激活涉及糖酵解、血管生長、細(xì)脆生存和細(xì)胞凋亡的多個(gè)下游靶基因表達(dá)，對腦缺血后能量代謝障礙的改善以及微循環(huán)的建立具有重要意義。鄧?yán)虻龋?］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子／骨髓基質(zhì)干細(xì)胞組大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)更好，提示膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因修飾的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療腦出血大鼠比單純骨髓基質(zhì)干細(xì)胞有更好的神經(jīng)保護(hù)作用。

1 腦血管病急性期的治療

腦血管病急性期是一個(gè)非常復(fù)雜的病理生理過程。其損傷機(jī)制主要包括缺血缺氧能量障礙及缺血再灌注損傷，其次細(xì)胞外毒性及凋亡以及炎癥反應(yīng)同樣具有細(xì)胞損傷作用。

組織因子途徑抑制物（tissue factor pathway inhibitor，TFPI）可以控制凝血啟動(dòng)階段部分，其對組織因子途徑（即外源性凝血途徑）具有特異性抑制作用，主要來源于血管內(nèi)皮細(xì)胞。Yin等［5］研究表明，通過導(dǎo)入TFPI基因，組織因子誘導(dǎo)的凝血、抑制血小板聚集和血栓形成均受到不同程度的調(diào)節(jié)。RNA干擾技術(shù)（RNAi）是將小分子的RNA導(dǎo)入目的基因，從而干擾或促進(jìn)目的基因的mRNA翻譯與降解，達(dá)到減少目的基因表達(dá)的目的。Handa等［6］用RNAi干擾MMP-9表達(dá)，發(fā)現(xiàn)急性腦缺血后的腦組織損傷可以減輕和緩解。生長因子在心肌和四肢局部缺血中有生成血管的效果，也被應(yīng)用于基因治療中。常見的生長因子包括內(nèi)皮生長因子VEGF、干細(xì)胞生長因子HGF和基礎(chǔ)纖維生長因子。在動(dòng)物試驗(yàn)中，這些生長因子通過載體被轉(zhuǎn)載到腦脊液來誘導(dǎo)大腦表面的血管生成［7-9］。研究［10-11］發(fā)現(xiàn)VEGF是血管內(nèi)皮特異的生長因子，可以促進(jìn)缺血部位的血管生長及新生血管形成，主要包括外周和冠狀血管再生。其中VEGF165為最主要的異構(gòu)體，因而目前使用VEGF基因治療時(shí)多選用VEGF165。

目前，研究［12］認(rèn)為與缺血性腦卒中的遺傳易感性有關(guān)的系統(tǒng)是RAS。AGT首先轉(zhuǎn)化成血管緊張素Ⅱ，血管緊張素Ⅱ作用于交感神經(jīng)末梢，末梢上的血管緊張素受體分泌大量兒茶酚胺、前列腺素等，這些分泌產(chǎn)物可引起血管平滑肌細(xì)胞過度增生，并增加細(xì)胞內(nèi)鈣含量，引起損傷后的新生內(nèi)膜過度增殖，使血管腔／壁比值降低，從而導(dǎo)致血管堵塞。有研究［13］通過質(zhì)粒載體介導(dǎo)RNA干擾成功抑制血管緊張素原基因的表達(dá)，結(jié)論認(rèn)為RNA干擾技術(shù)可成功地對腦缺血再灌注大鼠起到治療作用。

研究發(fā)現(xiàn)大量基因影響著動(dòng)脈瘤破裂的發(fā)生和發(fā)展。許多涉及到細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白在多數(shù)動(dòng)脈瘤中缺乏［14］。NO通?？梢砸种蒲墀d攣所致的病理改變即炎癥和平滑肌的增生。研究［15-16］發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)性動(dòng)物的蛛網(wǎng)膜下腔出血后其NO合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是受損的。在蛛網(wǎng)膜下腔出血患者的腦脊液中NO水平是反常的［17］。在基因?qū)朐囼?yàn)中，人類內(nèi)皮型eNOS在動(dòng)物和人的腦血管內(nèi)過度表達(dá)，是對動(dòng)脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage， aSAH）的血管保護(hù)［18-19］。

2 針對腦血管病后神經(jīng)及血管修復(fù)的治療

腦血管病的急性期后，神經(jīng)和細(xì)胞的修復(fù)對預(yù)后的影響很大。腦缺血對神經(jīng)及細(xì)胞的影響主要包括缺血缺氧能量障礙及缺血再灌注損傷，其次在動(dòng)物試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)在細(xì)胞外毒性及凋亡以及炎癥反應(yīng)同樣具有細(xì)胞損傷作用。近年來，針對神經(jīng)及腦細(xì)胞的修復(fù)，基因治療研究也有一定進(jìn)展。

