CN103012597B - 用于治疗骨质疏松症和止痛的OGP-CTx融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸 - Google Patents

Abstract

用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸，它涉及一种融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸。解决目前尚无同时有效治疗骨质疏松和止痛药品的缺陷。用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。该融合蛋白核酸的序列如SEQ ID NO：1所示。本发明可用于医药领域。

Description

用于治疗骨质疏松症和止痛的OGP-CTx融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸

技术领域

本发明涉及一种融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸。

背景技术

老年人骨质疏松发病率较高，全球有2亿骨质疏松患者，并且女性多于男性。根据世界卫生组织（WHO）的标准，美国国家健康和营养调查（NHANES Ⅲ，1988~1994年）结果表明，骨质疏松严重影响老年人生活质量，50岁以上人群中，1/2的女性、1/5的男性在他们的一生中都会出现骨质疏松性骨折，一旦患者经历了第一次骨质疏松性骨折，继发性骨折的危险明显加大。中国老年人居于世界首位，现有骨质疏松症患者9000万，占总人口的7.1%。随着社会老龄化的进程，骨质疏松症的发病率呈上升趋势，预计到2050 年将增加到2.21亿，那时全世界一半以上的骨质疏松性骨折将发生在亚洲，绝大部分在中国。有学者对1995~1996年美国骨质疏松、心肌梗死、卒中和乳腺癌的年发生数进行调查显示，每年发生骨质疏松性骨折150万次，其中椎体骨折70万次，腕部骨折20万次，髋部骨折30万次，其它骨折30万次。

当骨折发生时，患者最初的感受便是疼痛。在骨折早期治疗过程中，疼痛从始至终都存在着。它不仅影响患者的治疗效果，同时也直接影响肢体的功能恢复。不同类型的骨折均存在不同程度的疼痛、功能障碍、肢体肿胀，而疼痛是首先应考虑解决的问题。因为疼痛可引起交感神经兴奋，继而反射性抑制胃肠功能，引起食欲减退；疼痛还可影响睡眠质量，引起体内多种激素的释放，产生相应的病理生理改变，使机体抵抗力下降,直接影响创伤愈合及功能恢复。因此解除骨折患者的疼痛感是治疗的重要组成部分。

如果患者服用多种药物治疗骨质疏松并止痛，容易产生药物拮抗反应；若要错开服药时间一方面要靠考虑药物的半衰期，另一方面还要考虑药物有效浓度，而且给患者造成不便。

目前缺乏一种可以同时有效治疗骨质疏松和止痛的药品。

发明内容

本发明要解决目前尚无同时有效治疗骨质疏松和止痛药品的缺陷，而提供的一种用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白及编码该融合蛋白的核酸。

本发明用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本发明上述用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸序列如SEQ ID NO：1所示。

由于骨折患者均为突然致伤，无思想准备，再加上相关知识缺乏，治疗过程长；患者因疼痛恐惧常呈被动体位，特别是老年骨折患者，往往会引起将来功能障碍，而且恢复期较长。本发明用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白可治疗骨质疏松的同时止痛，对于骨质疏松所引发骨折的患者治疗效果显著，而且由于可以明显减轻或消除患处疼痛感，患者心理负担小、康复快，愈后功能恢复期短。

本发明用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白微生物制剂，不产生拮抗反应，使用安全。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸序列如SEQ ID NO：1所示，该核酸序列由生物工程公司合成，制成含有融合蛋白的核酸的质粒载体pUC（OGP/CTx）。将pUC（OGP/CTx）载体用BamH I和EcoRⅠ双酶切出来（酶切反应体系如表1所示，酶切反应在37℃条件下反应10h，然后1.5%琼脂糖凝胶电泳，目的片段用DNA GEL EXTRACTION KIT纯化回收），并用BamHI和EcoRⅠ双酶切pGEX-6P-1（酶切反应体系如表2所示，酶切反应在37℃条件下反应10h，然后0.6%琼脂糖凝胶电泳，目的片段用DNA GEL EXTRACTION KIT纯化回收）；再将本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的DAN片段（OGP/CTx）与经过双酶切的载体pGEX-6P-1的连接（连接反应体系如表3所示）。

表1

表2

表3

融合蛋白的DAN片段与载体pGEX-6P-1 16℃放置连接过夜，得到载体pGEX-OGP/CTx；然后将载体pGEX-OGP/CTx转化到大肠杆菌BL21（DE3）中，选择阳性重组子命名为大肠杆菌BL21（DE3-OGP/CTx）。

载体pGEX-6P-1上不含有KpnⅠ酶切位点，本实施方式合成的pGEX-OGP/CTx均能为KpnⅠ单酶切开，说明本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白基因成功导入质粒pGEX-6P-1中。

随机挑取大肠杆菌BL21（DE3-OGP/CTx）菌落37℃过夜培养，提取质DNA，用KpnⅠ进行单酶切，并用相应的空白质粒pGEX-6P-1作为对照，将含有KpnⅠ酶切位点的质粒进行基因测序。测序工作委托生物公司进行，大肠杆菌BL21（DE3-OGP/CTx）内含有SEQ ID NO：1所示DNA。

