新型“药物”促进血管生成及骨再生

新型“药物”促进血管生成及骨再生

最近，中国的一组科研人员研发出一种促进血管生成及骨再生的新型“药物”——双基因共表达重组腺相关病毒载体，该载体能够同时携带hVEGF（血管内皮生长因子）及hBMP（骨形态发生蛋白）基因。目前研究人员已通过细胞学实验及动物实验证明其所表达的hVEGF及hBMP蛋白在体外及体内能够产生有效的促血管生成及骨再生活性。

股骨头缺血性坏死是骨科领域致残率较高的疾病，特别是近年来临床上激素的大量应用，使得股骨头缺血性坏死的发病率越来越高。一般认为，股骨头缺血性坏死伴随骨细胞死亡后，坏死区的血运重建困难和骨的修复障碍是本病的中心环节，若该因素长期存在，股骨头坏死区在外力的作用下就会塌陷，股骨头变扁从而形成创伤性关节炎。因此如何在塌陷之前促进坏死区内的血运恢复，促进新骨的形成成为了该病治疗的核心。

随着基因治疗学的发展，以外源性导入细胞因子为特点的基因治疗为股骨头缺血性坏死的治疗带来的新希望。为了将目的基因同靶细胞很好地整合从而更好的达到基因治疗的目的，研究小组使用了具有无致病性、低免疫原性及宿主范围广等特点的病毒载体——重组腺相关病毒。这种微小的载体能够把促进血管生成及骨再生的基因运输到宿主细胞内，在宿主细胞内不断复制，并且稳定的长期表达。经研究人员证实，该载体仅作用于转染后的特定细胞与组织，在保证疗效的同时更加安全。

骨修复的细胞因子研究中，VEGF和BMP均被认为是对骨再生修复具有极其重要作用的关键物质。VEGF是最主要的血管生成因子之一，通过作用于血管内皮细胞,促进内皮细胞分裂增殖及血管形成。BMP是目前已知的唯一具有异位成骨能力的细胞因子。近年来的研究结果提示VEGF和BMP可能作用于骨形成的不同阶段并存在协同作用，由BMPs 引起成骨细胞分泌VEGF使血管发生与骨形成成为相互关联、相互促进协调的过程。因此，研究人员想出一种新颖的办法，通过将VEGF基因与BMP基因共同“装载”于重组腺相关病毒载体上，使得该载体同时具有促进血管生成及骨再生的能力。

这篇研究发表在最新一期《中国药理学报》[Acta Pharmacol Sin. 2010, 31（7）：821-830. ]上，由西安交通大学医学院第二附属医院骨一科党晓谦教授和张晨博士领导的研究小组完成。研究小组将他们获得的双基因共表达重组腺相关病毒载体命名为“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”。该载体利用了一种新的基因序列——内部核糖体进入位点序列（IRES，Internal ribosome entry site）构建多基因共表达载体。该序列可在上游启动子的控制下和与之相连的基因共同转录。该序列连接多基因进行共表达时，多个基因的mRNA在同一条转录子上，但转录后的翻译过程是独立的，上游基因以传统的方式进行翻译，下游基因依靠IRES序列以不依赖帽的方式进行翻译，保证了两个基因的独立结构及功能。研小组通过实验证实，利用IRES代替内部启动子不但可使多基因共表达载体大大缩小，而且还克服了传统多基因表达载体中启动子之间的相互抑制现象，使载体携带基因的效率大大增强。

研究人员利用高科技手段分离出人的VEGF和BMP基因以及IRES基因序列，再将这些基因片段植入腺相关病毒的DNA中，构建出“rAAV-hVEGF165-IRES-hBMP7”载体。他们利用腺相关病毒的特性让病毒载体进入到人骨髓间充质干细胞（marrow-derived mesenchymal stem cells， BMSCs) 内，在BMSCs内VEGF和BMP基因合成VEGF和BMP蛋白，并随着腺相关病毒DNA的复制而复制。细胞学试验取得的结果证实表达出的VEGF和BMP蛋白具有生物学活性，能有效刺激血管形成和成骨分化。研究人员进一步将该载体应用于动物体内，动物学实验的结果同样令人鼓舞，该载体在体内表达出的VEGF和BMP蛋白能够有效地促进家兔缺血下肢的血流量的恢复，并且能够在家兔下肢肌肉内产生异位骨化。体外及体内试验充分证明了该载体的有效生物学活性。

党晓谦教授的研究小组表示，该研究的实施不但在基因治疗的层面将股骨头坏死的治疗推到一个新的高度，为骨坏死早期的基因治疗提供坚实的实验基础和理论准备；而且可利用多基因共表达载体的可同时转移多个协同基因的作用来尝试进行骨科领域的其他疾病如骨不连等的治疗研究，形成新的研究方向。