CN106474489B - 减毒鼠伤寒沙门氏菌基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的应用 - Google Patents

减毒鼠伤寒沙门氏菌基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了减毒鼠伤寒沙门氏菌基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的应用，该菌为克隆有甲硫氨酸酶基因的减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009，带有克隆有L‑methioninase基因的质粒的减毒鼠伤寒沙门氏菌可以在肝癌肿瘤组织持续表达L‑methioninase，大量消耗甲硫氨酸及其它营养物质，使得肿瘤细胞缺乏营养，生长缓慢。本发明还公开了上述基因工程菌的构建方法和应用。本发明的用于治疗肝癌的生物药物，是一种安全无毒具备抗肿瘤活性的新型生物药物，以减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009为载体，利用基因重组技术高表达甲硫氨酸酶，抗肝癌肿瘤活性强，能满足使用需求。制备方法简单，容易操作；具有很好的应用前景。

Description

减毒鼠伤寒沙门氏菌基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的 应用
技术领域
本发明涉及医药技术领域，具体涉及减毒鼠伤寒沙门氏菌的基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的应用。
背景技术
肝癌是世界上常见的恶性肿瘤之一。中国是全球肝癌发病率最高的国家，在常见肿瘤中仅次于肺癌，居第2位。中国肝癌发病率占全球的45％，死亡率高居恶性肿瘤的第三位。肝细胞癌的治疗包括手术治疗、放疗和药物化疗。由于肝癌对放射性治疗敏感性差，而常规化疗药物(如阿霉素、氟尿嘧啶、顺铂)的治疗不仅毒副作用严重，而且也不能明显缓解疾病，因此目前肝癌的治疗仍以手术切除为主。但是肝癌起病隐匿，早期缺乏典型症状，肿瘤细胞生长迅速，进展快，恶性程度高，能进行手术的患者不到30％，而且即使手术以后复发率也很高，使得肝癌患者的预后极差。据统计，95％以上的肝癌患者治疗失败。目前，肝癌治疗药物远未满足临床需求，亟待开发新的有效的治疗药物。
沙门菌属是一群在人和动物肠道内寄生的革兰氏阴性、侵袭性细胞内兼性厌氧菌。VNP20009为msbB、pur I基因缺失的减毒鼠伤寒沙门菌株，遗传稳定，对抗生素敏感。msbB基因为脂质酰化为内毒素所必需，其缺失使类脂质A末端不能酰化，降低了毒性；pur I基因参与嘌呤代谢，其缺失使细菌的繁殖需要外源性腺嘌呤。VNP20009还降低了自身诱导机体产生的肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)，从而降低炎性反应。因此，它的低致病性提高了用于临床治疗的安全性。VNP20009已被广泛用于癌症研究，它可作用于多种小鼠实体瘤模型，包括黑色素瘤、肺癌、结肠癌、乳腺癌、肾癌。VNP20009作为肿瘤基因治疗载体的一个主要优点是它能够高度靶向聚集于肿瘤部位。研究人员在多种实体肿瘤的小鼠模型中发现，VNP20009在肿瘤内的数量较肝脏等主要器官内高200～l000倍。VNP20009能在肿瘤组织缺氧坏死区优先聚集并繁殖，相同时间内肿瘤组织内细菌的扩增代次显著高于正常组织，使得减毒沙门菌成为新型抗瘤制剂和肿瘤靶向治疗的载体成为可能。沙门菌导致肿瘤生长减慢可能机制包括：肿瘤生长所需要的营养物质为细菌所消耗，细菌所产生的酶，如天冬酰胺酶，可耗竭肿瘤生长必需氨基酸；细菌向胞外微环境分泌的局部毒素或者产生的肿瘤坏死因子α，都可影响肿瘤血管形成；此外，在细菌生长部位的非特异性炎症反应可潜在激活抗肿瘤T细胞。
