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目的:近年来,糖尿病以及相关的代谢性疾病的患病率和发病率逐年上升,已成为全球性健康问题,但是医疗领域仍然缺少有效且安全的治疗手段。成纤维细胞生长因子19(fibroblastgrowthfactor19,FGF19)是FGF家族蛋白中较为特殊的成员。作为内分泌亚家族成员,FGF19在葡萄糖、胆汁酸和能量代谢中发挥着重要的调控作用。然而长期注射FGF19或者慢病毒过表达FGF19可能诱发肝脏肿瘤形成,这制约了FGF19进一步的临床转化。本文从FGF19信号传导特征以及结构层面出发,通过设计肝素结合位点敲除的FGF19△HBS,以削弱其下游信号强度,从而分离了FGF19的代谢活性和促肿瘤活性,得到安全有效的FGF19类似物。
方法:(1)FGF19?HBS和FGF19WT的表达以及纯化。将构建的FGF19?HBS重组表达质粒转化到感受态细胞BL21(DE3)中,在37℃培养至OD600达到0.8-1.0;加入1mM异丙基-L-硫代-β-吡喃葡萄糖苷(IPTG),诱导大肠杆菌表达约4h;用9000rpm高速离心机收集所有菌体,超声破碎细菌;超高速离心收集沉淀后,经变性和蛋白复性恢复目的蛋白的正确构象;通过Ni柱亲和色谱柱和分子排阻色谱纯化得到纯度较高的目的蛋白(纯度大于98%)。(2)通过表面离子体共振(Surfaceplasmonresonance,SPR)测试对比FGF19WT和FGF19?HBS的受体(FGFR)及肝素(heparin)的亲和性。(3)利用邻位连接技术(PLA)对比FGF19WT和FGF19?HBS诱导受体二聚化程度的差异;以大鼠肝癌细胞系H4IIE为实验对象,利用蛋白免疫印迹对比两者激活下游信号强度的差异;进一步,以正常C57BL/6J小鼠为模型,单次给药2小时后取肝脏,通过蛋白免疫印迹的方法检测FGF19WT和FGF19?HBS在体内激活下游信号强弱。(4)以db/db小鼠为动物模型,对比生理盐水、FGF19WT和FGF19?HBS的慢性降血糖效果,并在慢性给药1个月对比FGF19WT和FGF19?HBS对db/db小鼠的糖耐量的改善作用;单次给予C57BL/6J小鼠以生理盐水、FGF19WT和FGF19?HBS,给药4小时后取肝脏,通过实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)检测胆汁酸合成的关键酶(CYP7A1)的mRNA水平;以db/db小鼠为模型,长期给药1个月后,利用HPLC-MS/MS的方法分析肝脏内主要胆汁酸的水平。(5)通过免疫印迹和免疫组化分析各组慢性给药后db/db小鼠肝脏中PCNA和Ki67蛋白水平以及CCNA2、AFP以及EGFR的mRNA水平的差异,对比FGF19WT和FGF19?HBS两者诱导肝细胞增殖活性。(6)腺相关病毒(AAV)高表达FGF19WT和FGF19?HBS对db/db小鼠糖代谢和糖耐量的改善作用,并分析肝脏肿瘤以及肝脏中PCNA、ki67和谷氨酰胺合成酶(GS)三个与肝脏增殖和肿瘤形成密切相关的指标。
结果:通过体外试验,我们证明相比于FGF19WT,FGF19?HBS和heparin结合能力降低,从而导致FGFR二聚化程度下降、下游信号减弱。通过动物试验我们发现,相比于FGF19WT,FGF19?HBS能够在保留葡萄糖和胆汁酸代谢调节的同时,其促增殖活性明显下降。通过AAV小鼠试验,我们进一步证明了FGF19?HBS确实是一种保留代谢活性而去除肿瘤毒性的FGF19类药物。
方法:(1)FGF19?HBS和FGF19WT的表达以及纯化。将构建的FGF19?HBS重组表达质粒转化到感受态细胞BL21(DE3)中,在37℃培养至OD600达到0.8-1.0;加入1mM异丙基-L-硫代-β-吡喃葡萄糖苷(IPTG),诱导大肠杆菌表达约4h;用9000rpm高速离心机收集所有菌体,超声破碎细菌;超高速离心收集沉淀后,经变性和蛋白复性恢复目的蛋白的正确构象;通过Ni柱亲和色谱柱和分子排阻色谱纯化得到纯度较高的目的蛋白(纯度大于98%)。(2)通过表面离子体共振(Surfaceplasmonresonance,SPR)测试对比FGF19WT和FGF19?HBS的受体(FGFR)及肝素(heparin)的亲和性。(3)利用邻位连接技术(PLA)对比FGF19WT和FGF19?HBS诱导受体二聚化程度的差异;以大鼠肝癌细胞系H4IIE为实验对象,利用蛋白免疫印迹对比两者激活下游信号强度的差异;进一步,以正常C57BL/6J小鼠为模型,单次给药2小时后取肝脏,通过蛋白免疫印迹的方法检测FGF19WT和FGF19?HBS在体内激活下游信号强弱。(4)以db/db小鼠为动物模型,对比生理盐水、FGF19WT和FGF19?HBS的慢性降血糖效果,并在慢性给药1个月对比FGF19WT和FGF19?HBS对db/db小鼠的糖耐量的改善作用;单次给予C57BL/6J小鼠以生理盐水、FGF19WT和FGF19?HBS,给药4小时后取肝脏,通过实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)检测胆汁酸合成的关键酶(CYP7A1)的mRNA水平;以db/db小鼠为模型,长期给药1个月后,利用HPLC-MS/MS的方法分析肝脏内主要胆汁酸的水平。(5)通过免疫印迹和免疫组化分析各组慢性给药后db/db小鼠肝脏中PCNA和Ki67蛋白水平以及CCNA2、AFP以及EGFR的mRNA水平的差异,对比FGF19WT和FGF19?HBS两者诱导肝细胞增殖活性。(6)腺相关病毒(AAV)高表达FGF19WT和FGF19?HBS对db/db小鼠糖代谢和糖耐量的改善作用,并分析肝脏肿瘤以及肝脏中PCNA、ki67和谷氨酰胺合成酶(GS)三个与肝脏增殖和肿瘤形成密切相关的指标。
结果:通过体外试验,我们证明相比于FGF19WT,FGF19?HBS和heparin结合能力降低,从而导致FGFR二聚化程度下降、下游信号减弱。通过动物试验我们发现,相比于FGF19WT,FGF19?HBS能够在保留葡萄糖和胆汁酸代谢调节的同时,其促增殖活性明显下降。通过AAV小鼠试验,我们进一步证明了FGF19?HBS确实是一种保留代谢活性而去除肿瘤毒性的FGF19类药物。