CN103251942B - 叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物及其制备法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物，为FA-Ad5-TRAIL，FA是叶酸，Ad5-TRAIL为用于肿瘤治疗的腺病毒Ad5-TRAIL，叶酸分子通过酯键与腺病毒Ad5-TRAIL的衣壳蛋白表面连接。本发明还同时提供了上述叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物的制备方法，FA在N,Nˊ-二环己基碳二亚胺的催化下与N-羟基琥珀酰亚胺反应生成活化后的叶酸FA-NHS；活化后的叶酸FA-NHS与腺病毒Ad5-TRAIL在缓冲溶液中搅拌反应，从而生成FA-Ad5-TRAIL。本发明提高了腺病毒的靶向性，增加腺病毒对肿瘤的杀伤作用。<!--1-->

Description

叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物及其制备法

技术领域

本发明涉及一种叶酸与腺病毒的复合物：叶酸-腺病毒（FA-Ad5-TRAIL）。

背景技术

腺病毒是一种无被膜的二十面体的病毒，约有50余种血清型，目前的研究比较集中在血清型2和血清型5上。其衣壳蛋白由240个六邻体、12个五邻体组成，介导腺病毒与受体细胞的接触和进入。其基因组为一个长约36Kb的双链DNA分子，由早期转录单位(E1A，E1B，E2，E3，E4)、主要晚期转录单位(L1-L5)、包装信号及两端的末端反向重复(invertedterminalrepeat，ITR)序列组成，调节病毒的转录和病毒蛋白的形成。腺病毒进入宿主细胞进行复制分为4个阶段：感染，早期事件，晚期事件和包装。腺病毒感染细胞的第一步是通过纤维蛋白与细胞表面的柯萨奇病毒和腺病毒受体(cosakieandadenovirusreceptor，CAR)结合。腺病毒粘附后，五邻体蛋白上的精氨酸-谷氨酸-天门冬氨酸(arginine-glycine.aspaarticacid，简称RGD)与细胞表面的整合素(intergrin)αVβ3和αVβ5结合并相互作用使病毒进入细胞。腺病毒一旦进入胞浆，经外壳蛋白上的核定位信号入核，进行转录单位的表达。

trail基因（肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体）作为TNF超家族成员由Wiley等在1995年根据TNF家族成员的同源性序列克隆并命名。已知trail的受体有五种：trail-RI/DR4、trail-R2/DR5、trail-R3/DcR1和trail-R4/DcR2以及OPG。其中trail-Rl/R4和trail-R2/R5包含细胞质的死亡区域及凋亡信号，而另两个诱骗受体trail-R3/DcR1和trail-R4/DcR2则缺少功能性死亡区域且不能介导凋亡。诱骗受体DcR1和DcR2在正常组织中有广泛的表达，而在肿瘤细胞系或新鲜分离的肿瘤组织中却未见表达，同时很多肿瘤细胞优先表达DR4和DR5。因此，正常细胞由于有诱骗受体与DcR4和DcR5竞争性结合trail而逃逸trail的杀伤，肿瘤组织则由于缺乏诱骗受体的保护而易被trail杀伤。trail能够特异性地诱导转化细胞、肿瘤细胞和病毒感染细胞，而对正常组织细胞没有杀伤作用，这是它不同于其它凋亡诱导分子的一个显著特征。正是这一特征，使其具有潜在的靶向抗癌前景。