将大肠杆菌BL21（DE3-OGP/CTx）置于LB培养基30℃环境条件下培养18h，然后采用GST标签融合蛋白法进行蛋白的分离纯化，本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的纯度为98.2%，融合蛋白的表达量为38.5%。

本实施方式融合蛋白（OGP-CTx融合蛋白）治疗骨质疏松实验：

取雌性SD大鼠在无菌条件下摘除双侧卵巢，12周后取存活健康大鼠32只，随机分为4组（阳性对照组1、阳性对照组2、融合蛋白实验组和阴性对照组），每组8只。另取雌性SD大鼠切除双侧一小块脂肪，12周后随机取存活健康大鼠8只作为假手术对照组。共计5组，分别口服以下药物：

假手术对照组：质量浓度为0.5% 的CMC-Na溶液，灌胃剂量为5ml/kg；

阴性对照组：质量浓度为0.5% 的CMC-Na溶液，灌胃剂量为5ml/kg；

融合蛋白实验组：质量浓度为0.5%的OGP-CTx融合蛋白溶液，灌胃剂量为5ml/kg；（获得的用于治疗骨质疏松和血栓的OGP-CTx融合蛋白用无菌水溶解）

阳性对照组1：阿仑膦酸钠(Alen)5mg/kg；

阳性对照组2：质量浓度为0.5%的OGP蛋白溶液，灌胃剂量为5ml/kg。

连续给药三个月，处死后取大鼠股骨头，浸入4%戊二醛中固定，用牙科金刚石锯将股骨头矢面锯开，取其一片，经清洗，10%次氯酸钠浸泡6h，超声清洗15min，乙醇梯度脱水，乙醚浸泡，干燥，离子溅射镀膜，SX-40扫描电镜观察，加速电压20kV。

观察骨质疏松治疗对比实验结果，实验结果见表4，结果表明融合蛋白实验组、阳性对照组1和阳性对照组2都具有治疗骨质疏松的作用，且融合蛋白实验组的效果最好。

表4　骨小梁宽度的比较和骨面积（X±SD）

组别	n	给药剂量	骨小梁宽度X±SD	骨小梁面积X±SD
					假手术对照组	8	5ml/kg	112.42±15.34	0.6910±0.0504
阴性对照组	8	5ml/kg	51.30±16.8	0.5747±0.0559
					阳性对照组1	8	5ml/kg	113.37±14.6	0.7001±0.0513
阳性对照组2	8	5ml/kg	114.34±12.6	0.6998±0.0523
					融合蛋白实验组	8	5ml/kg	120.57±15.2	0.7125±0.0445

本实施方式融合蛋白（OGP-CTx）通过静脉注射给药治疗骨质疏松效果更佳。

本实施方式融合蛋白（OGP-CTx融合蛋白）热板镇痛实验：

挑取大小相近的雌性SD大鼠70只，任意分为7组，每组10只。调节热板温度为55±0.5℃，置大鼠于热板上，测定各大鼠的正常痛反应。以大鼠舔后足或抬后足并回头为标准，痛阙时间为5~30s为正常，60s为最大值。

空白对照组给予等量生理盐水，阳性对照组1给予低剂量的吗啡(25μg/kg)，阳性对照组2给予高剂量的吗啡(125μg/kg)，阳性对照组3给予CTx（0.75μg/kg），融合蛋白低剂量组给予本实施方式OGP-CTx融合蛋白0.25μg/kg，融合蛋白中剂量组给予本实施方式OGP-CTx融合蛋白0.75μg/kg，融合蛋白高剂量组给予本实施方式OGP-CTx融合蛋白1.5μg/kg。药后0.5h、lh、2h、3h重复上述测定，记录痛觉反应时间。记录给药后不同时间的痛阙，求出各组平均值，实验结果如表5所示。实验结果说明本实施方式OGP-CTx融合蛋白具有优异的镇痛效果。

表5

本实施方式融合蛋白（OGP-CTx融合蛋白）毒性实验：

哈尔滨医科大学实验动物中心提供 SPF 级昆明小鼠。取60只6周龄、雌雄各半、体质量为18±2g的小鼠作为实验对象。采用最大耐药量给药（根据临床干扰素用量50ug/kg）。实验组注射总剂量 1mg/kg，一次性给药0.02mL。对照组小鼠注射同等剂量生理盐水。

给药过程中小鼠表现正常，进食、饮水正常、尿粪正常、毛色顺白而有光泽、活动自如、反应性好、小鼠之间无相互撕咬现象。连续饲养14天和30天，小鼠均未出现死亡。

OGP-CTx融合蛋白给药14天、30天后，处死小鼠，摘眼球取血，3000r/min，离心 5 min，吸取血清，用 Beckman 全自动生化分析仪检测主要生化指标：天冬氨酸转氨酶( AST) 、丙氨酸转氨酶( ALT)、肌酐( CREA) 、尿素氮( BUN) 、尿酸 ( URCA) 、总胆红素( TBIL) 、总胆汁酸( TBA) 。血生化指标如表6所示。

