利用阳离子脂质体递送STAT3 siRNA抑制肿瘤细胞生长的研究

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目的:黑色素瘤,又称恶性黑色素瘤,是由于黑色素细胞发生病变造成的一种致命性的恶性肿瘤。黑色素瘤常见于皮肤,亦见于黏膜、眼脉络膜等部位。虽然黑色素瘤相较于其他恶性肿瘤发病率较低,但其却是所有恶性肿瘤中增长速度最快的肿瘤之一。目前,采用传统治疗方式在给患者带来巨大痛苦的同时,对肿瘤的发展控制效果却收效甚微。结肠癌是常见的发生于结肠部位的消化道恶性肿瘤,常见于发生在直肠与乙状结肠交界处。结肠癌发病率排在胃肠道肿瘤的第3位,在我国已经成为了继肺癌、胃癌、肝癌的又一大常见癌症之一。传统的手术切除以及化、放疗对于结肠癌患者的生存期延长作用效果并不明显,且极易引起预后不良。基因治疗目前被认为是肿瘤免疫治疗中的一种新型有效策略。基于DNA的肿瘤免疫治疗在临床前期及临床研究中已得到广泛应用。然而,由于受到质粒载体大小和异源型的限制,以及由于目的DNA在体内的传递效率低、作用效果低且极易引发机体免疫应答从而产生细胞毒性作用危害患者身体的原因,极大的阻碍了基于DNA的肿瘤免疫治疗的大范围推广及应用。基于此,发展其他有效形式的治疗方式是基因免疫治疗的关键。随着科技的进步及研究的深入,利用脂质体搭载目的RNA,通过RNA干扰技术(RNAi)实现精确的肿瘤靶向免疫治疗已经成为了可能。RNA干扰(RNA interfering,RNAi)现象是由与靶基因序列同源的双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)引发的广泛存在于生物体内的序列特异性基因转录后的沉默过程。通过将双链的特异性的siRNA导入细胞,干扰mRNA的翻译从而抑制目的基因的表达可以有效抑制相关肿瘤的增长并诱发肿瘤细胞的凋亡。现有研究表明,信号传导与转录激活因子3(signal transduction and activators of transcription 3,STAT3)在肿瘤细胞的免疫逃逸中发挥重要作用,癌细胞的增殖由STAT基因启动,经过JAK/STAT信号转导(JAK/STAT signaling)及CDK的调节,可抑制癌细胞的自然凋亡,并且促进癌细胞的分裂繁殖。本文中,我们利用阳离子脂质体Liposome(以下简称LP)搭载鱼精蛋白(Protamine,以下简称P)复合的STAT3 siRNA(LPP-siRNA-complex)通过一系列体外实验探究其沉默抑制效果,并随后通过静脉注射的方式对患有黑色素瘤/结肠癌的小鼠进行治疗以验证其体内疗效,并取得了良好的结果。方法:我们首先对LP及LP-P-siRNA-complex进行了表征定性,检测了不同复合比例下LP-P-siRNA-complex的粒径和电位以及其负载siRNA的能力,并最终确定了实验中所用的LP-P-siRNA-complex复合比。随后在体外,我们利用LP-P-siRNA-complex转染了B16、CT26细胞并进行了对复合体的转染效率测定并利用CCK-8法对LP、P以及LPP复合材料的毒性进行了检测。此外我们还进行了复合体转染过后B16细胞和CT26细胞的凋亡、平板克隆、STAT3mRNA转录水平检测及STAT3蛋白表达水平变化的测定。在体内实验部分,我们首先构建了B16小鼠肿瘤模型,并利用LP-P-siRNA-complex通过静脉递送的方式对小鼠进行了治疗。治疗期间,对包括治疗小鼠组在内的实验小鼠进行了体重监测并在治疗周期结束后对小鼠肿瘤大小进行拍照,随后处死实验小鼠并对心、肝、脾、肺、肾进行了HE染色以探究复合体材料的安全性。结果:粒径电位检测结果显示,当LP的浓度为1mg/ml时,其粒径为36.12±2.98nm,电位为42.8±1.2mv。凝胶阻滞(EMSA)结果显示在LP:P:siRNA质量比为1:2:1的时候,LPP可以完全阻滞siRNA。将1mg/ml的LP与P以及Scramble siRNA按照1:2:1的质量比例进行定量后得到复合体,其粒径及电位分别为43.82±0.82nm及28.7±1.5mv。转染效率检测实验结果显示,在使用LPP递送Cy3转染B16细胞24h后,其转染效率达68.76%,远高于对照组(P<0.0001)。在转染CT26细胞时,转染效率可以达到81%左右,也具有较高的转染效率,与对照组相比同样具有极显著统计学差异(P<0.0001)。LPP在B16及CT26细胞中均未表现出明显的细胞毒性,证明了实验过程中,肿瘤细胞的凋亡的确是由于STAT3 siRNA发挥了重要作用。利用LPP递送STAT3 siRNA对B16及CT26细胞进行转染后,qPCR结果显示STAT3 mRNA的转录水平显著下调(P<0.05),Western blot结果显示STAT3蛋白表达量降低。在利用LPP递送STAT3 siRNA对两种细胞进行转染后,实验组的细胞克隆形成率均存在明显的降低,结果存在极显著的统计学差异性(P<0.001)。此外,凋亡实验检测结果显示,LPP可以显著性抑制B16及CT26细胞的增殖(P<0.01)。体内实验结果表明,患有黑色素瘤的小鼠在经过LPP/siSTAT3复合体治疗后,体重较对照组明显减轻,肿瘤显著减小,且心肝脾肺肾的H&E染色未显示出复合体明显的体内毒性。结论:实验数据表明,LP-P-STAT3 siRNA-complex表现出了良好的靶向治疗性及优秀的递送效率,且LPP-STAT3 siRNA-complex稳定性良好,毒性低;LPP-STAT3 siRNA-complex递送至肿瘤后能够有效促进肿瘤细胞凋亡;静脉注射治疗中LPP-STAT3 siRNA-complex也表现出良好的抗肿瘤效果且能有效抑制肿瘤生长。
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