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腺病毒载体(Adenovirus,Ad)具有高效感染众多种类细胞的特点,其作为基因运输载体在人类基因治疗中被广泛应用。其中对C族5型腺病毒(Ad5)生物学和遗传学特性研究的最为深入,因此是作为肿瘤基因治疗的运载载体最为常见的。但是,Ad5感染细胞的能力取决于细胞表面的可与病毒Fiber相互作用的柯萨奇-腺病毒受体(coxsackievirusadenoviru.receptor,CAR)的丰度。对于那些缺乏CAR表达或CAR表达低的细胞,Ad5感染以及运载基因的能力很差。因此影响了腺病毒载体在肿瘤生物治疗中的效果。11型腺病毒(Ad11)属于B族腺病毒,B族腺病毒是通过fiber与细胞表面的CD46膜蛋白的结合,黏附并进入细胞。与传统的C组腺病毒载体相比,B族腺病毒有许多优点:血清中的中和抗体阳性率较低;与5型腺病毒(Ad5)无免疫交叉反应;感染细胞不依赖CAR受体,能够高效感染多种重要的干细胞及原代肿瘤细胞:肝脏毒性低,免疫副作用小等。用Adll的纤毛蛋白的knob和shaft替换传统5型腺病毒载体纤毛蛋白的knob和shaft,构建具有嵌合型纤毛蛋白的Ad5/11腺病毒。此类Ad5/11腺病毒载体继承了Ad11的感染特性,能有效转导CAR表达不足的多种重要靶细胞,尤其是对肿瘤细胞及造血干细胞、间充质干细胞等有较高的感染效率。
腺病毒的fiber是突出于腺病毒颗粒的三聚体蛋白,只要分为三个区域:tail,shaft,knob。其中shaft的长度在不同的血清型之间不同,主要由大概15个残基的重复基序决定;knob为腺病毒颗粒结合宿主细胞所必须的。Knob由AB、CD、DE、EG、GH、HI、IJ七个环组成,其中HI环是理想的配体或多肽的插入部位,首先,HI环含有许多突出于表面的疏水性氨基酸残基,因此配体与之相连后,配体在空间上的结构会很舒展,利于和受体的结合;其次,HI环很少参与knob的三聚体化;再次,在各种血清型腺病毒中,HI环的氨基酸数目和组成并不相同,且HI环不参与形成knob与细胞的结合位点。
RGD肽是一类含有精氨酸.甘氨酸,天冬氨酸(Arg-Gly-Asp)的短肽,广泛存在于生物体内,RGD肽在肿瘤治疗中的应用非常广泛:RGD肽具有直接杀伤肿瘤细胞和诱导肿瘤细胞凋亡的作用;RGD肽可用于腺病毒结构的改造,从而提高以腺病毒为载体的基因治疗对肿瘤细胞的选择性。RGD-4C即:CDCRGDCFC是RGD多肽家族的一种,可高效结合哺乳动物细胞表面的多种整合素,因此利用RGD-4C与整合素的相互作用来提高病毒对细胞的感染能力,病毒不会仅依赖于细胞膜上CAR受体的存在而进入细胞。
本研究将RGD-4C插入Ad5/11嵌合型腺病毒载体的fiber的H.loop,成功构建了由人端粒酶逆转录酶调控ElA基因、人缺氧反应元件调控ElB基因的Ad5/11嵌合型增殖腺病毒SG511-RGD-4C,和带有绿色荧光蛋白报告基因的非增殖型腺病毒AD11B-RGD-4C-EGFP。体外实验表明重组病毒SG511-RGD-4C可以在肿瘤细胞中特异性复制、增殖和杀伤。而在正常细胞中增殖较少,杀伤能力较弱。病毒感染试验结果证实,RGD-4C的插入可使病毒AD11B-RGD-4C-EGFP在肿瘤细胞和正常细胞的感染效率提高。以上试验结果表明,RGD-4C插入Ad5/11嵌合增殖型腺病毒fibe.H.loop使其成为靶向性强,生物安全性良好的溶瘤病毒,为肝癌等实体瘤的生物治疗提供了一种新的手段和工具。