CN105816886A - AMPKα1基因及其表达产物在治疗结直肠癌中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了AMPKα1基因及其表达产物在治疗结直肠癌中的应用。在此基础上,本发明还提供了一种靶向AMPKα1基因的新型基因载体及其对干扰基因片段的包裹方法,所得产物可特异性的沉默抑制AMPKα1基因的表达,实现抑制结直肠癌复发转移、治疗结直肠癌的目的。本发明的技术是一种针对结直肠癌的基因治疗方法,相比传统的结直肠癌的治疗方法,使用基因技术来预防结直肠癌的复发转移具有特异性和灵敏性,从而使患者在疾病早、中期就能得到有效的复发转移风险预测,针对风险高低,采取相应的预防和治疗措施。同时,对于晚期结直肠癌患者采用相应的治疗措施,延缓疾病的发展,延长生存期。

Description

AMPKα1基因及其表达产物在治疗结直肠癌中的应用
技术领域
本发明属于基因治疗技术领域。更具体地,涉及AMPKα1基因及其表达产物在治疗结直肠癌中的应用。
背景技术
结直肠癌是常见的恶性肿瘤,早期症状不明显,随着癌肿的增大而表现排便习惯改变、便血、腹泻、腹泻与便秘交替、局部腹痛等症状,晚期则表现贫血、体重减轻、各器官功能障碍等全身症状。在全球其发病率和死亡率在所有恶性肿瘤中分别位于第三位和第五位。我国结直肠癌发病率逐年升高,严重影响人民健康和生命。
随着结直肠癌筛查工作的进步,虽然越来越多的结直肠患者在早中期被确诊,尽管通过手术切除、放化疗可使大部分早期和一半中期结直肠癌患者治愈,其余患者仍会在治疗后出现复发、转移。
因此,在疾病早、中期,预测疾病复发转移风险和预防癌症复发转移是提高结直肠癌根治率的关键。另外,究竟是何种内在因素影响了同期结直肠癌患者的预后?要提高结直肠癌患者的治疗效果,依赖于基础研究的进展,明确影响疾病转归的机制,找到复发和转移的预测、预后指标及新型药物靶点的研究,是研究工作的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有结直肠癌治疗技术的缺陷和不足,提供人AMPKα1基因及其表达产物在治疗结直肠癌中的应用,并在此基础上,提供一种靶向人AMPKα1基因的干扰核酸载体及其包裹方法,能够特异性地沉默抑制AMPKα1基因的表达,从而达到治疗结直肠癌的目的。本发明提供的是一种可用于预测、预防和治疗结直肠癌的基因技术,该技术是一种针对结直肠癌的基因治疗方法,相比传统的结直肠癌的治疗方法,使用基因技术来预防结直肠癌的复发转移具有特异性和灵敏性,从而使患者在疾病早、中期就能得到有效的复发转移风险预测,针对风险高低,采取相应的预防和治疗措施。同时,对于晚期结直肠癌患者采用相应的治疗措施,延缓疾病的发展,延长生存期。
本发明的目的是提供AMPKα1基因及其表达产物在结直肠癌复发转移的预测和/或防治中的应用。
本发明另一目的是提供一种靶向人AMPKα1基因的siRNA。
本发明再一目的是提供所述靶向人AMPKα1基因的siRNA在制备结直肠癌的诊断试剂,以及在制备结直肠癌的治疗药物方面的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现:
本发明提供了AMPKα1基因在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
进一步地,包括AMPKα1基因表达产物在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
另外,还包括AMPKα1基因抑制剂或AMPKα1基因表达产物抑制剂在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
优选地,上述AMPKα1基因是指人AMPKα1基因。
进一步地,上述预防结直肠癌是指预测和防止早、中期结直肠癌的复发转移。
