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β地中海贫血是一种全球范围内的疾病,全世界大约有8000万携带者。到目前为止,β地中海贫血尚无有效的治疗方法,将自体造血干细胞基因修饰后进行移植是目前最有前景的治疗策略。直接导入正常的人类β珠蛋白基因进行基因补偿是最常规的一种方法,但是由于缺乏安全有效的表达载体而进展缓慢。
慢病毒载体近年来已成功的应用到β地贫的基因治疗中,证实能够有效地改善β地贫的症状。但是其治疗作用的稳定性和长期效应仍有待观察。我们成功地构建了人类β珠蛋白基因的慢病毒表达载体,并在细胞水平初步验证能够转录正常的珠蛋白基因,然后通过卵周隙显微注射的方法,成功地制备了人类β珠蛋白慢病毒转基因小鼠。通过PCR方法鉴定转基因小鼠基因型,共获得四种小鼠:1.正常小鼠Hbb+/Hbb+;2、654小鼠Hbbth-4/Hbb+;3、正常的转基因小鼠βhu-Hbb+/Hbb+;4、654转基因小鼠βhu-Hbbth-4/Hbb+。通过小鼠繁育获得转基因小鼠的F1和F2代,并且发现转基因654小鼠后代的存活率较654小鼠显著提高(50.0~53.1%vs.26.8%,P<0.01)。我们进一步通过RT-PCR、WesternBlotting和ELISA等方法分析了外源基因在转基因小鼠体内的表达情况,结果显示在转基因小鼠体内可以合成人类β珠蛋白正常剪接的mRNA和蛋白质,并且在F0、F1和F2三代小鼠间保持稳定的水平。我们通过分析β654地贫小鼠的血液学指标和病理学变化,来进一步观察了慢病毒载体介导的基因治疗对β654地贫的改善作用。经过分析发现,在慢病毒载体整合的β654地贫小鼠中,血红蛋白和红细胞水平均显著升高,外周血中异型红细胞和靶型细胞的比例显著下降,网织红细胞数目减少;病理学观察发现脾脏体积减小,红髓减少,髓外造血减轻,肝脏中铁离子沉积减少。说明慢病毒载体介导人类β珠蛋白基因进行基因治疗可以改善了β654地贫小鼠的贫血症状。我们通过该转基因小鼠模型,观察到慢病毒载体介导的基因治疗能够有效、稳定地改善β地贫的症状,为临床前的研究提供了更多信息,这种制备慢病毒转基因小鼠的方法还可以为其它疾病的基因治疗提供借鉴。
β654地中海贫血由第2内含子654位C-T突变引起,是中国人特有的、也是最常见的一种突变形式。针对β654地贫的发病机制,提出了应用RNAi降低α链,同时使用反义核酸纠正异常剪接而合成正常β链的联合治疗策略,为β地贫的治疗提供新的思路。使用同样的方法,制备了三种慢病毒转基因小鼠αi-Hbbth-4/Hbb+(RNAi转基因小鼠);βa-Hbbth-4/Hbb+(反义核酸转基因小鼠)和αIβα-Hbbth-4/Hbb+(RNAi和反义核酸共转基因小鼠)。通过PCR方法鉴定转基因小鼠并且通过小鼠繁育获得了转基因小鼠后代,分析发现,三种转基因小鼠的后代中654小鼠的存活率依次为:38.7%,47.7%和51.6%,与对照组相比较,差异具有显著性(28.9%,P<0.01),并且在αiβa-Hbbth-4/Hbb+小鼠后代中检测到1只纯合子654小鼠。我们分析了654小鼠三种转基因小鼠体内α和β链的合成情况,发现α和β的比例依次为:1.80,1.67和1.23,向正常1:1的比例回复。进一步分析发现转基因小鼠的血液学指标RBC和Hb水平得到不同程度的改善,并且与α和β的比例呈一定相关性(RBC:R2=0.88,Hb:R2=0.81)。网织红细胞和靶型细胞的比例下降;髓外造血减轻,在脾脏病理切片中,红髓减少,原始的造血细胞和含铁血黄素沉积减少;肝脏中血窦分布和铁离子沉积减少;骨髓中的有核细胞比例也显著降低。这种改善在αiβa-Hbbth-4/Hbb+小鼠体内尤为明显。本研究利用转基因小鼠评价和验证了通过恢复α和β链比例平衡治疗β地中海贫血的可行性,为β地中海贫血的基因治疗提供了新的策略,并且认为α和β链的比例可以作为评价疾病疗效的一个指标。
总之,本课题利用一种β654地贫模型小鼠,通过慢病毒转基因技术制备转基因β654鞋地贫小鼠,在个体水平证实了慢病毒载体介导人类β珠蛋白基因治疗β地中海贫血疗效的稳定性和长期效应,为临床应用提供了有价值的资料。另外,还使用同样的方法制备了RNAi和反义核酸转基因小鼠,证实了通过降低α链和纠正异常剪接恢复α/β链平衡来治疗β地中海贫血的可行性,为β地贫的治疗提供了新的策略。