免疫细胞因子IP10-scFv的构建及其抗肿瘤特性研究

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免疫细胞因子(immunocytokine)是一种抗体与细胞因子构成的融合蛋白,它将抗体独特的靶向作用与细胞因子的多功能生物活性有机结合,具有抗体和细胞因子的双重功能,可在肿瘤部位富集高浓度的细胞因子,诱导产生显著抗肿瘤效应,且有效避免细胞因子的毒副作用。 为构建抗肿瘤免疫细胞因子IP10-scFv,首先从RAW 264.7细胞中扩增小鼠趋化因子CXCL10(interferon-γ inducible protein 10,IP-10)基因,并克隆入pGEM-T载体,DNA序列测定表明克隆的CXCL10基因没有碱基突变。 利用重组噬菌体抗体系统(Recombinant Phage Antibody System, RPAS)构建抗酸性同功铁蛋白(acidic isoferritin, AIF)单链抗体(single-chain Fv antibody fragment, scFv)。从分泌抗AIF单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb)杂交瘤细胞4c9中分别扩增小鼠抗体重链可变区(VH)和轻链可变区(VL)基因,用编码(Gly4Ser)3柔性接头的linker序列连接VH和VL基因(VH-linker-VL),并克隆入噬粒pCANTAB 5 E。以重组噬粒pCAN4c9转化大肠杆菌(E. coli)TG1细胞,与辅助噬菌体M13KO7体内重组,构建噬菌体scFv抗体库。用AIF抗原筛选阳性重组噬菌体,并对GP5克隆的scFv基因片段进行序列测定,提交GenBank/EMBL核苷酸数据库(登录号:AY134749).AIF4c9 scFv基因含786个核苷酸(nucleotides, nt),编码261个氨基酸(amino acids, aa),其中VH 11 8aa、VL 109aa。AIF4c9 VH属于VH Ⅲ基因家族IA亚群,与该亚群中3F1H10 VH基因的同源性为93%;VL属Vκ19基因家族V亚群,与101.4.1 VL基因的同源性达98%,同源性分析提示AIF4c9 scFv的抗原结合位点主要由VH基因决定。 将AIF4c9 scFv基因亚克隆于原核表达载体pET28a的T7启动子下游,在E. coli BL21(DE3)中高效表达AIF4c9 scFv抗体。SDS-PAGE和Western blotting结果表明,AIF4c9 scFv表达蛋白在细胞质中主要以不溶性包涵体形式存在,不具有抗体活性。为获得功能性scFv抗体,以镍螯合亲和层析为基础建立柱内复性技术,scFv变性蛋白通过其两端的His-tag标签结合于镍螯合层析柱,并在线性降低的尿素浓度梯度复性溶液中逐渐复性,通过加入氧化型和还原型谷胱甘肽(GSSG/GSH)在3 mol/L尿素浓度引入氧化还原环境,显著提高功能性scFv抗体的回收率。优化的柱内复性程序可从高浓度的包涵体变性蛋白(最高15mg/ml)中高效复性AIF4c9 scFv表达蛋白,其回收率可达75%左右。AIF4c9 scFv复性蛋白具有良好的AIF抗体活性,可特异识别AIF抗原,其亲和力常数(KDscFv)为7.29×10-8mol/L,约比亲本mAb4c9(KDmAb=4.16×10-9mol/L)低20倍。表达菌体培养物的功能性AIF4c9 scFv抗体产量约为62mg/L。 将小鼠CXCL10和AIF4c9 scFv基因依次亚克隆于真核表达载体pcDNA3的巨细胞病毒启动子(PCMV)下游,并以编码(Gly4Ser)3柔性接头序列相连接,构建新型免疫细胞因子IP10-scFv,其核苷酸序列在Genbank/EMBL核苷酸数据库的登录号为AY25 1 299。用线性化表达质粒pc3IPIO4cg转染NSO细胞,经400林岁ml G418选择培养和ELISA抗体检测,建立稳定表达IP10一scFv融合蛋白的细胞株。以IP10一scFv表达细胞诱生小鼠腹水,用镍鳌合H始TraP层析柱分离纯化IPlo一scFv表达蛋白,其分子量约为50 kDa,大于理论估测值(41.1 kDa)。表达蛋白的糖基化和磷酸化等翻译后修饰直接影响IP 10一scFv融合蛋白表观分子量。 免疫细胞因子IPIO一scFv既保持了AIF4cg scFv的抗体特异性,又具备小鼠CXCLIO的趋化活性,具有抗体和趋化因子的双重功能。IPIO一scFv融合蛋白特异识别AIF,其抗体亲和力常数(KoIP,。一soFv)为2.2sxlo一8 molzL,高于AIF4egscFv,表明CXCLIO在VHN端的融合不影响scFv抗体对AIF的识别和结合。流式细胞仪分析显示,IP10一scFv与表达AIF的人肝癌细胞株SMMC 7721及表达CXCR3受体的活化小鼠T淋巴细胞特异结合。体外趋化试验表明,IP 10一scFv诱导小鼠T淋巴细胞产生明显趋化,其趋化效应与重组CXCL10相似,而AIF4cg ScFv未见明显趋化作用,提示IP10一scFv的趋化效应由其CXCL10结构域诱导产生。结合IP10一scFv的SMMC 7721细胞对小鼠T淋巴细胞也有良好趋化作用,且强于同等剂量的游离CXCLIO,表明结合于肿瘤细胞的IP10一scFv融合蛋白具有良好趋化活性,能在肿瘤细胞周围形成趋化因子浓度梯度,有效募集免疫效应细胞。IPIO一scFv与AIF的结合解离平衡反应促进趋化因子浓度梯度形成,肿瘤细胞分泌的AIF浓度也与趋化因子浓度梯度密切相关。 为研究免疫细胞因子IP10一scFv的体内抗肿瘤效应,我们选择与IP10一scFv特异结合的H22小鼠肝癌细胞株建立小鼠肿瘤模型。在H22小鼠肝癌肿瘤模型中,dl一d12或d6一dlZ肌肉注射2陀/d IPI压scFv融合蛋白显著抑制H22皮下肿瘤生长,IPIO一scFv试验组肿瘤组织中可见大量淋巴细胞浸润,肿瘤细胞明显减少,而对照组的肿瘤组织中未见明显淋巴细胞浸润,表明IP10一scFv融合蛋白特异识别体内H22肿瘤细胞,并在其周围募集免疫效应细胞,诱导产生有效的抗肿瘤免疫反应。护10一scFv/d6一dlZ试验组的抑瘤效应明显弱于dl一d12,提
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