在基因组研究中，没有比基因传递技术更吸引人的了，科学家认为，如果研究中的传递载体能有一些具体的应用，该技术的黄金时段可能很快就要来临。然而，基因传递技术是过分炒作还是真有希望？

基因治疗通常是指把遗传物质（DNA或RNA）引入到患者的细胞中，以达到治疗疾病的目的。它是伴随着基因工程技术和分子生物学的发展而逐渐形成的一种新型“分子治疗”手段。在基因治疗的研究中，基因导入或基因传递系统是最关键的技术。
1999 年9月，美国18岁青年Jesse Gelsinger 死于缺陷型腺病毒载体的基因治疗临床试验，曾引起科学界与公众的一片哗然。此事件对基因治疗研究是一个很大的打击，基因传递为此曾经陷入低谷，许多研究几乎停顿。2002年，一名法国男孩在接受试验性基因治疗后罹患白血病，FDA决定停止美国境内所有类似试验，尽管此类试验只有３项。因为这两个非常引人注目的事件，基因传递陷入低谷。但大量的临床试验也说明基因治疗方法上是可行、有效的，科学家从来没有放弃过该领域的研究。
基因治疗领军人物之一、 Salk研究所分子生物学和病毒学教授Inder Verma曾认为，人们对基因治疗过度期待，结果事与愿违，发展得太慢了，“我们期待着基因治疗能有更快的发展，目前的干细胞研究情况鼓舞了我们，科学家、公众都很兴奋，但不幸的是我们生不逢时。基因治疗的问题之一在于我们还没有完全了解生物学规则。”
但是现在，Verma和其他人都认为，该领域正在逐步复苏。在基因治疗领域，研究人员正在开发各种技术，包括注射、激光、“基因药物”，以及对致死性人免疫缺陷病毒HIV的再加工革新过程。

基因传递概述
基因传递的本质很简单：将一个基因导入细胞，然后让这些细胞产生自身所需的治疗物质，主要是蛋白质产物。但是要让这些基因按研究人员所设想的那样，进入正确位置并且执行功能，过程却极其复杂。
用于基因传递的方法有很多种，但主要分为两大类：病毒载体传递和非病毒载体传递体系。病毒传递，外源基因附着在经过修饰已经除去有害部分的病毒体上，导入细胞，实现基因的传递。所有的病毒通过一系列的处理，如删除与致癌、致毒和复制相关的基因等片段，在合适的位置插入外源治疗基因，均可发展成为基因传递的工具。但由于对不同病毒的生活周期、分子病理学等方面的了解相差很大，现在主要采用四种病毒载体类型：反转录病毒载体（包括慢病毒载体）、腺病毒载体、腺相关病毒载体和单纯疱疹病毒载体。非病毒传递，通过DNA或者附着在脂质或多聚体上，然后插入到不同的细胞。非病毒载体由于具有无传染性、不限制载体容量；可大量制备等优点而受到许多研究人员和临床医生的亲睐。目前应用的非病毒DNA转移方法有4种：裸DNA、脂质体、多聚物和分子耦联体。
Invitrogen 公司为应用这两种方法的研究人员提供了帮助。公司最受欢迎的产品是Lipofectamine 2000，一种用于DNA传递的阳离子脂质体转染试剂。由于脂质体容易操作，不需要专门的技术技巧，而且重现性很好，人们开始使用脂质体传递。 Invitrogen 公司研发主任Welch认为，传递基因时有两个问题要考虑，一是接受外源DNA的细胞的百分比，另外是每个重组细胞表达量的多少。
据Welch 称，直接注射很好，因为研究人员可以控制针头，进行各种实验，例如，注射部位为肿瘤、肺或大脑。但是，如果目标物是一些很小的器官，像胰腺，就困难得多了，可能还会伤害到实验动物。因此，如果是向原代细胞或悬浮细胞进行的基因传递，他建议研究人员采用病毒系统。
对大规模实验而言，腺病毒系统要更好，因为能让病毒达到很高的效价。目前利用腺病毒的趋势下降，是因为它不能稳定的整合进入细胞的基因组中。研究中只能进行瞬时表达。但是如果这些细胞持续分裂，经过一周左右的时间，表达就会缓慢消失。
成本和方便易用是研究人员选择病毒或非病毒传递方法的最主要因素。Verma认为，选择载体必须考虑的因素是载体的毒性以及需要医治的疾病本身。如果治疗的是血友病，可能希望获得一种终生用于治疗患者的蛋白质。如果是其他途径，可能只需要短期有效（一周时间）的某种物质，而且不用担心病毒是否整合。”
Verma 一直采用的是病毒体系，还没有使用过非病毒体系，“10亿年前病毒就知道去感染基因了，利用其他方法，你如何将基因引入拥有10亿个细胞的大脑？或者肝脏？你不能将基因注射入每一个细胞。你需要能直接在活体内进行传递的载体，像不分化的神经元。你需要一个载体，能成为细胞以及染色体的一部分。然后，每一次细胞分裂，就能获得转移的基因。”
Welch称，病毒载体中的慢病毒正成为研究者的首选，尤其是臭名昭著的HIV载体，研究人员在研究用于基因传递的病毒时候发现，HIV的致死性也使其成为一种基因传递的好工具，尤其是病毒本身具有的伪装和强大能力，“慢病毒能进入核内，并且与目标细胞中的染色体相整合。”
 

