目前在腫瘤基因治療中遇到的最大障礙就是如何特異性的傳遞抗腫瘤基因產(chǎn)物到實(shí)體瘤組織。雖然現(xiàn)已構(gòu)建了幾種方法來控制抗腫瘤基因在實(shí)體瘤的表達(dá)，但還沒有一個嚴(yán)格特異性靶向到實(shí)體瘤的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。在這種情況下，有人利用大腸桿菌的基因和酶作為治療腫瘤的藥物前體(prodrug)，這種本身無活性的藥物前體進(jìn)入體內(nèi)以后可轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚缘乃幬铩?br />
1、藥物前體在腫瘤基因治療中的應(yīng)用
基因指導(dǎo)的藥物前體治療（gene directed enzyme prodrug therapy，GDEPT）是利用其在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞中基因表達(dá)的不同而特異性的破壞腫瘤細(xì)胞進(jìn)行治療[13,14]。常用的細(xì)菌相關(guān)的兩個藥物前體是可由細(xì)菌胞嘧啶脫氨酶活化的5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine）和硝基還原酶活化的CB-1954。自殺基因治療也是基于相似的原理，它是將藥物敏感性基因引入靶細(xì)胞，在一定的藥物劑量時能夠殺死靶細(xì)胞，而對其它正常的細(xì)胞沒有作用。目前研究的大部分自殺基因都是編碼病毒或細(xì)菌的酶，它們能從無活性的形式轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘男问剑缓笠种扑拗骷?xì)胞的核酸合成。
GDEPT方法的最終成功，還需要研制出一個特異的具有靶向作用的基因傳遞系統(tǒng)，將基因傳遞到靶細(xì)胞內(nèi)并進(jìn)行有效表達(dá)，而在其它細(xì)胞中，該基因的表達(dá)要控制在最小量。為了達(dá)到這個目的，現(xiàn)已發(fā)展了許多技術(shù)，其中包括控制腫瘤的血液供應(yīng)、利用腫瘤特異性的啟動子來控制基因的表達(dá)等。
2、胞嘧啶脫氨酶基因
胞嘧啶脫氨酶（cytosine deaminase，CD）是細(xì)菌中一種能使胞嘧啶發(fā)生脫氨作用轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏さ拿?。它能使無毒性的5-氟胞嘧啶脫氨作用后變成有毒性的5-氟尿嘧啶，而后者是治療腫瘤時常用的一種藥物。因此將CD基因引入5-氟尿嘧啶敏感的腫瘤細(xì)胞后能夠發(fā)揮抗腫瘤的作用，對人結(jié)腸直腸腫瘤細(xì)胞系進(jìn)行的比較性研究表明這種方法優(yōu)于HSV-tk治療方法。但是應(yīng)用這種方法最大的困難是如何將CD基因引入腫瘤細(xì)胞，腺病毒介導(dǎo)的大腸桿菌CD基因轉(zhuǎn)移可能是一個較好的方法。將CD/HSV-tk融合基因作為一種雙功能的自殺基因[15]，并結(jié)合放射性治療，這在腫瘤的選擇性治療中是一個非常有效的方法。
3、大腸桿菌嘌呤核苷酸磷酸化酶
另一個治療腫瘤的方法是利用大腸桿菌嘌呤核苷酸磷酸化酶（PNP）基因轉(zhuǎn)染靶細(xì)胞，然后用無毒性的脫氧腺苷酸同系物進(jìn)行處理。大腸桿菌PNP能夠?qū)⒍喾N無毒性的脫氧腺苷酸同系物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)毒性的同系物。利用大腸桿菌PNP構(gòu)建一個強(qiáng)毒性的、具有膜滲透性的復(fù)合物以在體內(nèi)殺傷腫瘤細(xì)胞是可行的，這也為腫瘤的基因治療提供了新的選擇。
4、大腸桿菌硝基還原酶（nitroreductase）B亞基編碼基因
有研究表明用反轉(zhuǎn)錄病毒載體將大腸桿菌硝基還原酶B亞基基因轉(zhuǎn)染哺乳動物細(xì)胞，能夠使細(xì)胞對CB-1954的敏感性增加770倍。此外，其它一些藥物也具有此種功能，例如硝呋醛（nitrofurazone）能夠使細(xì)胞的敏感性增加97倍。將大腸桿菌硝基還原酶B亞基轉(zhuǎn)入拜氏梭菌（C. beijerinckii）以后，它能將無毒性的CB-1954活化為有活性的抗腫瘤藥物。梭菌（clostridia）產(chǎn)生的硝基還原酶能夠增加CB-1954對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，由于梭菌類的專性厭氧菌只能選擇性的在實(shí)體瘤的低氧區(qū)域生長[16]，因此它們在腫瘤治療中可被用于高度特異性的基因傳遞載體。
5、大腸桿菌gpt基因
gpt基因編碼黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶(xanthine-guanine phosphoribosyl transferase)[17]，細(xì)菌中該酶能夠?qū)⒘姿岷颂寝D(zhuǎn)移到黃嘌呤或鳥嘌呤的同系物。gpt基因能夠增加鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤對6-噻噸酮(6-thioxanthine)或6-硫鳥嘌呤(6-thioguanine)等抗腫瘤藥的敏感性。這個研究為在基因治療中引入gpt基因以增加腫瘤對抗腫瘤物的敏感性提供了基礎(chǔ)。
6、白喉毒素基因
用起源于大腸桿菌的兩個轉(zhuǎn)錄控制系統(tǒng)來表達(dá)白喉毒素A基因，能夠使它對神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的殺傷作用增加120倍。在另一項(xiàng)研究中，構(gòu)建了一個質(zhì)粒，用人α-甲胎蛋白(α-fetoprotein) (AFP)啟動子/增強(qiáng)子來指導(dǎo)具有細(xì)胞特異性表達(dá)的白喉毒素A片段(pAF-DTA)，結(jié)果表明即使腫瘤細(xì)胞只是低水平的表達(dá)AFP，pAF-DTA質(zhì)粒也可用于選擇性的殺傷腫瘤細(xì)胞，而對其它正常細(xì)胞沒有影響。