基因治疗修复骨缺损的研究进展
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[摘要] 创伤、炎症、肿瘤的外科治疗及一些先天性因素等各种因素均可造成骨缺损，骨缺损是临床上的常见病，也是骨科治疗的难题之一。传统的每种治疗方法均存在一定的局限性，难以完全满足临床需要。基因治疗是一种崭新而具有广阔前景的治疗方法，与传统的其他治疗方法相比，它具有巨大的优势。
[关键词] 骨缺损；基因治疗；目的基因；靶细胞
骨缺损的基因治疗是将具有成骨作用的基因转入靶细胞，由靶细胞转录成mRNA并翻译成蛋白质，在蛋白质的作用下靶细胞被刺激分化，通过自分泌或旁分泌的方式达到促进骨愈合。基因治疗具有的优点是：①基因产物可以局部和靶向释放；②可最大限度地增加局部治疗效果，减少全身副作用；③多种基因可分别转向，并分别调控，内源性合成的蛋白质比外源性重组蛋白质具有更强的生物活性等。因此基因治疗被认为是维持骨缺损局部生长因子有效治疗浓度最具有希望的一种方法。
1目的基因
基因治疗修复骨缺损需要选择目的基因、靶细胞和基因载体，然后通过基因转移技术来实施修复治疗的目的。根据基因治疗的理论，凡是能促进骨折愈合和骨生长的基因均可作为骨缺损治疗修复的目的基因。这些目的基因主要有骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP），可溶性生长因子如血小板源性生长因子（PDGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、胰岛素样生长因子（IGF），影响合成代谢的因子如甲状旁腺激素（PTH）、甲状旁腺激素相关肽（PTHrP），影响血管生成因子如血管内皮细胞生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）等。这些基因表达的产物除矿化蛋白-1为细胞内因子外，其余均属于细胞外分泌型因子。BMP是骨生长修复的启动因子，它能诱导骨髓基质细胞分化为成骨细胞和骨细胞，促进钙化作用，产生钙化的骨基质完成修复过程。BMP是目前骨缺损基因治疗修复中应用研究最多的目的基因，已在兔、鼠、羊和犬模型中证实其对骨缺损的修复作用。有研究证明［1］BMP-2和BMP-7是BMP家族成员中作用最强的因子。
2目的基因载体
基因治疗需要合适的载体，载体的作用在于避免载体的宿主细胞对外源性基因产物的排斥反应。要根据体内或体外转导方式、蛋白功能预计持续时间，解剖部位和治疗条件来选择合适的载体。基因表达载体有病毒表达载体和非病毒表达载体。病毒表达载体种类很多，有RNA逆转录病毒、DNA腺病毒和DNA腺相关病毒（AAV）等；非病毒基因表达载体有脂质体、DNA0质粒、DNA配体复合物、裸DNA和基因枪等。目前被研究应用最多的是腺病毒载体，已有多种腺病毒载体被用作研究基因的传递工具，包括重组腺病毒载体在内。病毒载体能高滴度地生产目的基因，很容易转染分裂期和非分裂期细胞；但其缺点在于病毒壳体蛋白在靶细胞表面，容易吸引免疫活性细胞如细胞毒性疾病引起免疫反应而成为在基因治疗非致死性疾病方面的最大障碍。
3靶细胞
靶细胞选择是关系到基因治疗是否成功的一个重要因素。基因治疗的靶细胞应具有取材容易、含量丰富，在体外容易培养，而且外源基因能高效导入并表达，细胞寿命长等条件。骨缺损基因治疗中应用的靶细胞主要有骨髓基质干细胞（bone marrow stem cells，BMSC）、骨骼肌细胞、成纤维细胞等。骨髓基质干细胞具有分化为成骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞的潜能，它从体内收集后可以在细胞培养中扩增，再分离出来后用作诱导成骨和促进骨修复的基因治疗的靶细胞。BMSC不仅作用诱人，而且数量庞大，因为细胞培养时它能扩增近300倍，而且即使扩增超过10亿倍，仍未丢失它本身的潜能。BMSC不仅能分泌或旁分泌蛋白如BMP，而且能对这些蛋白产生应答，这种自分泌和旁分泌的应答更加能促进骨修复。所以BMSC作为一种基因治疗的靶细胞有许多优势，被研究应用最多，已经显示出广阔的前景［2~3］。
4基因转移
基因转移的途径有两种：一种为Ex Vivo，间接基因治疗途径，该途径是先从患者体内取出某一器官组织的细胞，体外扩增后，将目的基因转入靶细胞形成表达外源基因的遗传修饰细胞，选择高表达的细胞扩增培养，以一定数量移植到患者体内；该技术简单易行，在手术室就可以操作，具有显著的应用优势。另一种是In Vivo，直接基因治疗途径，即将目的基因在体内直接转移到靶细胞，所用载体必须具有特异的导向性和对靶细胞具有足够的转移效率。简言之，骨缺损的基因治疗中将外源性基因插入宿主或供体细胞，使它们具有分泌生长因子的细胞微泵功能，这就是基因转移技术。
参考文献：
［1］Dumont RJ，Dayoub H，LiJ2，et al.Ex vivo bone morphogenetic protein-9 gene therapy using human mesenchymal stem cells induces spinal fusion in rodents ［J］.Neurosurgery，2002，51（5）：1239-1244.
［2］Blum JS，Barry MA，Miros AG，et al.In vivo evaluation of gene therapy vector in ex vivo-derived marrow stromal cells for bone regeneration in a rat critical-sized calvarial defect model ［J］. Hum Gene Ther，2003，14（18）：1689-1701.
［3］Nakashima m，Zohara K，Zheng L.Gene therapy for dentin regeneration with bone morphogenetic proteins ［J］.Curr Gene Ther，2006，6（5）：551-560.