HIV载体是魔鬼还是天使？
在研究人员除去致病物质并且选择有利基因填充之前，都不能用HIV进行毒性试验。正如其他病毒掌握进入细胞的技巧一样，HIV也能将自身的DNA整合到人的基因组中，以同样的方式感染分裂细胞和不分裂细胞。
休斯顿贝勒医学院Richard Sutton教授说：“HIV载体能很好的将基因引入不分裂的细胞中。” Sutton关注于用HIV传递有益基因，治疗血友病之类的疾病，也希望在研究过程中加深对病毒的了解，获得更多相关的信息。
为了将DNA整合进入一个细胞，细胞必须分裂，这样DNA才能穿越核膜，然后结合到染色体上。Verma正在寻找一种能整合并制造自身所需蛋白质的病毒，因此想到了HIV。Verma及其同事开始用的是逆转录病毒，但是发现逆转录病毒不能整合到不分裂的细胞中去。因此，他们即时作了调整，虽然HIV具有与逆转录病毒一样的基本成分，但它能将基因导入到不分裂的细胞中。
根据HIV的特性，研究人员将其放入一个温和的载体中，该载体能与不分裂细胞的染色体相整合。但是遇到的第一个问题是，HIV的选择性太强，只感染CD4+细胞，而CD4+细胞只在血液中有，身体其他部位很少存在，看来，HIV并不是一种很合适的载体。
Welch 说：“HIV和其他慢病毒载体的优点在于，人们很容易就能改变靶向细胞的包膜蛋白。我们将HIV的包膜蛋白去掉，因为它只是特异性的针对CD4+细胞，趋向性很窄，用一个水泡性口膜炎病毒代替,这样就不需要蛋白质受体了。携带被膜的病毒转导进入每一个细胞，因此，趋向性就变宽了。”
研究人员希望，甚至是患虚弱性疾病像帕金森病的人们也能接受HIV注射液。Welch认为这种想法问题太多，用HIV治疗会让一些人紧张不安，“即使我们去掉载体中的坏基因，用好的关键性基因代替他们，一次也需要将一个病毒颗粒传递到一个细胞中。”
而Verma 相信这种想法还是可以实现的，虽然利用传染性病毒的可能性很小，但并不是绝对不可以。“我们能除去91%的基因组，并且创造一个仍然具有基因导入功能的载体，能将基因导入一个不分裂的细胞中，同时，能导入任何的目标基因。给病人注射HIV，监视副作用或者病毒突变。我们已经确定了安全参数，这样做实际上是很安全的。”

简化方案
剥离病毒的基本成分，改变它的包膜蛋白，将其作为一个载体去传递基因，加州大学生理学教授Stephen Rothman认为这一过程确实很复杂。然而，自称门外汉的Rothman已经用一种更简单的方法替换基因传递：让病人服药。
Rothman相信，最好的即是最简单的。他说：“科学家能处理复杂的事情。坦白说，起初，我不是一名基因治疗专家，一个领域内的专家有一种思想，一种思考方式，去考虑‘什么可能以及什么不可能’，很幸运，我不在其中。这样我能以其他的方式思考。”
Rothman和同事一起正关注于唾液腺和其他的胃肠系统的功能，探寻长期的基因治疗结果，以寻求主要蛋白质全身性的活动，而不只是针对细胞本身。他认为，相对于患者对注射的顺应性，药物疗法中最有效的是口服药片。
然而，批评家很快指出，用于基因传递的病毒载体自身不能持续分裂去感染其他细胞，因此，效果是无法持续的，这种方法根本是失败的。但Rothman却很乐观，他认为机会要比挫折多得多。“我们想让基因治疗能取得进展，不是必须获得长期治疗效果，有机会进行短期的基因治疗也行，因此并不是失败，而是一种成功。人们利用病毒的原因之一，仅仅是利用了裸露DNA或者是一个裸露的质粒，没有被病毒包裹，这种方法的效果要差一些。”
Rothman相信，将来人们利用基因治疗的优势，可以获得长期的表达效果。基因治疗不能代替传统方法，但它的目标是去产生能分泌进入血液的蛋白质。并不是所有的蛋白质都必须进入细胞。如果成功，这是一种优先选择方式，能让身体自身的细胞去制造产物并进行传递，而不是构建工厂，传递装置去克服存在的局限性。
这种方法的优点包括，省略了好几个制造步骤，对载体毒性的担心就会减少。Rothman 说：“对蛋白质来说，传递仍然有许多问题需要解决，我们还没有彻底弄清楚这些问题。例如，我们现在知道，将基因传递到肺部会导致炎性反应和纤维变性，并且会有副作用。而口服药则没有这些问题。”
此外，大多数通过基因药物传递的DNA，穿过胃肠道后会留在身体里。这些药进入细胞并且造成蛋白质丢失。 “从DNA和剂量的观点来看，基因药物是很安全的。基因治疗的一个主要问题是，如果你失误了，就是一个不能逆转的长期效应。用基因药片，如果失误了，停止用药，效果就会消失。你不需要去发现基因关闭的方式。”
研究人员计划下一步将实验从小鼠扩大到大型动物，并且会增加一些成分去保护胃肠道中的 DNA。Rothman十分关注“细胞如何对基因药物发生反应”这个问题，虽然目前采用特定的化学物质就可以改变膜的成分，但仅仅是暂时的，他期望能用更好的方法去改变细胞膜，这样实验效果才会更好。■
（译自《Genomics & Proteomics》）