目前，腺病毒载体的应用在肿瘤的临床基因治疗中占有很大地比例，作为一种高效侵染的基因载体，并不会把自身的基因组插入宿主染色体中，宿主细胞范围广泛而且经过基因敲除的腺病毒缺少相应的应答能力，大大降低其免疫毒性。作为载体常用的2型和5型腺病毒，其天然形式对细胞的感染是由纤维蛋白与细胞表面的CAR结合而介导的，腺病毒对组织的感染主要取决于CAR的表达水平。在人体中，CAR广泛表达于各种上皮组织，而在许多肿瘤组织中存在CAR不同程度的下调或缺失。因此，系统应用的腺病毒往往被截留在正常上皮细胞，尤其是肝细胞中，而感染肿瘤细胞的病毒量则明显减少，这样大大降低了Ad载体的转染效率。此外，为维持目的基因长时间表达，往往采用重复注射手段，引起宿主强烈地免疫性反应，诱发机体毒性。这些不利因素大大限制了Ad载体在临床上的运用和发展。另外，腺病毒的感染谱很广，它可感染包括肺细胞，肝细胞、骨细胞、血管、肌肉、脑、中枢神经系统等在内的各类分裂细胞和非分裂细胞。要想实现有效的抗肿瘤基因治疗，就必须构建肿瘤靶向性腺病毒载体，通过病毒对肿瘤细胞的靶向感染来实现对目的基因的靶向转移，这样不仅可以增加向靶组织的基因转移，同时也避免了病毒在非靶组织的截留，从而提高疗效，避免对全身系统和非靶向器官的毒性作用，降低免疫反应。

为了克服上述限制因素，研究者设计很多策略用于改变Ad载体在体内的趋向性，增强其靶向性，主要基于改造Ad衣壳蛋白的活性位点，最常用的方法有基因工程改造法，物理修饰法和化学修饰法。其中，（1）对衣壳蛋白的基因修饰主要是：一个是遗传方法，就是对腺病毒外壳蛋白进行基因修饰以去除与天然受体的相互作用，同时装入新的靶向性配体以获得新的靶向性；一个是双组分法，即将一个双特异性分子结合到腺病毒上，通过这一双特异性分子阻断自然的受体结合，同时重新使腺病毒结合到肿瘤特异性受体上。（2）对衣壳蛋白的物理修饰主要是：利用Ad表面电荷和疏水性以及分子识别的相互作用来改变Ad的趋向性。（3）与用基因工程修饰Ad衣壳蛋白相比，其化学修饰方法更加简单易行，效果显著，不仅可改变Ad载体的趋向性，还可改变其理化性质和代谢动力学如粒径，ζ-电位的改变以及在血液中的清除率。Ad衣壳蛋白上拥有～1800个自由赖氨酸，主要分布在五邻体，六邻体和纤维蛋白上。这些自由的赖氨酸为共价偶联一些大分提供了许多活性位点，如聚合物，多糖，生物素，荧光基团，金属纳米颗粒和量子点等。

1999年，O'Riordan等首次报道了PEG通过共价结合方式修饰腺病毒载体来降低其免疫性。经过修饰的腺病毒保持了病毒颗粒的完整性，同时覆盖了病毒载体的免疫结合位点，PEG而自身又无免疫原性，因此载体的免疫原性得到了有效的降低。体外实验表明，PEG修饰后的载体对CAR阳性的细胞的转染量下降了约99%，证实PEG修饰能有效阻断载体与细胞CAR结合[7]。PEG有效地阻断CAR受体与腺病毒的结合，这就需要引入新的靶向结构来解决靶向性的问题。Ji等利用肿瘤细胞表皮生长因子受体（EGFR）较多的特点，以表皮生长因子（EGF）作为靶向材料，连接在PEG修饰的载体上。与不含EGF的载体相比，表达效率明显提升。经过EGF修饰的载体在含有EGFR细胞中的转染量比在不含EGFR细胞中转染量可高出约6倍，表现出了很好的靶向性。利用肿瘤细胞表面叶酸受体过表达这一特点，用用小分子叶酸为靶配体，连接在PEG修饰后的腺病毒载体末端，不仅降低了载体免疫原性，靶向性也显著提高。

