骨关节炎的基因治疗的最新进展

骨关节炎的基因治疗的最新进展骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的慢性关节疾病，它是一个关节组织（包括关节软骨、软骨下骨、滑膜囊、韧带及肌肉）代谢平衡失调的动态过程。它最常见的临床表现为关节痛并伴随着不同程度的关节活动受限和生活质量的下降[1]。根据流行病学调查[2]，40岁以上中老年人群中男性与女性的发病率分别为42.6%和62.4%，随着世界老龄化人口的增加，OA的发病率也呈现逐渐增加的趋势。OA的常规治疗给药方式不能在特定病变部位持续保持有效的治疗浓度，反复给药和大量的费用支出对于OA这种慢性疾病来说，将给患者家庭和社会造成巨大的负担。基因治疗提供了我们一种治疗OA的全新途径，基因转染可以用来通过将编码抗炎因子或生长因子等物质的基因转入关节内的细胞，从而改善关节内结构退行性变和炎症状况来保护关节的内环境，同样，通过类似的途径，也可以用基因治疗来修复被OA损伤的关节软骨，进而治疗OA[3]。OA与基因遗传有着非常紧密的联系[4]，然而，由于存在众多的相互作用位点，所以利用近期已发现的OA遗传信息，使用目的基因沉默或基因敲除等手段来进行基因治疗的可能性都比较小。因此，将目的基因转入关节软骨细胞或滑膜细胞来进行基因治疗是目前的趋势[5]。OA基因治疗的理想对象是局限的或早期骨关节炎：炎症仅在有限的几个关节，并且没有关节外或全身性的病因[3]。这时，将编码目的基因的小分子物质注射到关节内，经过目的基因在细胞水平的表达，抗炎或修复因子可以长时间地存在于在关节内。关于目的基因的选择，常用的目的基因可见表1。将IL-1作为目的基因是OA基因治疗研究较为成熟的一种，IL-1在OA的炎症反应中扮演着重要角色，在OA的关节液中可见IL-1大量增加，并且，研究表明IL-1可刺激PGE2、NO、趋化因子等炎症因子的产生[6]。早在1997年，PelletierJP等[7]就将IL-1Ra基因注射到经OA造模的狗关节腔中，结果表明，经转染IL-1Ra基因后，OA组关节液中的IL-1显著降低，从而达到抗炎的作用。随着OA基因治疗研究的深入，人们已经将目标从单一拮抗某种炎症基因或促进某一种促生长因子基因转变为多基因联合治疗，通过针对OA发病机制的研究，针对OA发病过程中的某一关键节点的治疗也有所进展。目的基因类型举例生长因子（GF）IGF-1，TGF-β，BMP-2，FGF细胞因子及其拮抗物IL-1，IL-1Ra，IL-4，IL-4Ra蛋白酶抑制剂TIMP，纤溶酶原激活物抑制剂（PAI），丝氨酸蛋白酶抑制剂自由基拮抗剂SOD转录因子或信号分子Sox-5，Sox-6，Sox-9，NF-κB细胞基质分子二型胶原，软骨寡聚基质蛋白（COMP）酶磷酸果糖转氨酶（GFAT）凋亡抑制蛋白Bcl-2表1OA基因治疗的常用目的基因由于IL-1β和TNF-α可以通过激活转录因子、核因子（NF-κB）、激活蛋白（AP-1）和CAAT/增强子结合蛋白（C/EBP）家族等，来诱导前炎症因子如IL-6，IL-8和巨噬细胞集落刺激因子（GMCSF）等的释放[8-10]，ChenLX等[11]将含NF-κBp65的腺病毒SiRNA注射到大鼠关节腔内，结果发现2周后大鼠关节液中IL-1β和TNF-α的量较对照组明显减少，从而证明NF-κBp65在IL-1β和TNF-α的调节中起着重要作用。另一方面也可以看到，针对炎症因子可以从其信号通路的中间点进行抑制，从而达到基因治疗的目的。BondesonJ等[12]的研究也验证了这一点，通过将含NF-κB抑制剂的基因转入OA滑膜纤维母细胞，IL-6、MMP-1、MMP-3和TNF受体等炎症因子的表达都受到抑制。但由于炎症因子的释放是多因素导致的，仅利用NF-κBp65并不能完全抑制IL-1β和TNF-α的释放，其效果也相对有限。ChenB等[13]同时在体外和体内进行了bFGF，IL-1Ra和IGF-1多个基因的转染。在体外，他们将分别载有bFGF，IL-1Ra和IGF-1基因的腺病毒加入人OA软骨细胞中，结果发现实验组的GAG含量、二型胶原的合成和TIMP-1的水平都有所增加，相反地，实验组的ADAMTS-5、MMP-13和MMP-3的水平下降；在体内试验，他们将分别载有bFGF，IL-1Ra和IGF-1基因的腺病毒注射到兔的关节腔内，结果显示bFGF可增加关节软骨中二型胶原的表达并降低OA组的Mankin评分。试验表明单基因转染时bFGF可有效的促进二型胶原的分泌，在OA存在软骨缺损时，它修复软骨的能力将发挥重要作用。试验还指出，多基因转染效果优于单基因转染。由于OA是多因素导致的关节软骨退行性变，多基因转染可从不同方面针对OA的发病机理发挥作用，从而增强治疗效果。除了抑制炎症因子的产生，促进合成物质产生也是OA基因治疗的重要方面。TGF-β是软骨细胞强有力的合成代谢因子，BlaneyDE等[14]将编码TGF-β的腺病毒和编码Smad-7（一种TGF-β信号转导通路抑制物）的腺病毒同时注射到小鼠的膝关节中，结果发现过度表达的Smad-7可以强烈抑制TGF-β诱导的滑膜纤维化，但并不降低TGF-β对软骨的修复能力，从而对OA的基因治疗起到重要作用，并显示出良好的应用前景。目前，主要是在体内或体外利用病毒或非病毒两种载体将目的基因转入细胞[11,15,16]，目前的病毒载体主要有：逆转录病毒[17]、慢病毒[18]、腺病毒[13]、腺相关病毒[3]和单纯疱疹病毒[3]。非病毒载体主要有：壳聚糖[16]、脂质体[19]、乳糖[20]及半乳糖[21]等。病毒载体因其是将目标基因插入受体细胞的DNA中，病原性、基因突变和癌化倾向都是难以回避的问题，然而其存在转染率高，表达稳定的优点，故仍有着较广泛的应用。非病毒载体的生物安全性较病毒载体要安全，同时，因价格低廉和细胞毒性低等优点，非病毒载体有着非常良好的应用潜力。