肿瘤细胞为了维持其高增殖率，需要足够的营养。除糖之外，对甲硫氨酸(Methionine,Met)、谷胺酰氨、精氨酸等需要量尤其大。研究证实Met依赖性是绝大多数肿瘤细胞的共同特征，如乳腺癌、肝癌、肺癌、结肠癌、肾癌、膀胱癌、黑色素瘤、神经胶质瘤等，而正常细胞不存在Met依赖性。一些体内体外实验相继证实，直接食用甲硫氨酸缺乏的膳食可以延缓肿瘤细胞的增殖。但是若膳食中Met长期缺乏或不足，将会引起机体营养不良、代谢障碍，还可因DNA长期处于低甲基化状态加剧癌变。那么，通过甲硫氨酸酶(L-methioninase)特异性地将Met分解，从而降低体内甲硫氨酸水平，则能更加有效地抑制肿瘤细胞生长或使之消退。动物实验已证明经腹膜内注射甲硫氨酸酶可以抑制裸鼠的吉田肉瘤和肺肿瘤的增长。临床试验选四个分别患有乳腺癌、肺癌、肾癌和淋巴瘤的患者每24h静脉注射一次甲硫氨酸酶，发现甲硫氨酸酶可以明显减少血浆中甲硫氨酸含量。但是，由于哺乳动物本身不表达甲硫氨酸酶，所以外源性给与的方式有一定的副作用，往往引起机体的免疫反应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基因工程菌在制备治疗肝癌的生物药物上的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明提出一种基因工程菌在制备治疗肝癌的药物上的应用，所述基因工程菌为携带质粒的减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009，且其中所述质粒上克隆有L-methioninase基因。
其中，所述的质粒为pSVSPORT质粒、pTrc99A质粒、pcDNA3.1质粒、pBR322质粒或pET23a质粒。
所述基因工程菌的构建方法为：将L-methioninase基因亚克隆至质粒中，得到L-methioninase表达质粒，将L-methioninase表达质粒电转化至减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009，即得。所述的电转化条件为电压2400V，电阻400Ω，电容25μF，放电时间4ms。
最为优选，在构建基因工程菌的过程中，当选用pSVSPORT质粒时，将L-methioninase基因通过Kpn I和Hind III酶切位点亚克隆至质粒中，得到L-methioninase表达质粒，然后将L-methioninase表达质粒电转化至减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009中得到基因工程菌。
上述减毒鼠伤寒沙门氏菌及其基因工程菌的给药方式为静脉或介入注射。
有益效果：与现有技术相比，本发明的用于治疗肝癌的生物药物，是一种安全无毒具备抗肿瘤活性的新型生物药物，以减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009为载体，利用基因重组技术高表达甲硫氨酸酶，抗肿瘤活性强，能满足使用需求。制备方法简单，容易操作；具有很好的应用前景。
附图说明
图1是质粒pSVSPORT-L-methioninase酶切鉴定1％琼脂糖凝胶电泳图。
图2是Western blot鉴定methioninase表达结果图。
图3是检测沙门氏菌中methioninase活性结果图。
图4是给与沙门菌后肿瘤体积变化曲线图。
图5是给沙门菌4周后将小鼠麻醉，肿瘤的大小拍照结果图，黑色框中为肿瘤。
图6是给沙门菌4周后肿瘤的大小结果图。
图7是给沙门菌4周后肿瘤的重量结果图。
图8是给予L-methioninase肿瘤体积变化曲线图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1：基因工程菌的构建。
(1)构建表达L-methioninase基因的质粒。
先合成L-methioninase(GenBank：L43133.1)基因亚克隆至pUC57质粒(金斯瑞公司)，接着通过Kpn I和Hind III酶切位点亚克隆至pSVSPORT质粒(invitrogen)，得到pSVSPORT-L-methioninase表达质粒。具体构建过程如下：
将pSVSPORT质粒用Kpn I和Hind III双酶切，酶切体系为：2μg质粒DNA，3μL 10×buffer，1.5μL Kpn I酶，1.5μL Hind III酶，加入ddH2O补足体积至30μL，37℃温浴3h。然后将酶切体系在1％的琼脂糖凝胶中通过电泳分离，切出4.1kb大小的DNA条带，用胶回收纯化试剂盒纯化DNA。