目前对腺病毒载体衣壳蛋白质进行修饰的方法主要有两类。第一类是化学方法，如采用低毒性的聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)等生物化学试剂包裹腺病毒，改变其天然嗜性，介导腺病毒高效靶向。第二类是通过分子生物学手段进行的遗传学修饰，即在腺病毒载体衣壳蛋白质结构中的纤维蛋白、六邻体蛋白、pIX等的DNA序列中嵌入外源小肽的DNA片段，使外源小肽与衣壳蛋白质融合表达于病毒颗粒表面；这些外源小肽可以提高腺病毒对细胞的靶向性及感染效率。

近年来叶酸靶向性药物的研究得到广泛性开拓。叶酸进入细胞主要是由高亲和力的糖蛋白受体即叶酸受体(folatereceptor，FR)介导内吞和内化作用。在正常细胞和组织，叶酸受体表达量很低，而在一些恶性肿瘤中细胞异常的分裂和生长，导致对叶酸需求量大大地增加。研究表明，FR在一些肿瘤，如肝癌，肺癌，卵巢癌、肾癌、子宫癌、睾丸癌、脑瘤、结肠癌等高水平表达，这样FA可作为肿瘤的监测、影像及治疗的靶向性配体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能增加腺病毒对肿瘤的杀伤作用的叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物，为FA-Ad5-TRAIL，FA是叶酸，Ad5-TRAIL为用于肿瘤治疗的腺病毒Ad5-TRAIL，叶酸分子通过酯键与腺病毒Ad5-TRAIL的衣壳蛋白表面连接。

作为本发明的叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物的改进，其结构式为：

本发明还同时提供了上述叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物的制备方法：FA在N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC）的催化下与N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）反应生成活化后的叶酸FA-NHS，活化后的叶酸FA-NHS与腺病毒Ad5-TRAIL在缓冲溶液中搅拌反应，使活化后的叶酸FA-NHS与腺病毒Ad5-TRAIL衣壳蛋白的氨基反应构成叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物，即FA-Ad5-TRAIL。

作为本发明的叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物的制备方法的改进，包括以下步骤：

1）、称取叶酸（FA）溶于无水二甲基亚砜（DMSO）中，加入N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），叶酸（FA）：N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC）：N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）=1：1.1～1.3：1.8～2.2（较佳为1：1.2：2）的摩尔比，避光40～50℃（较佳45℃）搅拌10～14小时（较佳为12小时）；

反应结束，离心；所得的上清用丙酮萃取活化的叶酸（FA），离心，所得的沉淀为活化的叶酸FA-NHS；

2）、将活化的叶酸FA-NHS溶于Tris缓冲液中，并加入Ad5-TRAIL的Tris溶液，叶酸（FA）:Ad5-TRAIL的摩尔比=10⁹:0.95～1.05（较佳为10⁹:1）；3～5℃搅拌2.5～3.5h，将反应液经G50纯化，得到纯化的FA-Ad5-TRAIL。

在本发明中，腺病毒是C亚型的血清型腺病毒，C亚型的血清型腺病毒为Ad₅型血清型腺病毒Ad5-TRAIL。

本发明所采用的技术方案是，FA在N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC）的催化下与NHS反应生成活化后的叶酸FA-NHS，在与适当的腺病毒在缓冲溶液中搅拌反应使活化后的叶酸与腺病毒衣壳蛋白的氨基反应构成叶酸-腺病毒复合物。通过紫外分光光度计在叶酸的特征吸收峰确定叶酸与腺病毒的结合数，通过FA-Ad5-EGFP和FA-Ad5-TRAIL复合物对叶酸受体高表达，柯萨奇腺病毒受体低表达的肝癌细胞Bel-7404，叶酸受体低表达，柯萨奇腺病毒受体高表达的肺癌细胞A549的荧光强度的比较和抑制率的测定确定该复合物对肿瘤细胞的靶向性的改变。

本发明的复合物与天然腺病毒比较，复合物靶向性明显得到提高。

本发明的复合物与衣壳蛋白未经修饰的腺病毒比较，由于叶酸修饰腺病毒并形成复合物后，使得该复合物中腺病毒对肿瘤细胞靶向性明显得到提高，因而增强了腺病毒的抗肿瘤基因治疗效果。