上述治疗结直肠癌是指治疗和阻止早、中期结直肠癌的复发转移和治疗晚期结直肠癌。
具体地,上述的预测结直肠癌复发转移的制剂可以包括:通过RT-PCR、实时定量PCR、免疫检测、原位杂交或芯片技术预测AMPKα1基因及其表达产物的表达水平以预测结直肠癌复发转移风险的产品。
一种具有预防结直肠癌复发转移和/或治疗结直肠癌功能的药物,包括AMPKα1基因的抑制剂和/或AMPKα1基因表达产物的抑制剂。所述抑制剂包括抑制AMPKα1基因表达的物质、抑制AMPKα1基因表达产物稳定性的物质、和/或抑制AMPKα1基因表达产物活性的物质。同时,所述抑制剂还包括:通过干扰RNA抑制AMPKα1基因表达的双链核糖核酸,或基于AMPKα1抗原蛋白的肿瘤疫苗、或用于抑制AMPKα1蛋白活性的蛋白质。
一种靶向抑制AMPKα1基因的干扰材料,是由基因载体包裹特异性沉默AMPKα1基因的干扰片段所得。
其中,优选地,所述基因载体是以聚天冬氨酸为主体,利用酸敏性苯亚胺键在主链上连接聚乙二醇,再引入低分子量的聚乙烯亚胺胺解侧链,得到一种新型的pH敏感型响应性聚阳离子基因载体PEG-PAsp-PEI(PPP)。
其中,优选地,所述低分子量的聚乙烯亚胺是指分子量为1800的聚乙烯亚胺。
具体地,作为一种优选的可实施方式,所述基因载体的合成方法如下:
(1)采用Fuchs-Farthing法合成N-羧基-L-天冬氨酸-苄脂-环内酸酐(BLA-NCA),利用苄胺作为引发剂,开环聚合得到聚天冬氨酸苄酯;
(2)聚乙二醇(PEG)在催化剂的催化作用下,与对羧基苯甲醛反应,合成得到PEG-CHO;
(3)再将聚天冬氨酸苄酯和PEG-CHO进行反应,形成苯亚胺的酸敏性结构,用低分子量的聚乙烯亚胺进行胺解,合成得到基因载体PEG-PAsp-PEI。
其中,优选地,步骤(1)中BLA-NCA和苄胺的摩尔比为:45~55:1。
更优选地,步骤(1)中BLA-NCA和苄胺的摩尔比为:49:1。
优选地,步骤(2)中PEG和对羧基苯甲醛的摩尔比为1:5~15。
更优选地,步骤(2)中PEG和对羧基苯甲醛的摩尔比为1:10。
优选地,步骤(3)中聚天冬氨酸苄酯和PEG-CHO的摩尔比为0.8~1.5:1。
更优选地,步骤(3)中聚天冬氨酸苄酯和PEG-CHO的摩尔比为1.1:1。
优选地,所述干扰片段为siRNA或shRNA,其核苷酸序列如SEQIDNO.1或SEQIDNO.2所示。
上述包裹有siRNA的干扰材料能够特异性地沉默抑制AMPKα1的表达,可有效抑制早中期结直肠癌的复发转移,有效治疗晚期结直肠癌。
进一步地,上述干扰材料在制备结直肠癌的治疗药物中的应用,也在本发明的保护范围之内。
另外,上述预防和/或治疗结直肠癌的药物还包括:通过抑制AMPKα1基因而实现抑制结直肠癌细胞生长,促进结直肠癌细胞凋亡、坏死,抑制结直肠癌细胞克隆形成,和/或抑制结直肠癌细胞迁移和侵袭目的的药物,同时还包括:通过干扰RNA抑制AMPKα1基因基因表达的双链核糖核酸,或基于AMPKα1基因抗原蛋白的肿瘤疫苗、或用于抑制AMPKα1基因蛋白活性的蛋白质。
本发明具有以下有益效果:
本发明公开了AMPKα1基因及其表达产物在预测和/或防治结直肠癌方面的应用潜力,具体是指在制备预防和/或治疗结直肠癌的药物中的应用。
同时,本发明还提供了一种针对抑制AMPKα1基因的干扰材料,能有效地下调AMPKα1的表达,可以有效治疗结直肠癌的同时,避免其基因治疗的非特异性及副作用。本发明利用聚乙二醇的水合层屏蔽了粒子与非靶向细胞的相互作用,延长了粒子在血液中的循环时间。根据EPR效应,聚集纳米粒子在肿瘤部位组织,由于肿瘤微酸性环境,苯亚胺键断裂,脱去聚乙二醇壳层,暴露出正电性的材料,进入肿瘤细胞之后,在溶酶体中,由于聚合物具有大量的氨基,利用质子海绵效应帮助复合物逃逸内溶酶体,从而促进DNA的释放,提高基因转染效率并最终实现其体内外基因的高效转染,构建了一种具有良好生物相容性和pH可调控DNA释放的基因载体。