壳聚糖已成为近年非病毒载体的研究热点，然而，将其应用于OA的研究目前并不多见[22-24]。OA的基因治疗正从实验室走进临床，随着有效目的基因的筛选、安全高效的载体和基因长期表达等问题的逐步解决，OA的基因治疗将有着光明的明天。参考文献[1]BusijaL,BridgettL,WilliamsSR,etal.Osteoarthritis[J].BestPractResClinRheumatol,2010,24(6):757-68.[2]YoshimuraN.[EpidemiologyofosteoarthritisinJapan:theROADstudy][J].ClinCalcium,2011,21(6):821-25.[3]EvansCH,GouzeJN,GouzeE,etal.Osteoarthritisgenetherapy.[J].GeneTher,2004,11(4):379-89.[4]ValdesAM,SpectorTD.Thegeneticepidemiologyofosteoarthritis[J].CurrOpinRheumatol,2010,22(2):139-43.[5]KangR,GhivizzaniSC,MuzzonigroTS,etal.TheMarshallR.UristYoungInvestigatorAward.Orthopaedicapplicationsofgenetherapy.Fromconcepttoclinic[J].ClinOrthopRelatRes,2000(375):324-37.[6]BerenbaumF.Targetedtherapiesinosteoarthritis:asystematicreviewofthetrialson[J].BestPractResClinRheumatol,2010,24(1):107-19.[7]PelletierJP,CaronJP,EvansC,etal.Invivosuppressionofearlyexperimentalosteoarthritisbyinterleukin-1receptorantagonistusinggenetherapy[J].ArthritisRheum,1997,40(6):1012-19.[8]VincentiMP,BrinckerhoffCE.Earlyresponsegenesinducedinchondrocytesstimulatedwiththeinflammatorycytokineinterleukin-1beta[J].ArthritisRes,2001,3(6):381-88.[9]KarinM,DelhaseM.TheIkappaBkinase(IKK)andNF-kappaB:keyelementsofproinflammatorysignalling[J].SeminImmunol,2000,12(1):85-98.[10]ThomasB,BerenbaumF,HumbertL,etal.CriticalroleofC/EBPdeltaandC/EBPbetafactorsinthestimulationofthecyclooxygenase-2genetranscriptionbyinterleukin-1betainarticularchondrocytes[J].EurJBiochem,2000,267(23):6798-809.[11]ChenLX,LinL,WangHJ,etal.Suppressionofearlyexperimentalosteoarthritisbyinvivodeliveryoftheadenoviralvector-mediatedNF-kappaBp65-specificsiRNA[J].OsteoarthritisCartilage,2008,16(2):174-84.[12]BondesonJ,LauderS,WainwrightS,etal.AdenoviralgenetransferoftheendogenousinhibitorIkappaBalphaintohumanosteoarthritissynovialfibroblastsdemonstratesthatseveralmatrixmetalloproteinasesandaggrecanasesarenuclearfactor-kappaB-dependent[J].JRheumatol,2007,34(3):523-33.[13]ChenB,QinJ,WangH,etal.Effectsofadenovirus-mediatedbFGF,IL-1RaandIGF-1genetransferonhumanosteoarthriticchondrocytesandosteoarthritisinrabbits[J].ExpMolMed,2010,42(10):684-95.[14]BlaneyDE,VittersEL,vandenBergWB,etal.TGFbeta-inducedcartilagerepairismaintainedbutfibrosisisblockedinthepresenceofSmad7[J].ArthritisResTher,2006,8(3):R65.[15]GhivizzaniSC,OliginoTJ,GloriosoJC,etal.Directgenedeliverystrategiesforthetreatmentofrheumatoidarthritis[J].DrugDiscovToday,2001,6(5):259-67.[16]LuHD,ZhaoHQ,WangK,etal.Novelhyaluronicacid-chitosannanoparticlesasnon-viralgenedeliveryvectorstargetingosteoarthr