血管痙攣是蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一。有些理論認(rèn)為基因治療可能有效預(yù)防SAH后的血管痙攣［20］。有些出血性腦血管病在外科手術(shù)治療后的恢復(fù)中需要基因治療的幫助。Donald等應(yīng)用基因治療蛛網(wǎng)膜下腔出血后血管痙攣。外科醫(yī)生可以在術(shù)中夾閉腦動(dòng)脈瘤，然后直接將目的基因和載體重組病毒注入腦脊液中，此病毒載體所攜帶的目的基因可編碼一種活性蛋白，能夠抑制血管痙攣［21］。

超氧化物可促使SAH后的血管痙攣［22-23］，因此，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）也成為預(yù)防SAH后腦血管痙攣的備選之一。轉(zhuǎn)基因小鼠過度表達(dá)了CuZnSOD和ECSOD后減弱了實(shí)驗(yàn)性SAH后的腦血管痙攣［24-25］。降鈣素基因相關(guān)肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）對腦血管舒張極其有效，也被證實(shí)對預(yù)防SAH后血管痙攣有作用。CGRP打開了鉀通道，使動(dòng)脈血管肌肉超極化并擴(kuò)張動(dòng)脈［26-27］。系統(tǒng)地給予SAH患者外源性CGRP能夠短暫地減輕大腦動(dòng)脈痙攣及神經(jīng)功能缺陷。因此，我們認(rèn)為顱內(nèi)CGRP基因過度表達(dá)的基因?qū)爰夹g(shù)對SAH后腦血管痙攣的預(yù)防是有效的.

SAH后的血管痙攣與血管炎性介質(zhì)是有關(guān)的［28］，因而，通過導(dǎo)入基因抑制炎癥可減輕SAH后的血管痙攣［29］。同樣有報(bào)道認(rèn)為抑制炎性介質(zhì)等基因治療在急性卒中期間的神經(jīng)保護(hù)是非常有用的［30-31］。

3 預(yù)防

腦血管病的預(yù)防以抗凝及抗血小板聚集為主。水蛭素就是抗凝基因產(chǎn)物之一。將水蛭素靜脈給予實(shí)驗(yàn)性動(dòng)物模型可預(yù)防動(dòng)脈損傷后所致的血栓形成，也可抑制血管內(nèi)膜過度增生。水蛭素在聯(lián)合溶栓治療中及預(yù)防血管成形術(shù)后再狹窄中均有一定的作用，而且其效果優(yōu)于肝素［32］。 相關(guān)實(shí)驗(yàn)［33］顯示，在大鼠體內(nèi)外轉(zhuǎn)基因表達(dá)水蛭素，水蛭素抑制新生內(nèi)膜效果顯著，這可能是因?yàn)?，水蛭素既可以抗血栓活性，也可以抑制血管平滑肌的增生，同時(shí)凝血酶原時(shí)間（prothrombin time，PT）沒有明顯改變。血栓調(diào)節(jié)蛋白對血栓介導(dǎo)的蛋白C活化有刺激作用，蛋白C可以使Ⅴa和Ⅷa降解，從而反饋抑制血栓的形成；血栓調(diào)節(jié)蛋白同時(shí)也可抑制體內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞的過度增生，以阻礙新生內(nèi)膜的形成［34］。 有研究［5］顯示組織因子途徑抑制物TFPI能使血管新生內(nèi)膜的形成受到抑制，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的凋亡，從而減少血管成形術(shù)后導(dǎo)致的血管再狹窄。有些基因治療實(shí)驗(yàn)是以纖溶酶原激活物PA為目標(biāo)基因，結(jié)果顯示PA在高危致栓中具有一定的預(yù)防血栓形成的作用［35］?；蛑委焺?dòng)脈硬化癥的危險(xiǎn)因素，如：高血壓、糖尿病，也是間接預(yù)防腦血管疾病的一種方法。有研究［36］證實(shí)，基因治療已成功的應(yīng)用于這些疾病。

4 展望

最近腦血管病的基因研究如火如荼，大多數(shù)腦血管病的基因研究重點(diǎn)在于基因的表達(dá)和傳導(dǎo)，雖然在許多動(dòng)物模型得以實(shí)現(xiàn)，但仍未成功在臨床開展?；蛑委熌X血管病是非常有挑戰(zhàn)性的，包括在急性卒中的治療窗的限制。故基因治療腦血管病任重道遠(yuǎn)。

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