表6

OGP-CTx融合蛋白给药14天、30天后处死小鼠，取心、肝、脾、肺、肾，观察脏器颜色、形态，计算各脏器系数。根据统计学样本估计，在每组中随机抽取7只小鼠，取心、肝、脾、肺、肾 HE 染色做病理组织学检查；取骨髓组织瑞氏染色观察细胞有无水肿、变性、坏死等。主要脏器的病理观察结果如表7所示。

表7

组别

天数

心

肝

脾

肺

肾

对照组

14

3.57±0.57

32.20±2.23

4.22±0.78

2.70±0.90

7.69±0.90

实验组

14

3.50±0.74

30.70±3.19

4.47±0.78

2.91±0.62

7.68±0.85

对照组

30

3.61±0.55

32.18±2.15

4.35±0.77

2.93±0.66

7.86±0.78

实验组

30

3.55±0.86

30.72±3.30

4.28±0.61

2.94±0.62

7.86±0.72

实验组与对照组主要脏器心、肝、脾、肺、肾的 HE 染色及骨髓Wright 染色对比观察发现：各组小鼠的心、肝、脾、肺、肾和骨髓均无水肿、变性、坏死等异常改变。

本实验对心、脾、肺、肾的病理切片和骨髓涂片进行了观察，均未见明显的损伤性改变。对5种脏器的脏器系数统计学分析得出各组间差异无显著性。均说明OGP-CTx融合蛋白及其代谢产物未对脏器产生器质性损害。血生化指标检测各组间差异性无显著说明OGP-CTx融合蛋白对肝脏、肾脏无功能性损害。表明OGP-CTx融合蛋白较好的生物相容性，对小鼠无急性毒性、长期毒性。

芋螺毒素(conotoxin，CTx)是一类来源于芋螺毒液的活性多肽。通常是由10~46个氨基酸残基组成；分子量小，结构多样，富含半胱氨酸，具有高度保守的二硫键骨架，主要作用于钠、钾、钙等多种离子通道和神经递质受体，阻断或增强神经兴奋信号的传递，是迄今为止发现分子量最小的一类多肽毒素。本实施方式中设计的芋螺毒素由25个氨基酸残基组成。

成骨生长肽（OGP）是一种由14个氨基酸组成的小肽，具有促进体外成骨细胞增殖、体内成骨及刺激造血等功能，并且其氨基酸序列与组蛋白H₄的C末端完全一致，与小鼠T细胞受体β链V区部分同源，OGP能增加细胞的Ⅰ型胶原mRNA表达，增加碱性磷酸酶活性、胶原合成和钙盐沉积。对于骨折的愈合，骨质疏松症，急、慢性贫血病的预防和治疗及其在肿瘤放、化疗过程中刺激骨髓细胞造血的作用。

本实施方式融合蛋白在CTx和OGP之间插入GlyThr，改变了多肽的二级结构，但不仅没有使OGP和CTx丧失生物活性，反而提高了其生物活性。本实施方式在融合基因C-端添加Arg，可以去除C-末端酰胺化的基团。本实施方式融合蛋白在大肠杆菌内的表达量也比单一的OGP和CTx表达量高。

本实施方式融合蛋白在治疗骨质疏松和止痛方面的效果也超过单一的OGP或CTx。本实施方式融合蛋白可通过注射或者口服的方式进行给药，不存在首过效应。

二级结构的改变没有产生体内毒性，本实施方式融合蛋白具有安全性；而且二级结构的改变不影响层析和纯化，本实施方式融合蛋白具有分离纯化容易的特点。

采用基因工程方法生产发酵制备OGP-CTx融合蛋白具有生产成本低，生物活性高，免疫原性低，活性高，半衰期长的优点。

本实施方式中使用的药品、试剂、酶、感受态细胞和质粒等均购买获得，若无特殊要求则浓度为产品标注浓度。

本实施方式OGP-CTx融合蛋白除有止痛效果外，也能用于治疗焦虑症、帕金森氏病、肌肉紧张和高血压等病症；具双重效应，一方面阻断痛觉传递而具镇痛效应，另一方面抑制兴奋毒性神经递质释放，阻止神经元细胞病理性钙内流而有神经保护作用。

具体实施方式二：本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸序列如SEQ ID NO：1所示。

本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸序列由生物工程公司合成。

本实施方式用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸序中在OGP和CTx之间插入KpnⅠ酶切位点，既可以提高所编码融合蛋白的稳定性，同时也改变融合蛋白的二级结构，使其生物性能提高。

本实施方式在融合蛋白基因两侧分别加上BamHI和EcoRⅠ酶切位点，而且根据大肠杆菌偏爱密码子的特点，重新设计了融合基因编码碱基序列。

Claims (2)

1.用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白，其特征在于用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

2.编码权利要求1用于治疗骨质疏松和止痛的OGP-CTx融合蛋白的核酸，其特征在于该核酸的序列如SEQ ID NO：1所示。