CN111419834A - 甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用 - Google Patents

甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用 Download PDF

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CN111419834A CN202010304072.0A CN202010304072A CN111419834A CN 111419834 A CN111419834 A CN 111419834A CN 202010304072 A CN202010304072 A CN 202010304072A CN 111419834 A CN111419834 A CN 111419834A
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thyroid hormone
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cell disease
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朱军
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Abstract

本发明提供了甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用,具体可以在调控ζ‑珠蛋白基因表达中得以应用,在K562细胞分化过程中,甲状腺激素类似物能特异显著性上调ζ‑珠蛋白基因(HBZ)的表达,高达50倍之多,在模式动物斑马鱼胚胎中经甲状腺激素及其类似物处理后,ζ‑珠蛋白基因(hbae5)的表达也能被特异性上调,高达30‑70倍之多;因此,本发明采用甲状腺激素及其类似物能够特异性激活ζ‑珠蛋白基因的表达,即重新激活镰状细胞病患者体内沉默的ζ‑珠蛋白基因来抑制镰状血红蛋白S聚合反应,成为一种制备治疗镰状细胞病药物的方法,这为镰状细胞病的治疗提供了一种经济、安全、有效的方法,可以广泛推广使用。

Description

甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用
技术领域
本发明属于镰状细胞病技术领域,具体涉及甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用。
背景技术
镰状细胞病(sickle-cell disease,SCD)是一种反复急性发作,器官进行性损害的血红蛋白病,它是全球范围最常见的单基因遗传病之一,即单基因遗传性血液疾病。其病因是由于β-珠蛋白链(β-globin)第6位谷氨酸突变为缬氨酸(βE6V),导致异常镰状血红蛋白S(HbS,α2βS 2)形成,取代了正常血红蛋白A(HbA,α2β2)。氧分压下降时HbS溶解度锐减,通过聚合反应形成管状多聚体,并在红细胞内堆积沉淀,破坏了红细胞的结构和变形能力,促进红细胞脱水,从而使红细胞扭曲成僵硬的镰刀状细胞(即镰变现象),病人的红细胞呈现镰刀状,限制了红细胞在血管中的流动以及氧气的输送。镰变的红细胞易于破裂发生溶血,以及阻塞血管造成局部组织缺血,进而导致多种急性并发症发生,包括组织缺血性损伤引起的疼痛或器官衰竭等。临床表现为慢性溶血性贫血、易感染和再发性疼痛危象引起慢性局部缺血进而导致器官组织损伤。SCD患者面临着巨大未满足的医疗需求。目前镰状细胞病的治疗包括异体造血干细胞移植、输血以及药物治疗等。
1.异体造血干细胞移植不足之处:
异体造血干细胞移植迄今仍然是一种高风险治疗方法,并且由于供体数量少,配型困难,费用高昂,移植后可能产生严重并发症以及排斥反应等原因,并未能大规模普及,只能惠及很少一部分患者。
2.输血治疗的不足之处:
1)输血会导致患者体内铁过载进而引起多个器官损伤,主要受影响的包括心脏、肝脏、胰脏和各个内分泌器官;
2)输血会引起发热、发冷和出红疹等不良反应,较严重时会导致急性溶血、气管收缩和血压下降等;
3)输血可能面临经血液感染传染病的风险;
4)输血费用高,特别是对需要终身输血的患者造成了巨大的经济负担。
3.药物治疗的不足之处:
