基因治療的基本原理原則是把目的基因物質(zhì)轉(zhuǎn)移到個體內(nèi)，在分子水平改變其細(xì)胞結(jié)構(gòu)或功能從而達(dá)到治療目的?；蚋淖兒笞罱K合成治療性蛋白質(zhì)并分泌到周圍環(huán)境從而發(fā)揮治療作用。該蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜表面表達(dá)或者作為信號分子來影響細(xì)胞或者組織的行為。因此，基因治療技術(shù)即通過合成蛋白質(zhì)來治療甚至治愈急慢性疾病?；蛑委熡袃煞N常用的方式。一種是直接方式，即把治療基因直接轉(zhuǎn)移到活體內(nèi)的目標(biāo)體細(xì)胞內(nèi)；另一種是非直接方式，即是獲取患者的細(xì)胞，進(jìn)行基因修飾之后再回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。這兩種方式中，直接治療方式操作簡單，在臨床上的應(yīng)用潛力更大。體外技術(shù)可能更加復(fù)雜，但是相對來說比較安全。在選擇合適的方法時，必須考慮疾病的種類、治療疾病的目的基因以及所需要的載體等因素。

把目的基因信息轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)并產(chǎn)生蛋白質(zhì)的過程稱為轉(zhuǎn)染，其有兩種作用方式（圖11-1）。病毒是進(jìn)行轉(zhuǎn)染的理想載體，但是對該方法的要求較高，且產(chǎn)生病毒相關(guān)疾病的風(fēng)險增高。但是這些風(fēng)險通常由于病毒有效轉(zhuǎn)染細(xì)胞的能力而被忽略不計，而且在向宿主轉(zhuǎn)移DNA的過程中病毒載體也不會激發(fā)宿主的免疫反應(yīng)。

圖11-1　基因療法的原則和不同的載體

反轉(zhuǎn)錄病毒是最常用的基因治療工具。它不會感染不發(fā)生分裂的細(xì)胞。腺病毒、皰疹病毒和腺相關(guān)病毒都可以用于活體直接轉(zhuǎn)染和體外間接轉(zhuǎn)染。反轉(zhuǎn)錄病毒是RNA病毒，能把病毒基因反轉(zhuǎn)錄形成雙鏈DNA嵌合到宿主DNA上，從而允許宿主細(xì)胞器產(chǎn)生病毒組件。由于病毒基因嵌入到宿主DNA，來自感染細(xì)胞的基因都會傳遞給子細(xì)胞。

目前，最常用的反轉(zhuǎn)錄病毒來源于小鼠白血病病毒。大多數(shù)的臨床試驗應(yīng)用都是基于小鼠白血病病毒的載體。小鼠白血病病毒自身的特性使人們喜歡將其用來作為基因療法的載體。人們之所以認(rèn)為這一病毒是非常安全的選擇，是因為小鼠白血病病毒對于人類來說是不致病的。此外，由于它很少與人類反轉(zhuǎn)錄病毒同源，載體和人類固有的病毒間重組的風(fēng)險很低。

和反轉(zhuǎn)錄病毒相比，腺病毒在感染宿主細(xì)胞后不是將其基因組整合到宿主的基因組里面，而是作為一個附加成分留存在細(xì)胞核內(nèi)。所有的腺病毒載體均具有易于純化和濃縮，感染宿主細(xì)胞有效率高的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使病毒載體非常適合用于活體直接基因轉(zhuǎn)移。單純皰疹病毒的優(yōu)點(diǎn)在于其體積大，具有寬頻活動性及持續(xù)表達(dá)基因，然而單純皰疹病毒也有它的局限性，包括低感染率、存在野生型、基因組過大等，這使其比其他病毒載體更加難以操控。