本发明的FA-Ad5-TRAIL实际使用方式可参照腺病毒Ad5-TRAIL。

综上所述，本发明为了提高腺病毒靶向性，增加腺病毒对肿瘤的杀伤作用，本发明中将叶酸的羧基与腺病毒衣壳蛋白上赖氨酸中游离的氨基反应形成酰胺键构成叶酸-腺病毒（FA-Ad5-TRAIL）的复合物。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1FA-Ad5-EGFP，Ad5-EGFP在人肝癌细胞Bel-7404和人肺癌细胞A549中荧光显微镜下荧光强度比较图；

结果显示经叶酸修饰后的腺病毒Ad5-EGFP在叶酸受体高表达，柯萨奇腺病毒受体低表达的人肝癌细胞Bel-7404中荧光强度有明显的提高，而在叶酸受体低表达，柯萨奇腺病毒受体高表达的人肺癌细胞A549的荧光强度没有明显的改变。

图2FA-Ad5-EGFP，Ad5-EGFP在人肝癌细胞Bel-7404和人肺癌细胞A549中荧光蛋白的相对表达量，结果显示经叶酸修饰后的腺病毒Ad5-EGFP在叶酸受体高表达，柯萨奇腺病毒受体低表达的人肝癌细胞Bel-7404中荧光蛋白EGFP的表达量有明显的提高，而在叶酸受体低表达，柯萨奇腺病毒受体高表达的人肺癌细胞A549的荧光蛋白EGFP的表达量没有明显的改变。

图3MTT法测定FA-Ad5-TRAIL对人肝癌细胞Bel-7404的抑制率，结果显示经过叶酸修饰的腺病毒Ad5-TRAIL对人肝癌细胞Bel-7404的杀伤作用明显提高。

图4MTT法测定FA-Ad5-TRAIL对人肺癌细胞A549的抑制率，结果显示经过叶酸修饰的腺病毒Ad5-TRAIL对人肺癌细胞A549的抑制率没用明显的改变。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，发明中涉及的材料不受本实施例的方案限制。

实施例1叶酸的活化

称取22mg叶酸（FA）溶于2.5ml无水DMSO（二甲基亚砜）中，加入DCC（N,N′-二环己基碳二亚胺）和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺），FA:DCC:NHS=1：1.2：2的摩尔比，避光45℃搅拌过夜（即12小时），反应结束，离心（2500rmp，30min），沉淀为副产物DCU（二环己基脲），将该副产物DCU作去除处理。取上清用上清四倍体积的丙酮萃取活化的FA（约13～15mg），离心（2500rmp，30min）；除去上清，将沉淀挥发丙酮（温度不超过45℃），直至恒重。获得约15mg的暗红色固体---活化的叶酸FA-NHS。

实施例2FA-Ad5-TRAIL和FA-Ad5-EGFP的制备

1）、FA-Ad5-TRAIL的制备

将活化后的FA-NHS5mg溶于2mLTris缓冲液（10mM，pH8.0），并加入1mL含2×10⁸pfu/mL的Ad5-TRAIL的Tris溶液（即，以Tris缓冲液为溶剂，10mM，pH8.0）；从而使摩尔比FA:Ad5-TRAIL=10⁹:1。4℃搅拌3h，将反应液经G50纯化，纯化内容具体为：以SephadexG-25凝胶层析，缓冲溶液为PBS（10mM，pH8.0），流速为1ml/min，用5个柱体积的PBS溶液平衡层析柱后，反应液上样，上样后，持续加入PBS，保持流速为1ml/min，直至黄色的样品溶液完全通过G-50柱子。以260nm和300nm波长紫外光检测所得产物，根据凝胶过滤层析的原理去除没有共价偶联的FA片段，即，收集260nm和300nm处均有峰值的洗脱液，得到纯化的FA-Ad5-TRAIL2ml。-20℃储存备用。