1)诱导HbF合成的药物:羟基脲是FDA批准的首款治疗SCD的药物。它能够诱导胎儿血红蛋白F(HbF,α2γ2)的表达,进而降低镰状血红蛋白S(HbS,α2βS 2)的浓度,最终缓解SCD病人的症状。但是,该药物能够抑制DNA合成,具有较强的细胞毒性,给患者带来较严重的副反应,已被列入3类致癌物清单中;
2)抑制HbS聚合的药物:2019年11月25日,美国FDA加速批准了用于治疗12岁以上青少年和成人SCD患者的治疗药物,Voxelotor(商品名Oxbryta)。此药能够增加血红蛋白对氧的亲和力,阻止镰状血红蛋白聚合,防止红细胞发生镰变现象,从而缓解病情。这是FDA批准的首款直接抑制镰状血红蛋白聚合反应的药物。但是,该药物是通过加速审批通道批准,此药是否在更大临床试验中能够改善患者生活质量还有待观察。另外,Oxbryta含有一个反应活性较高的醛基,虽然目前数据显示耐受较好,但在更大人群的耐受性还有待观察。并且,曾有两位同时使用Oxbryta的患者死亡,虽然据称与Oxbryta无关。此外,该药价格昂贵,给患者带来了巨大的经济负担。
ζ-珠蛋白是一种仅在胚胎期表达的类α-珠蛋白,同样具有载氧功能,且编码该蛋白的基因在SCD患者中保存完好,伴随胚胎发育进行,其表达逐渐被关闭。有研究证明,在SCD小鼠疾病模型中,通过转基因方法重新持续表达ζ-珠蛋白能够有效缓解此类疾病小鼠的症状。因此,重新激活患者体内沉默的ζ-珠蛋白基因来抑制HbS的聚合反应将会是一种新的治疗SCD疾病的有效方法。然而,到目前为止,还未有任何激活ζ-珠蛋白基因表达的药物出现。
因此,寻找一种经济、安全、有效的治疗方法是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明的首要目的是提供甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用。
本发明的第二个目的是提供甲状腺激素及其类似物在调控ζ-珠蛋白基因表达中的应用。
为达到上述首要目的,本发明的解决方案是:
甲状腺激素及其类似物可以在制备治疗镰状细胞病中得以应用。
为达到上述第二个目的,本发明的解决方案是:
甲状腺激素及其类似物可以在调控ζ-珠蛋白基因表达中得以应用。
具体地,甲状腺激素及其类似物能够特异性上调ζ-珠蛋白基因的表达。
Triac(也称为Tiratricol或3,3',5-triiodothyroacetic acid)(化学名称:2-[4-(4-Hydroxy-3-iodophenoxy)-3,5-diiodophenyl]acetic acid,分子式:C14H9I3O4)是一种甲状腺激素类似物,用于治疗甲状腺激素抵抗综合征(Thyroid hormone resistancesyndrome)、高脂血症(hyperlipidemia)、局限性脂肪代谢障碍(localizedlipodystrophy)和肥胖(obesity)。另外,Triac目前也被用于研究治疗Allan-Herndon-Dudley综合征的临床试验。
发明人发现,在K562细胞分化过程中,Triac能特异显著性上调ζ-珠蛋白基因(HBZ)的表达,并且在模式动物斑马鱼胚胎中经Triac处理后,ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达也能被特异性上调,而其它珠蛋白基因表达则没有明显上调。此外,发明人研究发现甲状腺激素(3,3',5-Triiodo-L-thyronine,简称T3或3,3',5,5'-tetraiodothyronine,简称T4)也具有类似的功能。因此,发明人首次发现甲状腺激素类似物Triac以及甲状腺激素(T3或T4)在细胞和动物水平能特异性激活ζ-珠蛋白基因的表达,从而成为首类特异性激活ζ-珠蛋白基因表达的小分子化合物,其将会在治疗镰状细胞病中发挥重要作用。
具体地,Triac购买自美国Selleck生物科技有限公司,T3(3,3',5-Triiodo-L-thyronine)购买自Sigma公司,T4(3,3',5,5'-tetraiodothyronine)购买自生工生物工程(上海)股份有限公司。
由于采用上述方案,本发明的有益效果是:
本发明采用甲状腺激素及其类似物能够特异性激活ζ-珠蛋白基因的表达,即通过重新激活镰状细胞病患者体内沉默的ζ-珠蛋白基因来抑制镰状血红蛋白S聚合反应,从而成为一种制备治疗镰状细胞病药物的方法,这为镰状细胞病的治疗提供了一种经济、安全、有效的方法,并可以广泛推广使用。
附图说明
图1为本发明的实施例1中人类的K562细胞分化过程中各个基因的表达情况示意图(纵坐标Relative Expression为相对表达)。
