无病毒基因的病毒载体(gutless viral vector):去除病毒载体中所有的病毒基因,只保留其复制和包装所必需的顺式作用元件,是病毒载体的重要发展方向 。这种策略可最大限度地扩大载体的容量和减少病毒对细胞的直接毒性和病毒蛋白表达引起的免疫毒性 。腺病毒的微载体(mini-Ad)、AAV载体、HSV扩增子载体都是无病毒基因的病毒载体 。这一发展方向需要解决的主要问题是建立高效、安全(无辅助病毒污染)的包装系统 。
可调控表达外源基因的病毒载体:在许多疾病的基因治疗中,实现外源基因的可调控表达十分重要 。如糖尿病的基因治疗,外源的胰岛素基因的表达最好能受血糖水平的调控;肾性贫血的基因治疗,EPO基因的表达最好能受血氧含量的调控等 。目前所研究的表达调控系统主要包括各种药物诱导的表达"开关" 。其中四环素控制系统(Tet-on和Tet-off)是人工设计的一种基因表达调控模式 。这个系统在体外和动物体内实验中都表现出良好的表达调控作用(Fotaki ME et al.1997; Miller N and Whelan J 1997) 。然而,由于其中的反式作用蛋白(tTA或rtTA)是异种蛋白,在机体内可能引起毒性作用和免疫反应,因此用于人体前还需考虑其安全性和长期有效性 。
最近Binley K等(1999)报道了用缺氧反应元件(hypoxia response element ,HRE)腺病毒载体中外源基因的表达 。缺氧可激活bHLH/PAS 家族转录因子的表达,它们可结合HRE核心序列上,诱发其下游基因的表达 。
自我扩增型载体(self-amplifying vector)(Herweijer H and Wolff JA 1997):目前的基因转移方法基因转移的效率仍相对较低,尤其是在体内 。为了提高外源基因表达总水平,除了提高基因转移效率外,另一种方法是尽量提高外源DNA在细胞中的表达水平 。用自我扩增型的表达载体是达到此目的的方法之一 。这些载体是以正链RNA病毒Sindbis病毒和Semliki Forest 病毒为基础的 。用目的基因代替病毒的外壳蛋白编码序列,导入靶细胞中,病毒的复制蛋白大量复制重组的基因组,mRNA水平的大量增加导致高水平的转导基因表达 。自我扩增型载体的表现形式可以是RNA,DNA和重组病毒 。
特异性复制型性病毒载体(specifically replicating vector):指可在某种特性的组织中产毒性复制,而在其它组织中不增殖的病毒载体 。这类病毒载体主要用于特异性裂解肿瘤细胞 。如腺病毒突变株Onyx-015是55Kdal E1B基因功能缺失的腺病毒突变株,可以选择性地在p53基因突变的肿瘤细胞中增殖,而在正常组织细胞中不增殖 。用这种突变株联合化疗治疗恶性肿瘤II期临床结果令人鼓舞(Kirn D et al. 1998),已进入III期临床试验,从此,许多人工改造的腺病毒突变体被用于肿瘤治疗研究中 。如将腺病毒E1基因的表达用甲胎蛋白(AFP)启动子控制,使得该病毒只能在甲胎蛋白阳性的肝癌细胞中增殖导致细胞死亡 。也可以将这种病毒的基因组分开装在两个互补的缺陷性腺病毒载体上(Alemany R et al. 1999),其中一个载体除了腺病毒复制和包装所必需的顺式作用元件外,只含有E1区基因,其中E1A基因的表达受AFP启动子的控制;另一个载体为E1区缺失的重组腺病毒 。这两个载体同时感染AFP阳性的肝癌细胞时,病毒可不断增殖而引起细胞死亡;对于AFP阴性的细胞,E1A基因不表达,因而病毒不能增殖 。类似的设计在HSV载体系统也有报道 。除了用甲胎蛋白作为反式激活因子外,各种其它组织特异性表达的蛋白和调控序列都可被用来控制病毒的增殖 。
嵌合型病毒载体(hybrid viral vector):是指将不同病毒的基因元件进行组合,形成的重组杂合病毒 。如腺病毒与AAV病毒的杂合体病毒,既具有腺病毒的感染性和基因组特性(双链线状DNA),又具有AAV病毒的染色体整合性(Lieber A et al. 1999) 。各种病毒基因元件组合形成新的杂合载体的报道层出不穷,如单纯疱疹病毒扩增子与AAV病毒杂合载体(Johnston KM et al. 1997)、腺病毒与EB病毒复制子杂合载体(Tan BT et al. 1999)腺病毒与反转录病毒杂合载体(Caplen NJ et al. 1999)等,不一而足 。这些杂合载体使重组病毒的特性多样化,以适应不同基因转移目的的需要 。
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