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病毒载体在肿瘤研究中的应用

发布时间:2017-08-22 14:12 |  点击次数:

肿瘤研究Banner

 

病毒在肿瘤研究领域中的应用

 

肿瘤基础研究到预防治疗一直是科学研究的热点,病毒作为载体工具,目前已经被广泛应用于肿瘤研究的各个方面。

在肿瘤研究中,常用的病毒载体有腺相关病毒慢病毒腺病毒逆转录病毒。四种载体有各自的特点,适用于不同的科学研究,其中慢病毒广泛应用于体外体内基因功能研究;腺相关病毒以其免疫原性低、表达持续时间长和非随机整合等优势,目前已经被科研工作者关注并应用于体内研究中。

图1 概述

1.基因筛选(Gene Screening)

(1)无限增殖和转移是肿瘤细胞的两大特征,发现其调控基因对于肿瘤的研究和治疗非常关键。利用病毒介导gRNA筛选成为目前基因筛选非常有效的策略。

图2 无限增殖和转移

(2)化疗是治疗癌症的传统方法之一,但是在化疗过程中癌症细胞会产生耐药性。目前利用病毒载体介导的gRNA,已成为筛选肿瘤细胞耐药基因的重要手段。

图3 化疗

2.基因功能研究

在肿瘤研究中,非常重要的技术就是通过基因水平上操作,来改变基因的表达水平(敲除、敲低、过表达),并观察基因操作导致的表型,从而确定基因在肿瘤中的作用。

(1)敲除、敲低基因(Knockout and Knockdown)

最常用的技术包括Cre-LoxP系统RNA干扰

Cre-LoxP系统可以在不同器官对目的基因进行特异性敲除。腺相关病毒介导器官特异性启动子表达驱动的Cre酶表达,从而将Loxp位点之前的位点切除,得到器官特异性的敲除小鼠。

图4 基因敲除

除了基因敲除,在肿瘤研究中也经常用基因敲低技术,在体外常用慢病毒介导shRNA敲低基因得到稳定株,然后注射到小鼠的皮下、原位、尾静脉等,然后分别观察基因敲低之后对肿瘤的发生增殖和转移的影响。

图5 基因敲低

(2)过表达(Overexpression)

肿瘤研究中最常用的是利用病毒载体直接过表达外源基因

图6 基因过表达

(3)基因编辑(Gene Editing)

目前,基因编辑技术CRISPR/Cas9已经应用于科学研究的各个方面。在肿瘤研究中,科学家已尝试利用CRISPR/Cas9构建敲除或者转基因小鼠。

图7 基因编辑

值得关注的是,和元上海已开展针对内源基因的转录激活/转录抑制研究,其原理基于dCas9技术,这种对内源基因的调控未来必将在研究中大放异彩。

3.基因治疗

(1)肿瘤免疫治疗这几年大放异彩,已成为肿瘤领域的新热点。CAR-T作为肿瘤免疫治疗中一种,应用病毒载体对T细胞进行改造,使其可以识别杀死肿瘤细胞。

图8 CAR-T

(2)光遗传技术

光遗传学是结合了光学及遗传学的技术,能在活体动物甚至是自由运动的动物脑内,精准地控制特定种类细胞的活动。光遗传学在时间上的精确度可达到毫秒级别,在空间上的精确度则能达到单个细胞级别。该项技术目前主要应用于在神经科学领域,在肿瘤治疗领域也开始受到科学家的关注。

图9 光遗传

3.其他相关应用

光遗传     化学遗传     神经环路示踪    钙离子成像     CRISPR/Cas9

Cre-LoxP     RNA干扰     基因过表达     microRNA表达    microRNA抑制