新型“藥物”促進血管生成及骨再生

新型“藥物”促進血管生成及骨再生

最近，中國的一組科研人員研發(fā)出一種促進血管生成及骨再生的新型“藥物”——雙基因共表達重組腺相關病毒載體，該載體能夠同時攜帶hVEGF（血管內(nèi)皮生長因子）及hBMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）基因。目前研究人員已通過細胞學實驗及動物實驗證明其所表達的hVEGF及hBMP蛋白在體外及體內(nèi)能夠產(chǎn)生有效的促血管生成及骨再生活性。

股骨頭缺血性壞死是骨科領域致殘率較高的疾病，特別是近年來臨床上激素的大量應用，使得股骨頭缺血性壞死的發(fā)病率越來越高。一般認為，股骨頭缺血性壞死伴隨骨細胞死亡后，壞死區(qū)的血運重建困難和骨的修復障礙是本病的中心環(huán)節(jié)，若該因素長期存在，股骨頭壞死區(qū)在外力的作用下就會塌陷，股骨頭變扁從而形成創(chuàng)傷性關節(jié)炎。因此如何在塌陷之前促進壞死區(qū)內(nèi)的血運恢復，促進新骨的形成成為了該病治療的核心。

隨著基因治療學的發(fā)展，以外源性導入細胞因子為特點的基因治療為股骨頭缺血性壞死的治療帶來的新希望。為了將目的基因同靶細胞很好地整合從而更好的達到基因治療的目的，研究小組使用了具有無致病性、低免疫原性及宿主范圍廣等特點的病毒載體——重組腺相關病毒。這種微小的載體能夠把促進血管生成及骨再生的基因運輸?shù)剿拗骷毎麅?nèi)，在宿主細胞內(nèi)不斷復制，并且穩(wěn)定的長期表達。經(jīng)研究人員證實，該載體僅作用于轉染后的特定細胞與組織，在保證療效的同時更加安全。

骨修復的細胞因子研究中，VEGF和BMP均被認為是對骨再生修復具有極其重要作用的關鍵物質。VEGF是最主要的血管生成因子之一，通過作用于血管內(nèi)皮細胞,促進內(nèi)皮細胞分裂增殖及血管形成。BMP是目前已知的唯一具有異位成骨能力的細胞因子。近年來的研究結果提示VEGF和BMP可能作用于骨形成的不同階段并存在協(xié)同作用，由BMPs 引起成骨細胞分泌VEGF使血管發(fā)生與骨形成成為相互關聯(lián)、相互促進協(xié)調(diào)的過程。因此，研究人員想出一種新穎的辦法，通過將VEGF基因與BMP基因共同“裝載”于重組腺相關病毒載體上，使得該載體同時具有促進血管生成及骨再生的能力。

這篇研究發(fā)表在最新一期《中國藥理學報》[Acta Pharmacol Sin. 2010, 31（7）：821-830. ]上，由西安交通大學醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院骨一科黨曉謙教授和張晨博士領導的研究小組完成。研究小組將他們獲得的雙基因共表達重組腺相關病毒載體命名為“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”。該載體利用了一種新的基因序列——內(nèi)部核糖體進入位點序列（IRES，Internal ribosome entry site）構建多基因共表達載體。該序列可在上游啟動子的控制下和與之相連的基因共同轉錄。該序列連接多基因進行共表達時，多個基因的mRNA在同一條轉錄子上，但轉錄后的翻譯過程是獨立的，上游基因以傳統(tǒng)的方式進行翻譯，下游基因依靠IRES序列以不依賴帽的方式進行翻譯，保證了兩個基因的獨立結構及功能。研小組通過實驗證實，利用IRES代替內(nèi)部啟動子不但可使多基因共表達載體大大縮小，而且還克服了傳統(tǒng)多基因表達載體中啟動子之間的相互抑制現(xiàn)象，使載體攜帶基因的效率大大增強。

研究人員利用高科技手段分離出人的VEGF和BMP基因以及IRES基因序列，再將這些基因片段植入腺相關病毒的DNA中，構建出“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”載體。他們利用腺相關病毒的特性讓病毒載體進入到人骨髓間充質干細胞（marrow-derived mesenchymal stem cells， BMSCs) 內(nèi)，在BMSCs內(nèi)VEGF和BMP基因合成VEGF和BMP蛋白，并隨著腺相關病毒DNA的復制而復制。細胞學試驗取得的結果證實表達出的VEGF和BMP蛋白具有生物學活性，能有效刺激血管形成和成骨分化。研究人員進一步將該載體應用于動物體內(nèi)，動物學實驗的結果同樣令人鼓舞，該載體在體內(nèi)表達出的VEGF和BMP蛋白能夠有效地促進家兔缺血下肢的血流量的恢復，并且能夠在家兔下肢肌肉內(nèi)產(chǎn)生異位骨化。體外及體內(nèi)試驗充分證明了該載體的有效生物學活性。

黨曉謙教授的研究小組表示，該研究的實施不但在基因治療的層面將股骨頭壞死的治療推到一個新的高度，為骨壞死早期的基因治療提供堅實的實驗基礎和理論準備；而且可利用多基因共表達載體的可同時轉移多個協(xié)同基因的作用來嘗試進行骨科領域的其他疾病如骨不連等的治療研究，形成新的研究方向。