腦血管病的基因治療與預防

王 森，原 靜，黃 慶 （首都醫科大學附屬北京潞河醫院神經外科，北京101149）

0 引言

基因治療（gene therapy）是指將外源正常基因導入靶細胞，糾正或補償因基因缺陷和異常引起的疾病，以達到治療目的。也就是將外源基因通過基因轉移技術將其插入患者的適當的受體細胞中，使外源基因制造的產物能夠治療某種疾病。從廣義說，基因治療還可包括從DNA水平采取的治療某些疾病的措施和新技術。

腦血管病主要包括出血性疾病和缺血性疾病，臨床常以手術治療及藥物干預為主要治療手段。近年來，隨著基因治療逐漸成為研究熱點之一，該治療手段在腦血管病方面也已取得一定的進展。基因治療的本質是導入一個缺乏基因，或過度表達一個有益的基因，或沉默一個有害基因從而達到預期治療目標。目前，腦血管病基因治療主要用于以下幾方面：①斑塊的穩定；②蛛網膜下腔出血后血管痙攣；③缺血性損傷；④側支循環的刺激。許多動物實驗已證實基因導入可轉變大腦血液循環［1］。將基因導入細胞治療腦血管病主要是為了抑制細胞凋亡和清除自由基，同時基因治療的機制還包括減輕炎癥反應，抑制興奮性細胞毒作用［2］。 近年來，朱婷娜等［3］發現缺氧誘導因子-1（hypoxla-inducable factor-1， HIF-1）是一種重要的轉錄調節因子，主要通過其活性亞基HIF-1α參與機體對缺氧環境的應答。腦缺血缺氧時，HIF-1α表達上調，可激活涉及糖酵解、血管生長、細脆生存和細胞凋亡的多個下游靶基因表達，對腦缺血后能量代謝障礙的改善以及微循環的建立具有重要意義。鄧莉等［4］發現膠質細胞源性神經營養因子／骨髓基質干細胞組大鼠神經功能恢復更好，提示膠質細胞源性神經營養因子基因修飾的骨髓基質干細胞移植治療腦出血大鼠比單純骨髓基質干細胞有更好的神經保護作用。

1 腦血管病急性期的治療

腦血管病急性期是一個非常復雜的病理生理過程。其損傷機制主要包括缺血缺氧能量障礙及缺血再灌注損傷，其次細胞外毒性及凋亡以及炎癥反應同樣具有細胞損傷作用。

組織因子途徑抑制物（tissue factor pathway inhibitor，TFPI）可以控制凝血啟動階段部分，其對組織因子途徑（即外源性凝血途徑）具有特異性抑制作用，主要來源于血管內皮細胞。Yin等［5］研究表明，通過導入TFPI基因，組織因子誘導的凝血、抑制血小板聚集和血栓形成均受到不同程度的調節。RNA干擾技術（RNAi）是將小分子的RNA導入目的基因，從而干擾或促進目的基因的mRNA翻譯與降解，達到減少目的基因表達的目的。Handa等［6］用RNAi干擾MMP-9表達，發現急性腦缺血后的腦組織損傷可以減輕和緩解。生長因子在心肌和四肢局部缺血中有生成血管的效果，也被應用于基因治療中。常見的生長因子包括內皮生長因子VEGF、干細胞生長因子HGF和基礎纖維生長因子。在動物試驗中，這些生長因子通過載體被轉載到腦脊液來誘導大腦表面的血管生成［7-9］。研究［10-11］發現VEGF是血管內皮特異的生長因子，可以促進缺血部位的血管生長及新生血管形成，主要包括外周和冠狀血管再生。其中VEGF165為最主要的異構體，因而目前使用VEGF基因治療時多選用VEGF165。

目前，研究［12］認為與缺血性腦卒中的遺傳易感性有關的系統是RAS。AGT首先轉化成血管緊張素Ⅱ，血管緊張素Ⅱ作用于交感神經末梢，末梢上的血管緊張素受體分泌大量兒茶酚胺、前列腺素等，這些分泌產物可引起血管平滑肌細胞過度增生，并增加細胞內鈣含量，引起損傷后的新生內膜過度增殖，使血管腔／壁比值降低，從而導致血管堵塞。有研究［13］通過質粒載體介導RNA干擾成功抑制血管緊張素原基因的表達，結論認為RNA干擾技術可成功地對腦缺血再灌注大鼠起到治療作用。