图2为本发明的实施例2中斑马鱼胚胎经Triac、T3和T4处理后的ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达情况示意图。
图3为本发明的实施例3中斑马鱼胚胎经Triac、T3和T4处理后各个基因的表达情况示意图(纵坐标Relative Expression为相对表达)。
具体实施方式
本发明提供了甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用。
实验材料:
K562细胞培养于含10%胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)的1640培养基中;氯化血红素(Hemin)溶解于0.2mol/L NaOH溶液中,处理K562细胞的工作浓度为20μmol/L;Triac、T3和T4溶解于二甲基亚砜(DMSO)中,处理K562细胞的工作浓度为20μmol/L,处理斑马鱼胚胎的工作浓度为5μmol/L。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
在K562细胞中,Triac特异性激活ζ-珠蛋白基因(HBZ)的表达过程为:
在K562细胞分化过程中,其分别经hemin或hemin+Triac处理72小时后,2000rpm离心5分钟收集细胞,使用TRIzol试剂(Invitrogen)抽提总RNA,然后使用逆转录试剂盒(ReverTra Ace,TOYOBO)合成cDNA,最后使用SYBRGreen Realtime PCR Master Mix(TOYOBO)试剂进行定量PCR检测基因表达水平。
定量PCR反应体系为:
Figure BDA0002455100040000041
定量PCR反应条件为:
热启动:95℃,10分钟;
变性:95℃,10秒;
退火/延伸:60℃,30秒。
40个循环。
溶解曲线分析。
如图1所示,K562经Triac处理72小时后,定量PCR结果显示ζ-珠蛋白基因(HBZ)的表达上调50.9倍。
实际上,人类ζ-珠蛋白基因(HBZ)(NM_005332.3)序列(SEQ ID NO.1)如下:
ATGTCTCTGACCAAGACTGAGAGGACCATCATTGTGTCCATGTGGGCCAAGATCTCCACG
CAGGCCGACACCATCGGCACCGAGACTCTGGAGAGGCTCTTCCTCAGCCACCCGCAGACC
AAGACCTACTTCCCGCACTTCGACCTGCACCCGGGGTCCGCGCAGTTGCGCGCGCACGGC
TCCAAGGTGGTGGCCGCCGTGGGCGACGCGGTGAAGAGCATCGACGACATCGGCGGCGCC
CTGTCCAAGCTGAGCGAGCTGCACGCCTACATCCTGCGCGTGGACCCGGTCAACTTCAAG
CTCCTGTCCCACTGCCTGCTGGTCACCCTGGCCGCGCGCTTCCCCGCCGACTTCACGGCC
GAGGCCCACGCCGCCTGGGACAAGTTCCTATCGGTCGTATCCTCTGTCCTGACCGAGAAG
TACCGCTGA。
其中,Realtime PCR引物如下:
Human-β-actin-F CCAACCGCGAGAAGATGA(SEQ ID NO.2)
Human-β-actin-R CCAGAGGCGTACAGGGATAG(SEQ ID NO.3)
Human-HBA1/2-F AAGGTCGGCGCGCACGC(SEQ ID NO.4)
Human-HBA1/2-R CTCAGGTCGAAGTGCGGG(SEQ ID NO.5)
Human-HBZ-F GGACCATCATTGTGTCCATGT(SEQ ID NO.6)
Human-HBZ-R GGGAAGTAGGTCTTGGTCTGC(SEQ ID NO.7)
Human-HBE1-F TGCATGTGGATCCTGAGAAC(SEQ ID NO.8)
Human-HBE1-R CGACAGCAGACACCAGCTT(SEQ ID NO.9)
Human-HBG1/2-F AGCACCTGGATGATCTCAAG(SEQ ID NO.10)
Human-HBG1/2-R AAACGGTCACCAGCACATTT(SEQ ID NO.11)
Human-HBD-F GATGCAGTTGGTGGTGAGG(SEQ ID NO.12)
Human-HBD-R GGGTTGCCCATAACAGCAT(SEQ ID NO.13)