基于本发明,可实现结直肠癌的基因治疗,相比传统的结直肠癌的治疗方法,使用基因技术来预防结直肠癌的复发转移具有特异性和灵敏性,从而使患者在疾病早、中期就能得到有效的复发转移风险预测,针对风险高低,采取相应的预防和治疗措施;而对于晚期患者直接采用相应治疗措施,延长生存期。
附图说明
图1为基因载体PEG-PAsp-PEI(PPP)的核磁共振氢谱图。
图2为当N/P比为30时的PPP/DNA纳米复合物的粒径分布图。
图3为HCT116细胞分别经负载shRNA基因/PPP纳米复合物、负载对照基因/PPP纳米复合物转染后的AMPKα1蛋白表达量检测。
图4为AMPKα1敲降后细胞在无糖条件下的存活率(明显下降)。
图5为小鼠动物模型体内成瘤实验结果(RKO细胞株)。
图6为小鼠动物模型体内成瘤实验结果(HCT116细胞株)。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1干扰材料的制备
1、设计AMPKα1特异性siRNA序列
设计针对AMPKα1基因的特异性干扰序列,并由生物公司合成。具体干扰序列如下:
siRNA序列:
si-1(如SEQIDNO.1所示):GAGGAGAGCTATTTGATTA;
si-2(如SEQIDNO.2所示):GCAGAAGTATGTAGAGCAA。
2、以聚天冬氨酸为主体,利用酸敏性苯亚胺键在主链上连接聚乙二醇,引入低分子量的聚乙烯亚胺胺解侧链,形成了一种新型的pH敏感型响应性聚阳离子基因载体PEG-PAsp-PEI(PPP)。
具体地,合成方法如下:
(1)采用Fuchs-Farthing法合成N-羧基-L-天冬氨酸-苄脂-环内酸酐(BLA-NCA),利用苄胺作为引发剂,开环聚合得到聚天冬氨酸苄酯;
(2)聚乙二醇(PEG)在催化剂的催化作用下,与对羧基苯甲醛反应,合成得到PEG-CHO;
(3)再将聚天冬氨酸苄酯和PEG-CHO进行反应,形成苯亚胺的酸敏性结构,用低分子量的聚乙烯亚胺进行胺解,合成得到基因载体PEG-PAsp-PEI。
其中,步骤(1)中BLA-NCA和苄胺的摩尔比为:49:1。
步骤(2)中PEG和对羧基苯甲醛的摩尔比为1:10。
步骤(3)中聚天冬氨酸苄酯和PEG-CHO的摩尔比为1.1:1。
3、通过1HNMR表征聚合物的组成与结构,所得基因载体PEG-PAsp-PEI(PPP)的结构式如下所示:
其氢核磁共振图谱如附图1所示。
实施例2PPP/DNA纳米基因复合物的制备
1、将一定的PPP聚合物分别溶解在超纯水中,并得到浓度为5mg/mL的母液,然后用PBS缓冲液(pH7.4,1mM)稀释至1mg/mL。根据PPP/DNA的N/P比为30,将PPP聚合物溶液与DNA溶液在室温下孵育30min,通过静电作用力形成PPP/DNA纳米基因复合物,即基因干扰材料。
其中,所述DNA为实施例1所述siRNA序列克隆到载体中形成的质粒DNA。
2、PPP/DNA纳米基因复合物粒径的测定
将制备的PPP/DNA纳米基因复合物N/P比为30,稀释在1mL的超纯水中,并采用纳米激光粒度分析仪(MalvernZetasizerNanoZS90)。每个样本测定5次,所得数值表示为均数±标准差。当N/P=30,纳米基因复合物的粒径为278.6±3.7nm(如附图2所示)。
实施例3PPP/DNA纳米基因复合物的制备体外细胞转染
本实施例利用PEG-Pasp-PEI(PPP)载体输送针对AMPKα1基因的干扰序列,并转染结直肠癌HCT116细胞,通过免疫印迹试验分析对AMPKα1表达的影响。
1、具体方法如下:
(1)将HCT116结直肠癌细胞以每孔4×105个细胞接种于6孔板中,并在含10%FBS(v/v)的RPMI-1640培养基中过夜培养,使其贴壁生长。
(2)移去原有培养基,加入新鲜培养基的同时,分别加入PPP/包含shRNA质粒DNA纳米复合物和PPP/control质粒DNA纳米复合物,并继续孵育48h。