非病毒載體可分為三類，由各種與細(xì)胞整合的遺傳物質(zhì)組成。包括可以注射的裸相DNA（通常是質(zhì)粒）、脂質(zhì)體或粒子介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移（基因槍）。為了促進(jìn)靶組織攝取DNA，遺傳物質(zhì)可以被放入脂質(zhì)體或包被到微小注射物（如金、鎢）中。這些微粒可以通過基因槍的氦氣壓力或者高壓放電而加速運(yùn)動，從而攜帶足夠的能量去穿透細(xì)胞膜。非病毒載體非常便宜，可以大批量生產(chǎn)。這些載體具有有限的免疫原性，可以重復(fù)應(yīng)用，而且它們不可能重組，不會形成一個完整的病毒從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生，所以被認(rèn)為是更加安全的選擇。然而，與病毒載體相比，它們的基因轉(zhuǎn)移率較低。

非病毒基因轉(zhuǎn)移的最新技術(shù)是將cDNA加載到多孔生物材料支架上，直接將后者包扎到創(chuàng)面上，隨后將基因轉(zhuǎn)入到向患處遷移的內(nèi)源性細(xì)胞內(nèi)。這種技術(shù)被稱作基因活化基質(zhì)（gene-activated matrix，GAM），是生產(chǎn)組織工程用的生物降解聚合物的擴(kuò)展研究。

基因療法在治療療效和安全性上有其局限性。其可能作為嚴(yán)重疾病如癌癥、囊性纖維化等的最后治療手段，但是在選擇性重建術(shù)中其副作用的風(fēng)險可能令人難以接受。此外，將病毒載體整合進(jìn)宿主的基因組時可能伴有插入性基因突變的風(fēng)險。不可控制的細(xì)胞生長、生長因子和細(xì)胞因子長期過度表達(dá)產(chǎn)生的慢性毒性，理論上可能產(chǎn)生惡性腫瘤，但還尚未有相關(guān)病例報道。然而，目前還無法保障嵌合的DNA序列不會引起多年后的突變或惡性腫瘤。大多數(shù)的基因療法臨床試驗是使用體外培養(yǎng)的方法，因此病毒是不能直接進(jìn)入患者身體細(xì)胞的，這些細(xì)胞需要通過大量的檢驗后才能夠用于移植。

轉(zhuǎn)移的基因在幾周后失去表達(dá)是一種常見的現(xiàn)象，其機(jī)制不明。然而，短暫的和自限性的基因表達(dá)可用于肌肉骨骼損傷的治療，這種短暫高水平的生長因子可以促進(jìn)傷口愈合。目前的研究還致力于開發(fā)在基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)和調(diào)節(jié)過程中需要的與功能性基因相鄰的特定可誘導(dǎo)DNA序列。

細(xì)胞治療已成為再生醫(yī)學(xué)的一個重要的戰(zhàn)略手段。組織工程細(xì)胞成分間的相互作用是修復(fù)受損或患病組織的核心問題。臨床治療的先決條件是需要能夠提供多能細(xì)胞的可靠來源，獲取細(xì)胞時造成的致病率低，這些細(xì)胞可以被精確調(diào)控、塑型以及整合入組織。由此看來，成體干細(xì)胞非常適合這一角色。不過前提是需要創(chuàng)建一個適合不同類型細(xì)胞存活的培養(yǎng)環(huán)境。

基因工程可能掌握著識別和調(diào)控細(xì)胞發(fā)育和分化決定基因的關(guān)鍵。盡管目前還沒有已經(jīng)批準(zhǔn)的可用于臨床的治療技術(shù)，不過基因工程在未來肌肉骨骼損傷治療中的應(yīng)用潛力相當(dāng)巨大。目前，只有幾個有效的軟骨重建基因治療技術(shù)在人體關(guān)節(jié)上得到了驗證。許多研究已經(jīng)成功地驗證了這些技術(shù)的可行性，即基因可以傳遞到不同的骨骼肌肉系統(tǒng)組織。除此之外，初步實驗研究表明在體外和體內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因（特別是骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2，胰島素樣生長因子-1、轉(zhuǎn)化生長因子β）均可以出現(xiàn)陽性效應(yīng)。目前我們遇到的主要障礙似乎是怎樣得到攜帶有效基因的載體，以及病毒載體的安全性等問題。