研究發現大量基因影響著動脈瘤破裂的發生和發展。許多涉及到細胞外基質的結構蛋白在多數動脈瘤中缺乏［14］。NO通常可以抑制血管痙攣所致的病理改變即炎癥和平滑肌的增生。研究［15-16］發現，在實驗性動物的蛛網膜下腔出血后其NO合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是受損的。在蛛網膜下腔出血患者的腦脊液中NO水平是反常的［17］。在基因導入試驗中，人類內皮型eNOS在動物和人的腦血管內過度表達，是對動脈瘤性蛛網膜下腔出血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage， aSAH）的血管保護［18-19］。

2 針對腦血管病后神經及血管修復的治療

腦血管病的急性期后，神經和細胞的修復對預后的影響很大。腦缺血對神經及細胞的影響主要包括缺血缺氧能量障礙及缺血再灌注損傷，其次在動物試驗模型中發現在細胞外毒性及凋亡以及炎癥反應同樣具有細胞損傷作用。近年來，針對神經及腦細胞的修復，基因治療研究也有一定進展。

血管痙攣是蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后最嚴重的并發癥之一。有些理論認為基因治療可能有效預防SAH后的血管痙攣［20］。有些出血性腦血管病在外科手術治療后的恢復中需要基因治療的幫助。Donald等應用基因治療蛛網膜下腔出血后血管痙攣。外科醫生可以在術中夾閉腦動脈瘤，然后直接將目的基因和載體重組病毒注入腦脊液中，此病毒載體所攜帶的目的基因可編碼一種活性蛋白，能夠抑制血管痙攣［21］。

超氧化物可促使SAH后的血管痙攣［22-23］，因此，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）也成為預防SAH后腦血管痙攣的備選之一。轉基因小鼠過度表達了CuZnSOD和ECSOD后減弱了實驗性SAH后的腦血管痙攣［24-25］。降鈣素基因相關肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）對腦血管舒張極其有效，也被證實對預防SAH后血管痙攣有作用。CGRP打開了鉀通道，使動脈血管肌肉超極化并擴張動脈［26-27］。系統地給予SAH患者外源性CGRP能夠短暫地減輕大腦動脈痙攣及神經功能缺陷。因此，我們認為顱內CGRP基因過度表達的基因導入技術對SAH后腦血管痙攣的預防是有效的.

SAH后的血管痙攣與血管炎性介質是有關的［28］，因而，通過導入基因抑制炎癥可減輕SAH后的血管痙攣［29］。同樣有報道認為抑制炎性介質等基因治療在急性卒中期間的神經保護是非常有用的［30-31］。

3 預防

腦血管病的預防以抗凝及抗血小板聚集為主。水蛭素就是抗凝基因產物之一。將水蛭素靜脈給予實驗性動物模型可預防動脈損傷后所致的血栓形成，也可抑制血管內膜過度增生。水蛭素在聯合溶栓治療中及預防血管成形術后再狹窄中均有一定的作用，而且其效果優于肝素［32］。 相關實驗［33］顯示，在大鼠體內外轉基因表達水蛭素，水蛭素抑制新生內膜效果顯著，這可能是因為，水蛭素既可以抗血栓活性，也可以抑制血管平滑肌的增生，同時凝血酶原時間（prothrombin time，PT）沒有明顯改變。血栓調節蛋白對血栓介導的蛋白C活化有刺激作用，蛋白C可以使Ⅴa和Ⅷa降解，從而反饋抑制血栓的形成；血栓調節蛋白同時也可抑制體內血管內皮細胞的過度增生，以阻礙新生內膜的形成［34］。 有研究［5］顯示組織因子途徑抑制物TFPI能使血管新生內膜的形成受到抑制，促進平滑肌細胞的凋亡，從而減少血管成形術后導致的血管再狹窄。有些基因治療實驗是以纖溶酶原激活物PA為目標基因，結果顯示PA在高危致栓中具有一定的預防血栓形成的作用［35］。基因治療動脈硬化癥的危險因素，如：高血壓、糖尿病，也是間接預防腦血管疾病的一種方法。有研究［36］證實，基因治療已成功的應用于這些疾病。

4 展望

最近腦血管病的基因研究如火如荼，大多數腦血管病的基因研究重點在于基因的表達和傳導，雖然在許多動物模型得以實現，但仍未成功在臨床開展。基因治療腦血管病是非常有挑戰性的，包括在急性卒中的治療窗的限制。故基因治療腦血管病任重道遠。

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