通过全基因合成得到L-methioninase编码区域DNA片段亚克隆至pUC57质粒(金斯瑞公司)，用Kpn I和Hind III双酶切，酶切体系为：3μg质粒DNA，3μL 10×buffer，1.5μLKpn I酶，1.5μL Hind III酶，加入ddH2O补足体积至30μL，37℃温浴3h。然后将酶切体系在1％的琼脂糖凝胶中通过电泳分离，切出1.2kb大小的DNA条带，用胶回收纯化试剂盒纯化DNA。
将pSVSPORT(Kpn I/Hind III)和L-methioninase编码区域DNA片段(Kpn I/HindIII)连接，连接反应中加入2μL载体、6μL插入片段、1μL T4DNA连接酶，16℃温浴16h。
将连接产物转化到E.coli DH5α(Takara)的感受态细胞中。取一管50μL的DH5α感受态细胞置于冰上，待其融化后，向其中加入5μL上述连接产物，轻弹混匀，后于冰上孵育30min；42℃热击60s，后冰上静置2min；加入500μL无抗性的LB液体培养基，37℃震荡培养1h；4000rpm离心5min，吸走，保留100μL左右的培养基，用移液器将细菌沉淀吹打均匀后涂布在含氨苄青霉素抗性的LB培养基平板上。然后将平板置于37℃温箱培养16h。
克隆生长出来后，挑单克隆菌落至3mL含氨苄青霉素的LB-O培养液中，37℃震荡培养16h，提取质粒DNA，用Kpn I和Hind III酶切鉴定，阳性克隆中可得到4.1kb、1.2kb的两条DNA条带，如图1所示。再通过测序进一步确定阳性克隆的序列完全正确。
(2)构建携带质粒的VNP20009菌和携带克隆有L-methioninase的基因的质粒的VNP20009菌。
将pSVSPORT和pSVSPORT-L-methioninase表达质粒分别电转化至VNP20009菌株(YS1646，ATCC号202165)，分别命名为VNP20009-V和VNP20009-M。具体构建过程如下：
将感受态细菌VNP20009置于冰上，待其融化后移入预冷电转杯，向其中加入2μL质粒，轻弹混匀，于冰上孵育1min。将电转杯放入电转仪，条件设置为电压2400V，电阻400Ω，电容25μF，放电时间4ms。电击完立刻加入1mL SOC培养基，轻轻混匀。37℃震荡培养1h；4000rpm离心5min，吸走，保留100μL左右的培养基，用移液器将细菌沉淀吹打均匀后涂布在含氨苄青霉素抗性的LB-O培养基平板上。然后将平板置于37℃温箱培养16h。VNP20009-V和VNP20009-M用LB-O培养后，提取质粒，酶切鉴定正确。
取1×108沙门菌用蛋白裂解液提取蛋白，进行10％SDS-PAGE电泳，再稳压冰浴电转至PVDF膜，BSA室温封闭1h后，TBST漂洗3×5min，加入兔抗L-methioninase抗体(1：2000)，4℃孵育过夜。TBST漂洗3次，每次5min再加HRP标记的抗兔二抗(1：5000)，室温孵育1h，TBST漂洗3次，每次5min，ECL化学发光法显影。结果如图2所示，在分子量约43kD处有特异性条带，说明VNP20009-M与VNP20009、VNP20009-V相比，L-methioninase表达量显著提高。
将L-甲硫氨酸和吡哆醛分别与VNP20009、VNP20009-V和VNP20009-M菌体混合，37℃孵育10min后用50％三氯乙酸终止，离心取上清，与3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐水合物(MBTH)充分混匀，50℃孵育30min后，测定320nm处的吸光值，以每分钟催化转化1μmolα-酮丁酸的酶量定义为1个酶活性单位。结果显示(图3)，沙门菌VNP20009-M的甲硫氨酸酶活性比VNP20009和VNP20009-V高10倍。
实施例2：VNP20009-L-methioninase菌株的抗肿瘤效果。
1、用含有10％胎牛血清的DMEM培养基培养高转移性肝癌细胞HCCLM3，以细胞数2×106个皮下接种于裸鼠右侧腋下，并将荷瘤裸鼠随机分组：PBS对照组、VNP20009-V组和VNP20009-M组。