2）、FA-Ad5-EGFP的制备：

将步骤1）中的“1mL含2×10⁸pfu/mL的Ad5-TRAIL的Tris溶液（即，以Tris缓冲液为溶剂）”改成“1mL含2×10⁸pfu/mLAd5-EGFP的Tris溶液”，其余同步骤1）；得FA-Ad5-EGFP2ml。

FA-Ad5-TRAIL和FA-Ad5-EGFP的结构式相同，如下：

实施例3叶酸FA与腺病毒Ad衣壳蛋白的共价结合分子数

制作叶酸单体的标准吸收曲线，通过计算未反应HCPT回收率方法来确定叶酸FA与腺病毒Ad衣壳蛋白上氨基的共价结合分子数（n=4），未结合的叶酸分子数根据回归方程的标准曲线来计算。在以上实验中，用甲醇作为空白。叶酸反应量依据其在300nm的紫外吸收值来计算。依据FA在300nm(甲醇溶液)紫外吸收值所建立的标准曲线回归方程：Y（OD)=0.0324(μg/mL)+0.1579(R²=0.9996)，其线性范围在0.079～48.61μg/mL，计算洗脱液中FA含量。用最初参加反应FA的量减去纯化过柱洗脱液中FA含量，得到FA与Ad共价偶联的量，将其转化摩尔数，根据阿伏伽德罗常数（6.02×10²³）转化成与Ad衣壳蛋白氨基共价偶联的分子数。计算得到FA与Ad共价偶联的分子数是459±24,(n=5)。

实施例4FA-Ad5-EGFP，Ad5-EGFP在人肝癌细胞Bel-7404和人肺癌细胞A549荧光蛋白的表达量检测

在24孔板中加入200μL用DMEM培养基培养的人肝癌细胞Bel-7404、人肺癌细胞A549（4×10⁵cells/well）。其中，每种细胞各分成三组，每组设置3个以上的复孔；每种细胞的三组分别为空白组（后续不加任何病毒处理），对照组（后续须加入腺病毒Ad5-EGFP组）和实验组（后续须加入叶酸-腺病毒FA-Ad5-EGFP）。在37℃，二氧化碳浓度为5%的二氧化碳培养箱中培养24h后，将原培养基替换为含10%胎牛血清（FBS）的无叶酸RPMI1640培养基（即无叶酸RPMI1640培养基与FBS按照9:1的体积比混合），按照上述分组要求，分别在对应的细胞中加入1.2×10⁶pts的Ad5-EGFP或FA-Ad5-EGFP。继续在上述的二氧化碳培养箱中培养48h后，在荧光显微镜下观察各细胞的亮度，每孔加入1%Triton-X100裂解细胞，14000rpm离心，取上清在荧光光度计中检测EGFP相对表达量，其中激发光为488nm，发射光为520nm。

结果如图1和图2所述，表明：

经叶酸修饰后的腺病毒Ad5-EGFP在叶酸受体高表达、柯萨奇腺病毒受体低表达的人肝癌细胞Bel-7404中荧光强度和荧光蛋白EGFP的表达量有明显的提高；而在叶酸受体低表达、柯萨奇腺病毒受体高表达的人肺癌细胞A549的荧光强度和荧光蛋白EGFP的表达量没有明显的改变。

备注说明：Ad5-EGFP是可以在感染细胞后表达荧光蛋白的腺病毒，对肿瘤细胞杀伤作用不强，但可以起到标记的作用，该腺病毒经叶酸修饰后，靶向性提高，荧光强度随之提高，说明该腺病毒在该细胞中感染效率较高。

