细菌在肿瘤基因治疗中的应用

摘 要:

目前在肿瘤基因治疗中遇到的最大障碍就是如何特异性的传递抗肿瘤基因产物到实体瘤组织。虽然现已构建了几种方法来控制抗肿瘤基因在实体瘤的表达,但还没有一个严格特异性靶向到实体瘤的转运系统。在这种情况下,有人利用大肠杆菌的基因和酶作为治疗肿瘤的药物前体(prodrug),这种本身无活性的药物前体进入体内以后可转变为高活性的药物。

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目前在肿瘤基因治疗中遇到的最大障碍就是如何特异性的传递抗肿瘤基因产物到实体瘤组织。虽然现已构建了几种方法来控制抗肿瘤基因在实体瘤的表达,但还没有一个严格特异性靶向到实体瘤的转运系统。在这种情况下,有人利用大肠杆菌的基因和酶作为治疗肿瘤的药物前体(prodrug),这种本身无活性的药物前体进入体内以后可转变为高活性的药物。

1、药物前体在肿瘤基因治疗中的应用

基因指导的药物前体治疗(gene directed enzyme prodrug therapy,GDEPT)是利用其在肿瘤细胞和正常细胞中基因表达的不同而特异性的破坏肿瘤细胞进行治疗[13,14]。常用的细菌相关的两个药物前体是可由细菌胞嘧啶脱氨酶活化的5-氟胞嘧啶(5-fluorocytosine)和硝基还原酶活化的CB-1954。自杀基因治疗也是基于相似的原理,它是将药物敏感性基因引入靶细胞,在一定的药物剂量时能够杀死靶细胞,而对其它正常的细胞没有作用。目前研究的大部分自杀基因都是编码病毒或细菌的酶,它们能从无活性的形式转变为有活性的形式,然后抑制宿主细胞的核酸合成。

GDEPT方法的最终成功,还需要研制出一个特异的具有靶向作用的基因传递系统,将基因传递到靶细胞内并进行有效表达,而在其它细胞中,该基因的表达要控制在最小量。为了达到这个目的,现已发展了许多技术,其中包括控制肿瘤的血液供应、利用肿瘤特异性的启动子来控制基因的表达等。

2、胞嘧啶脱氨酶基因

胞嘧啶脱氨酶(cytosine deaminase,CD)是细菌中一种能使胞嘧啶发生脱氨作用转变为尿嘧啶的酶。它能使无毒性的5-氟胞嘧啶脱氨作用后变成有毒性的5-氟尿嘧啶,而后者是治疗肿瘤时常用的一种药物。因此将CD基因引入5-氟尿嘧啶敏感的肿瘤细胞后能够发挥抗肿瘤的作用,对人结肠直肠肿瘤细胞系进行的比较性研究表明这种方法优于HSV-tk治疗方法。但是应用这种方法最大的困难是如何将CD基因引入肿瘤细胞,腺病毒介导的大肠杆菌CD基因转移可能是一个较好的方法。将CD/HSV-tk融合基因作为一种双功能的自杀基因[15],并结合放射性治疗,这在肿瘤的选择性治疗中是一个非常有效的方法。

3、大肠杆菌嘌呤核苷酸磷酸化酶

另一个治疗肿瘤的方法是利用大肠杆菌嘌呤核苷酸磷酸化酶(PNP)基因转染靶细胞,然后用无毒性的脱氧腺苷酸同系物进行处理。大肠杆菌PNP能够将多种无毒性的脱氧腺苷酸同系物转变为强毒性的同系物。利用大肠杆菌PNP构建一个强毒性的、具有膜渗透性的复合物以在体内杀伤肿瘤细胞是可行的,这也为肿瘤的基因治疗提供了新的选择。

4、大肠杆菌硝基还原酶(nitroreductaseB亚基编码基因

有研究表明用反转录病毒载体将大肠杆菌硝基还原酶B亚基基因转染哺乳动物细胞,能够使细胞对CB-1954的敏感性增加770倍。此外,其它一些药物也具有此种功能,例如硝呋醛(nitrofurazone)能够使细胞的敏感性增加97倍。将大肠杆菌硝基还原酶B亚基转入拜氏梭菌(C. beijerinckii)以后,它能将无毒性的CB-1954活化为有活性的抗肿瘤药物。梭菌(clostridia)产生的硝基还原酶能够增加CB-1954对肿瘤细胞的杀伤作用,由于梭菌类的专性厌氧菌只能选择性的在实体瘤的低氧区域生长[16],因此它们在肿瘤治疗中可被用于高度特异性的基因传递载体。

5、大肠杆菌gpt基因

gpt基因编码黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(xanthine-guanine phosphoribosyl transferase)[17],细菌中该酶能够将磷酸核糖转移到黄嘌呤或鸟嘌呤的同系物。gpt基因能够增加鼠神经胶质瘤对6-噻吨酮(6-thioxanthine)或6-硫鸟嘌呤(6-thioguanine)等抗肿瘤药的敏感性。这个研究为在基因治疗中引入gpt基因以增加肿瘤对抗肿瘤物的敏感性提供了基础。

6白喉毒素基因

用起源于大肠杆菌的两个转录控制系统来表达白喉毒素A基因,能够使它对神经胶质瘤细胞的杀伤作用增加120倍。在另一项研究中,构建了一个质粒,用人α-甲胎蛋白(α-fetoprotein)  (AFP)启动子/增强子来指导具有细胞特异性表达的白喉毒素A片段(pAF-DTA),结果表明即使肿瘤细胞只是低水平的表达AFP,pAF-DTA质粒也可用于选择性的杀伤肿瘤细胞,而对其它正常细胞没有影响。

参考文献:

  1. Kerr DJ, Yong LS, Searle PF, et al. Gene directed enzyme prodrug therapy for cancer. Adv Drug Deliv Rev, 1997,26:173-184.
  2. Xu G and Mcleod HL. Strategies for enzyme/prodrug cancer therapy. Clin Cancer Res, 2001,7:3314-3324.
  3. Rogulski KR, Kim JH, Kim SH, et al. Glioma cells transducced with an Escherichia coli CD/HSV-1 TK fusion gene exhibit enhanced metabolic suicide and radiosensitivity. Hum Gene Ther, 1997,8:73-85.
  4. Lemmon MJ, Van ZP, Fox ME, et al. Anaerobic bacteria as a gene delivery system that is controlled by the tumor microenvironment. Gene Ther, 1997,4:791-796.

17. Tamiya T, Ono Y, Wei MX, et al. Eschericbia coli gpt gene sensitizes rat glioma cells to killing by 6-thioxanthine or 6-thioguanine. Cancer Gene Ther, 1996,3:155-162.

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