国外医学神经病学神经外科学分册2000年第27卷第1期

广州第一军医大学珠江医院全军神经医学中心脑外科(510282)

姜晓丹（综述）徐如祥李铁林（审校）

摘要本文就总体及局部性CNS神经退行性紊乱及脑卒中的治疗潜力，概述了以病毒为载体的CNS治疗基因转染技术、经基因水平调整后的细胞移植技术、胚胎移植和/或经基因工程技术处理过的神经前体细胞（neural progenitor cells）移植术；以及对疾病过程中产生特殊酶类、神经递质和/或生长因子等产生物的治疗潜力等。

关键词：阿尔茨海默病基因治疗分子遗传学帕金森病脑卒中

近十年来，探讨CNS基因治疗的潜力主要围绕着：①目的基因全CNS基因替代疗法，治疗遗传性神经退行性紊乱(如酶缺乏症等)；②目的基因局限性CNS基因疗法，恢复在神经退化过程中丧失的神经细胞特殊亚调节功能；③脑肿瘤的基因治疗；④脑卒中的基因治疗^[1,2]。本文主要就总体及局部性CNS神经退行性紊乱及中风的治疗潜力，对以病毒为载体的CNS治疗基因转染技术进行综述。

1 全中枢神经系统基因替换治疗

1.1 病毒载体介导的基因转移

病毒载体介导的全基因替换治疗目的在于，在脑细胞(如神经元及星形胶质细胞)产生稳定的正常蛋白质表达，以达到在亚细胞水平治愈的目的。

在遗传性酶缺陷疾病中，损伤CNS的主要因素是溶酶体的贮存失调。尽管隐性遗传性酶缺乏症较为罕见，但却以显著的比率出现于神经退行性紊乱疾病中，而该症可经基因置换疗法得以矫正。多年来的研究证明，与显性突变或多基因座所致的失调、严重运动及精神障碍等不可逆性变化相比较，对遗传性隐性酶缺陷患者进行单正常等位基因的基因置换，足以除去所有的疾病表现型。

CNS酶缺乏症的全基因替代疗法，需要一种可于神经元和神经胶质细胞中长期非毒性基因表达的病毒载体系统。对先天性代谢疾病进行以病毒载体介导的基因置换术，其先决条件首先是要确定异常基因及其特征(如克隆、序列等)，其次是有效地利用表达载体。由于以病毒为载体的治疗基因转移，既以脑区内一定神经元的单纯亚调节为对象，又以基因转录与蛋白质表达间的调节为目标，故常常用于恢复、治疗局灶性迟发性的神经退行性紊乱。

CNS紊乱治疗的主要问题在于，如何使正确的基因物质完成向CNS的全传递。由此，以动物模型进行研究，关键在于在CNS建立成功的传递方式和稳定的缺陷性基因的表达。这些动物模型包括：用于神经元贮存功能失调研究的猫科模型^[3]；用于Lesch-Nyhan综合征研究的大鼠神经瘤细胞模型^[4]以及用于粘多糖增多症Ⅶ研究的小白鼠模型^[5]等等。也有研究表明，“血脑屏障干扰传递技术”中，使用高渗甘露醇、瞬间收缩BBB内皮，即可允许病毒载体介导的基因通过BBB而转至CNS^[3]。

1.2 神经元前体细胞

另有一种技巧是以神经元前体细胞作为载体进行基因治疗，如将表达β-半乳糖苷酶的重组腺病毒转染至培养的人神经元前体细胞中，再将后者植入大白鼠CNS中^[6]。有人用类似的方法，实验性处理了MPSⅦ小白鼠模型。在该模型中，由于溶酶体内β葡萄糖醛酸酶缺乏、葡萄糖氨基聚糖聚集而导致溶酶体贮存失调，从而产生致命的、进行性的神经退行性紊乱。对患有MPSⅦ的小白幼鼠，植入一些经基因工程处理后、表达β葡萄糖醛酸酶的神经元前体细胞；待发育为成鼠后，接受了移植的MPSⅦ小白鼠大脑则呈现出移植细胞的弥散性迁移及β葡萄糖醛酸酶的不均匀表达。与同窝出生并先亡的对照组MPSⅦ小白鼠相比，长期(≤12月)接受移植术的MPS Ⅶ小白鼠，具有相对更正常的神经学和行为学表现。此外，对接受移植的MPSⅦ小白鼠进行溶酶体贮存检测，发现溶酶体的贮存较对照组小白鼠减少或缺如。

2 细胞置换及其恢复性基因治疗

迟发性神经退行性紊乱，诸如帕金森病、Huntington氏病和/或阿尔茨海默病等的复杂病因学、遗传学及发病机理，都面临着应用细胞遗传学来修复神经变性过程中丢失的特定类型细胞的挑战。成年哺乳动物大脑本身不可能进行有意义的结构自我修复，在脑损伤的哺乳动物模型中亦未发现有补偿性的神经元产物。成年大脑的这种产生新神经元的无能性，严重限制、阻碍了对于神经退行性紊乱及一般情况下神经元损伤及缺失的治疗进程。对于大脑修复的最显效策略是，将胚胎和/或经遗传学转导过的细胞移植入一定的CNS区域，使其终生存留于该区域并能依功能需要，维持转导基因的稳定表达。此外，尚可尝试性进行直接载体介导的内源性原位靶神经的基因转移。