(3)加入500μLRIPA蛋白裂解液在冰上裂解15min,之后离心收集(13000rpm,15min)并用BCA蛋白定量试剂盒对其进行定量。
(4)在蛋白裂解液中加入巯基乙醇在100℃下加热10min使其变性,之后将其加入10%SDS-PAGE凝胶进行蛋白分离,并通过电转法将蛋白印迹在PVDF膜上。
(5)脱脂奶粉在4℃封闭4h后,依次使用一抗、二抗进行孵育。最后使用化学发光液对目的蛋白AMPKα1及内参蛋白β-actin显色并进行曝光压片。2、通过免疫印迹试验分析表明,与对照组比较,包含shRNA的质粒DNA的纳米基因复合物能有效地下调AMPKα1表达(如图3所示)。
实施例4siRNA体外细胞转染
1、利用PEG-Pasp-PEI(PPP)载体输送针对AMPKα1基因的siRNA干扰序列,并转染结直肠癌HCT116细胞,通过免疫印迹试验分析对AMPKα1表达的影响。结果显示,AMPKα1的表达被有效下调。
2、利用PEG-Pasp-PEI(PPP)载体携载siRNA后,转染结直肠癌HCT116细胞,通过凋亡试剂盒检测细胞凋亡情况,结果如图4所示,AMPKα1被敲降后,结直肠癌细胞在无糖条件下存活率明显下降。
综上研究结果表明,抑制沉默AMPKα1基因的表达,可有效抑制结直肠癌细胞的生长。
实施例5小鼠动物模型体内成瘤实验
以小鼠动物模型研究AMPKα1敲降后对成瘤的影响。
1、我们分别给裸鼠皮下注射AMPKα1敲降和未敲降肠癌细胞(1×106/只),观察肿瘤的变化情况。
具体方法如下:
(1)分别培养对数生长期的肠癌HCT116和RKO细胞株的AMPKα1敲降和未敲降细胞,胰酶消化后,计数成1×107/ml浓度,用PBS重悬之后通过冰盒运输至动物实验室。
(2)选取4~5周龄的裸鼠,随机分为两组,并在每只裸鼠的皮下接种100μl上述细胞悬液。
(3)观察裸鼠成瘤情况,并测量其最长径(L)和最短径(S)。
(4)每三天测量一次裸鼠肿瘤体积,3周后处死动物,取出瘤体并拍照。
2、实验结果
结果如附图5和6所示,治疗组(n=6)肿瘤体积比对照组明显缩小,表明AMPKα1敲降能够显著的抑制结直肠癌的生长和体积增大,对结直肠癌具有显著的疗效。

Claims (10)

1.AMPKα1基因在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
2.AMPKα1基因表达产物在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
3.AMPKα1基因抑制剂或AMPKα1基因表达产物抑制剂在制备预防结直肠癌的制剂和/或在制备治疗结直肠癌的药物中的应用。
4.根据权利要求1、2或3所述应用,其特征在于,所述预防结直肠癌是指预测和防止早、中期结直肠癌的复发转移。
5.根据权利要求1、2或3所述应用,其特征在于,所述治疗结直肠癌是指治疗和阻止早、中期结直肠癌的复发转移和治疗晚期结直肠癌。
6.一种具有预防结直肠癌复发转移和/或治疗结直肠癌功能的药物,其特征在于,包含AMPKα1基因的抑制剂和/或AMPKα1基因表达产物的抑制剂。
7.一种靶向抑制AMPKα1基因的干扰材料,其特征在于,由基因载体包裹特异性沉默AMPKα1基因的干扰片段所得。
8.根据权利要求7所述的干扰材料,其特征在于,所述基因载体以聚天冬氨酸为主体,利用酸敏性苯亚胺键在主链上连接聚乙二醇,再引入低分子量的聚乙烯亚胺胺解侧链,得到基因载体PEG-PAsp-PEI。
9.根据权利要求7所述的干扰材料,其特征在于,所述干扰片段为siRNA或shRNA,其核苷酸序列如SEQIDNO.1或SEQIDNO.2所示。
10.权利要求7所述干扰材料在制备结直肠癌的治疗药物中的应用。
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