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目的:
尽管肿瘤的治疗策略在不断改进,传统的肿瘤治疗方法,如外科切除、放射治疗和化学药物治疗并不能完全地治愈肿瘤。随着生物学技术的发展,基因技术开始应用于肿瘤治疗,其中对自杀基因疗法应用的研究较为广泛。自杀基因又称药物敏感基因(drug sensitivity gene),它可以在体内将无毒性的前体药物转化为有毒性药物,从而达到杀死肿瘤细胞的目的。由于这种方法常以病毒作为载体进行基因转导,故称为病毒介导的酶解药物前体治疗(VDEPT)。
与哺乳动物的四种脱氧核苷酸激酶不同的是,黑腹果蝇只有一种脱氧核苷酸激酶,Dm-dNK(deoxyribonucleoside kinase of Drosophila melanogaster)。它具有广泛的底物特异性,能够催化自然界所有嘌呤、嘧啶脱氧核糖核酸的磷酸化反应,并且这种激酶还表现出惊人的催化效率,要高出我们所曾了解的核酸激酶效率的10-100倍。研究者们研究显示Dm-dNK可以在人类癌细胞中表达并存留其活性,如在骨肉瘤中,表达Dm-dNK的肿瘤细胞还显示出它对多种化疗药物敏感性的增强。Dm-dN通过磷酸化核苷酸类似物,使其从一磷酸化形式随后被细胞内的其他酶类二三步磷酸化,三磷酸化核苷酸类似物通过DNA复制的终止而引起细胞的凋亡。另有研究显示,基因突变可以提高自杀基因Dm-dNK的酶活性,从而更有效地杀伤肿瘤细胞。
慢病毒载体是近来受到广泛注意的一种逆转录病毒载体,由于具有可感染分裂细胞和非分裂细胞、目的基因整合至靶细胞基因组长期表达等优点,适于基因治疗,因此有望成为理想的基因转移载体。
我们构建了慢病毒载体携带Dm-dNK,进一步我们在体外,体内试验中检测Dm-dNK的抗肿瘤特性。
研究资料与方法:
一、细胞培养
肿瘤细胞系购买于上海细胞库,正常细胞购买ATCC.细胞使用RPM1640培养基或高糖DMEM培养。培养基中含有10%的血清,双抗。培养环境为37℃,5%CO2.
二、慢病毒载体的构建及转染
根据Dm-dNK的cDNA,在其两端设计出带EcoRI和BamH的酶切位点的引物,利用聚合酶链式反应(PCR)将Dm-dNK克隆到慢病毒载体PGC-FU中,成为PGC-FU-dNK。另外,将绿色荧光蛋白基因(GFP)克隆到慢病毒载体PGC-FU中,成为PGC-FU-GFP,使得转染率能够通过荧光来观察。用Lipofectamine2000将PGC-FU-dNK质粒与两种包装质粒Phelper1.0和Phelper2.0共转染至293细胞,9-14天出现病毒空斑,应用DNA提取试剂盒提取慢病毒DNA,通过PCR验证后命名为Lenti-CMV-dNK,即CMV调控的带dNK基因的慢病毒。Lenti-GFP用于比较不同细胞系间感染率的区别。
三、Dm-dNK基因的表达及酶活性的检测
用TRIZOL方法提取纯化Bcap37,SGC-7901和WI-38,感染慢病毒Lenti-CMV-dNK后的细胞系Bcap37,SGC-7901和WI-38,使用反转录PCR试剂盒及Western blotting对目的基因的表达进行检测,
酶活性测定通过提取细胞的蛋白,用放射性[3H]标记作为底物的核苷酸药物,混合液在Whatman DE-81滤纸上反应不同时间后经液闪测量仪测定放射活性。
四、Dm-dNK基因与核苷类似物联合对癌细胞的杀伤作用
稳定转染的细胞Bcap37,SGC-7901和WI-38及未转染的对照细胞铺板,加入不同浓度的dFdC共培养5天后采用MTT法检测细胞增殖情况。
癌细胞系Bcap37,SGC-7901以及正常细胞系WI-38铺板,培养基在第二天分别替换为病毒溶液Lenti-CMV-dNK.感染3后,加入不同浓度的dFdC,浓度为0,0.001,0.01,0.1,1,和10μM,共培养3天后采用MTT法检测细胞增殖情况。
采用Annexin V.FITC双染凋亡检测试剂盒观察治疗后细胞凋亡情况及凋亡比例。各种细胞铺6孔板加入核苷类药物处理,经Annexin V.FITC和碘化丙锭双重染色后用流式细胞仪分析凋亡比例。
五、Dm-dNK基因与核苷类似物联合对裸鼠移植瘤的抑制作用
采用100-150 mm3裸鼠皮下种植肿瘤模型,6-7周龄的BALB/C裸鼠皮下注射转染Lenti-CMV-dNK的Bcap37和对照Bcap37细胞.所有治疗组动物在成瘤注射6天后腹腔给药dFdC治疗一个月。对照组动物成瘤注射6天后腹腔给PBS。治疗条件满足后,裸鼠处死剥离瘤体根据公式ab2/2测量瘤体积(a为长径)。
结果:
Dm-dNK经慢病毒转染至肿瘤细胞后呈高水平表达,并保持其激酶活性。持续磷酸化作为底物的核苷酸类似物dFdC表现出广泛底物特异性及高催化效率。
在肿瘤细胞中自杀基因和Dm-dNK联合效应杀伤肿瘤细胞的效果较空载病毒杀伤肿瘤细胞效果明显。
感染Dm-dNK的肿瘤细胞可以观察到强烈的联合杀伤效果,在动物实验中同样观察到肿瘤受抑制这一结果。
结论:
慢病毒载体携带Dm-dNK联合核苷类似物治疗体系可以作为一种新的自杀基因治疗方式,为潜在的肿瘤的靶向治疗提供有力的实验基础。