2.1 帕金森病(PD)

尽管对PD确切的病因学及基因发病机理不清，但已知黑质纹状体通路上多巴胺能神经元的变性是关键的发病机制。因此，修复DA系统始终作为细胞及基因治疗的主攻点。

2.1.1 细胞置换胚胎PD细胞移植已被用于治疗自发性PD或甲苯基四氢吡啶诱发的PD中，一般是将人胚中脑富含DA的组织，移植入患者单侧或双侧尾状核。胚胎DA细胞移植法对于Ⅱ期PD的确有着很大的治疗潜力^[7]，但由于存在着政治伦理方面及移植材料来源等方面的问题，故对其有效实用性还存在一定的问题。利用培养的神经元细胞系进行此项治疗研究，将在一定程度上解除该方面的难点。PD动物模型研究证实，将遗传学改良后可产生左旋-3,4-二羟基苯氨酸即左旋多巴的成纤维细胞移植入纹状体内，可以逆转疾病的表现型^[8]。最近研究表明，以逆转录病毒转导了人类酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxy，TH)基因的初级星形细胞可作为PD治疗的有效基因携带体。

在神经元损伤及发育期间，有些神经营养因子可以对一些特殊类型神经元的存活具有改善作用，特别是脑源性神经营养因子(BDNF)，对DA神经元具有明显的营养保护作用^[9]。有实验表明，对偏侧震颤麻痹大白鼠的纹状体损伤部位植入已转染了BDNF基因的星形细胞，可使大鼠产生明显的功能改善，表现为移植后的第32天，即可使由安非他明(即苯丙胺)诱使的旋转行为减弱。转导了BDNF的星形细胞在大鼠脑内可以呈非浸润性生长而很好地存活，并维持至转移后第42天。

2.1.2 病毒载体介导的基因转染治疗PD的另一项重要研究趋势在于通过直接基因转移将内源性的纹状体细胞改造成产生左旋多巴胺的细胞，而不必移植转染的胚胎细胞^[10]。将表达人TH的缺陷性单纯疱疹病毒(HSV-1)载体转送至经6-氢氧多巴胺损伤大鼠的部分去神经纹状体，则基因转染后的大鼠可维持一年行为学及生化学方面的正常恢复。

2.1.3 质粒-脱氧核糖核酸-脂质体有关将治疗基因转移至内源性神经细胞的研究，经直接注射“质粒-DNA-脂质体”来实现。将载有TH基因的质粒经脂质体介导，转移至由于黑质纹状体系统损伤而呈半球性帕金森氏症状(semiparkinsonian)的大白鼠纹状体中，可以迅速有效地减小旋转的不对称性，提示经质粒DNA转染的脑细胞可产生L-DOPA以弥补局部纹状体DA输入量的不足或缺失^[11]。

2.2 阿尔茨海默病(AD)

无论是后天获得还是家族性AD，都是人类淀粉样变性的最常见形式和痴呆的主要原因。AD越来越成为威胁人类健康的主要问题，65岁以上老人中，5％患有此病。由尸检确诊为AD的病例中发现，AD有三种不同类型的病理改变^[12]：①神经元内沉淀；②神经炎或老年斑；③对软脑膜及大脑皮质的中小血管具有影响的大脑血管淀粉样变性。淀粉样蛋白β(amyloidβ，A β)是AD及相关疾病中构成老年斑及血管沉淀的原纤维主要成分。

许多研究中，已建立了载脂蛋白E4(Apo E4)与散发迟发性、家族性AD之间的遗传连锁。Apo e4等位基因与老年斑的聚集有关，并可增加大脑原纤维(如Aβ)的形成及胆碱能功能紊乱、增强胆碱酯酶抑制剂治疗的不良反应。用菌毛-穹束损伤中隔区胆碱能神经元，制成大白鼠认知功能障碍模型，之后将表达神经生长因子的无限增殖化神经元前体细胞移植到模型大鼠的中隔。结果表明，这类细胞的植入阻止了胆碱能神经元的丢失^[13]。可将类似实验用于AD的神经保护性营养因子释放研究或全CNS营养因子释放研究中。大多数早发型FAD都与14号染色体上一种新发现的基因(已知为Presenilin1)相关；而另一种与新近发现于1号染色体上的基因具67％同源性的、名为Presenilin2的基因也与某些早发型FAD密切相关。这两种基因中，26％以上的突变均与早期FAD有关^[14,15]。血脑屏障(BBB)在调控Aβ于CNS转运过程中起有重要作用，且与载脂蛋白密切相关，提示BBB亦可通过操纵抗淀粉样蛋白基因功能而作为治疗实施对象之一^[16]。

3 脑卒中的基因治疗

3.1 治疗基因

缺血脑组织中大量的基因表达，支持染色体组的脑缺血反应。尽管在中风脑组织中有些基因表现为上调性，但对许多基因而言还很难将缺血性疾病起因和基因表达效果，特别是与所谓“早期基因”的表达联系。也有一些以动物中风模型进行某些基因研究的尝试，如大脑中白介素-1(IL-1)的早期表达已证实与脑缺血损伤有关^[17]。若心内给予携带有人类IL-1受体拮抗蛋白(IL-1ra)cDNA的腺病毒载体(Ad.RSVIL-ra)处置，则于脑内