而Ad5-TRAIL是带有TRAIL基因的腺病毒，对肿瘤细胞的杀伤作用较强，杀伤作用因为腺病毒叶酸修饰后，靶向性提高，对细胞杀伤作用提高。

实施例5FA-Ad5-TRAIL对人肝癌细胞Bel-7404和人肺癌细胞A549抑制率的MTT检测

FA-Ad5-TRAIL的细胞生存率即MTT实验，选用的靶细胞为人肝癌细胞Bel-7404和人肺癌细胞A549。

具体步骤如下：将96孔板的孔中加入200μL用DMEM培养基培养的人肝癌细胞Bel-7404、人肺癌细胞A549（5.0×10³cells/well），并在37℃，二氧化碳浓度为5%的二氧化碳培养箱中培养24h后，用10%的无叶酸RPMI1640培养基替换原培养基，然后用腺病毒（Ad5-TRAIL）在m.o.i.值为160，80，40，20，10为对照组；叶酸-腺病毒（FA-Ad5-TRAIL）在m.o.i.值为160，80，40，20，10为实验组。每个m.o.i值重复6孔。即，空白组为未加入腺病毒或叶酸的细胞孔，对照组为加入腺病毒Ad5-TRAIL的细胞孔，实验组为加入叶酸-腺病毒FA-Ad5-TRAIL的细胞孔。感染48小时h后，用pH7.0的PBS小心洗3次，随后，改用含180μL新鲜DMEM和20μL的MTT溶液（5mg/mL）的培养液继续培养4h。最后，将孔中的培养基倒出，每孔加入150μL的DMSO，并室温下轻轻振摇。每个孔中的溶液用酶标仪在570nm测定每孔中溶液的吸光值。各组的细胞相对存活率（实验组、对照组相对于空白组）可通过如下公式进行计算得到：ViableRate(%)=(ODtreated/ODcontrol)×100%。其中ODtreated表示实验组样品吸光值，而ODcontrol表示空白组的吸光值。

结果如图3和图4所述，实验结果显示叶酸修饰的腺病毒对叶酸受体高表达，柯萨奇腺病毒受体低表达的人肝癌细胞Bel-7404的杀伤作用明显提高而在叶酸受体低表达，而对柯萨奇腺病毒受体高表达的人肺癌细胞A549的杀伤作用没有明显的改变。

表明：经过叶酸修饰的腺病毒对细胞的杀伤作用虽叶酸受体表达量呈正相关，随着受体的高表达，杀伤作用越明显，具有叶酸受体的趋向性，并且对细胞的杀伤作用有所提高，在相同的杀伤作用下，减少了腺病毒的用量，进而可以预料其副作用也会减少。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物，其特征是：为FA-Ad5-TRAIL，FA是叶酸，Ad5-TRAIL为用于肿瘤治疗的腺病毒Ad5-TRAIL，叶酸分子通过酰胺键与腺病毒Ad5-TRAIL的衣壳蛋白表面连接；

其结构式为：

；

所述叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物的制备方法为：

FA在N,N'-二环己基碳二亚胺的催化下与N-羟基琥珀酰亚胺反应生成活化后的叶酸FA-NHS；活化后的叶酸FA-NHS与腺病毒Ad5-TRAIL在缓冲溶液中搅拌反应，使活化后的叶酸FA-NHS与腺病毒Ad5-TRAIL衣壳蛋白的氨基反应构成叶酸-腺病毒肿瘤靶向性复合物，即FA-Ad5-TRAIL；

具体包括以下步骤：

1）、称取叶酸溶于无水二甲基亚砜中，加入N,N'-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，叶酸：N,N'-二环己基碳二亚胺：N-羟基琥珀酰亚胺=1：1.1~1.3：1.8~2.2的摩尔比，避光40~50℃搅拌10~14小时；

反应结束，离心；所得的上清用丙酮萃取活化的叶酸，离心，所得的沉淀为活化的叶酸FA-NHS；

2）、将活化的叶酸FA-NHS溶于Tris缓冲液中，并加入Ad5-TRAIL的Tris溶液，叶酸:Ad5-TRAIL的摩尔比=10⁹:0.95~1.05；3~5℃搅拌2.5~3.5h，将反应液经G50纯化，得到纯化的FA-Ad5-TRAIL。