2、用LB-O培养VNP20009-V和VNP20009-M，当OD≈0.6时，收集菌体，然后用PBS重悬。在种瘤后第3天，以1×104CFU/g(约为2×105CFU/只)的剂量，采用尾静脉注射方式给药，对照组注射同等体积PBS。给药后每隔2～3天，观察小鼠状态，用游标卡尺测量肿瘤大小(体积＝0.52×长×宽2)，绘制裸鼠肿瘤体积变化曲线(图4)。给药后第30天，对照组和实验组各选取3只小鼠，麻醉小鼠拍照(图5)，并随机选取对照组和实验组各2只，剥离裸鼠肿瘤，称重，拍照(图6、7)。结果如图4、5所示，造模后，PBS以及空菌对照组小鼠的肿瘤都正常生长并增长迅速，而给予沙门菌VNP20009-M治疗后，部分小鼠肿瘤减小甚至完全消失。VNP20009-M组的大部分小鼠的肿瘤生长停滞，肿瘤体积和重量(图6、7)约为VNP20009-V组的1/2，PBS对照组的1/5。结果说明沙门菌VNP20009-M对于该肝癌肿瘤具有显著的抑制效应。
3、操作方法同上述1，将荷瘤裸鼠分为两组，同样采取静脉注射的方式，分别给予PBS、L-methioninase 100ng/只，用游标卡尺测量肿瘤大小(体积＝0.52×长×宽2)，绘制裸鼠肿瘤体积变化曲线结果，如图8所示，两组之间肿瘤无显著性差异。L-methioninase1ng/只的剂量等同于2×106CFU的VNP20009-M所含L-methioninase。由此可见，单纯给予100倍剂量的L-methioninase无明显的抗肿瘤效应。这说明随着L-methioninase的耗竭或降解，单次给药没有发挥作用，而以VNP20009为载体持续高表达L-methioninase则弥补了这个缺陷，表现出显著的抗肿瘤效应。
本发明表明基因工程菌对肝癌细胞具有显著的抑制效应，带有克隆有L-methioninase基因的质粒的减毒鼠伤寒沙门氏菌可以在肿瘤组织持续表达L-methioninase，大量消耗甲硫氨酸及其它营养物质，使得肿瘤细胞缺乏营养，生长缓慢，因此可以用于制备治疗肝癌的药物。上述质粒并不局限于pSVSPORT质粒，pTrc99A质粒、pcDNA3.1质粒、pBR322质粒或pET23a质粒以及克隆有L-methioninase基因的上述质粒同样具有类似效果。

Claims (6)

1.一种基因工程菌在制备治疗肝癌药物上的应用，所述基因工程菌为携带质粒的减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009，且其中所述质粒上克隆有L-methioninase基因。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的质粒为pSVSPORT质粒、pTrc99A质粒、pcDNA3.1质粒、pBR322质粒或pET23a质粒。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述基因工程菌的构建方法为：将L-methioninase基因亚克隆至质粒中，得到L-methioninase表达质粒，将L-methioninase表达质粒电转化至减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009，即得。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的电转化条件为电压2400V，电阻400Ω，电容25μF，放电时间4ms。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在构建基因工程菌的过程中，当选用pSVSPORT质粒时，将L-methioninase基因通过Kpn I和Hind III酶切位点亚克隆至质粒中，得到L-methioninase表达质粒，然后将L-methioninase表达质粒电转化至减毒鼠伤寒沙门氏菌VNP20009中得到基因工程菌。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，给药方式为静脉或介入注射。
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阻断自噬通路增强肿瘤靶向性沙门氏菌介导的肿瘤细胞杀伤;刘冰红;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20150715;摘要

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