Human-HBB-F GCACGTGGATCCTGAGAACT(SEQ ID NO.14)
Human-HBB-R CACTGGTGGGGTGAATTCTT(SEQ ID NO.15)。
实施例2:
在斑马鱼胚胎发育过程中,斑马鱼胚胎受精96小时后开始加入Triac、T3和T4,经Triac、T3和T4分别处理24小时后,使用4%多聚甲醛固定胚胎,通过全胚胎原位杂交技术检测ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达。
如图2所示,在斑马鱼胚胎中,Triac、T3和T4显著激活ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达,即显著上调。
实施例3:
在斑马鱼胚胎发育过程中,斑马鱼胚胎受精96小时后开始加入Triac、T3和T4,处理24小时后,收集胚胎,使用TRIzol试剂(Invitrogen)抽提总RNA,然后使用逆转录试剂盒(ReverTra Ace,TOYOBO)合成cDNA,最后使用SYBRGreen Realtime PCR Master Mix(TOYOBO)试剂进行定量PCR检测基因表达水平。
定量PCR反应体系为:
Figure BDA0002455100040000051
定量PCR反应条件为:
热启动:95℃,10分钟;
变性:95℃,10秒;
退火/延伸:60℃,30秒。
40个循环。
溶解曲线分析。
如图3所示,在斑马鱼胚胎中,Triac、T3和T4显著激活ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达,即定量PCR结果显示ζ-珠蛋白基因(hbae5)的表达分别上调76倍、31倍和41倍。
实际上,斑马鱼ζ-珠蛋白基因(hbae5)(NM_001326701.1)序列(SEQ ID NO.16)如下:
ATGAGTCTTTCTGCTAAAGACAAGGCCGCCGTGAGGGGCTTCTGGGCCAAGATTGCCCCA
AAGGGAGAGCAAATTGGTAACGAGGCGTTTTCCAGATTGCTTTTGGTGTACCCTCAGACC
AAGACCTACTTCTCCCACTGGAACGATCTGGCCCCCGGCTCTCCCTCTGTGAAGAAGCAG
GGAAAGAAGATCGTCGGTGGACTCGGTCTGGCTGTTGATAAAATCGACGACCTTTTCAAC
GGCCTGCTGAACCTCAGTGAATTGCACGCCTTTCAGCTGAGAGTCGACCCTGCTAACTTC
AAGCTCCTGTCTCACTGTCTGCTGGTGGTGTTCGCCATGCTCTTCCCTGATGACTTCACC
GCTGAGGTCCATCTGGCCATCGACAAGTTCCTGGCAAGAGTGGCTTTGGCTCTGTCTGAC
AAATATCGTTAA。
其中,Realtime PCR引物如下:
Zebrafish-β-actin-F TGCTGTTTTCCCCTCCATTG(SEQ ID NO.17)
Zebrafish-β-actin-R TTCTGTCCCATGCCAACCA(SEQ ID NO.18)
Zebrafish-hbae1-F CTGAGGCTGTCAGCAAAATCG(SEQ ID NO.19)
Zebrafish-hbae1-R GAACAAAGTGGCCAGAACCAC(SEQ ID NO.20)
Zebrafish-hbae3-F GCTGATGGATGACCTGAAGGG(SEQ ID NO.21)
Zebrafish-hbae3-R CTCAGGAGTGAAGTCGTCTGG(SEQ ID NO.22)
Zebrafish-hbae5-F TGCTGAACCTCAGTGAATTGC(SEQ ID NO.23)
Zebrafish-hbae5-R GGAACTTGTCGATGGCCAGAT(SEQ ID NO.24)
Zebrafish-hbbe1-F TCCACGTAGATCCCGACAAC(SEQ ID NO.25)
Zebrafish-hbbe1-R TACTGTCTTCCCAGAGCGGA(SEQ ID NO.26)
Zebrafish-hbbe2-F GGACTGGACAGAGCCATGAAG(SEQ ID NO.27)
Zebrafish-hbbe2-R GAGGCAATCACGATTGTCAGG(SEQ ID NO.28)
Zebrafish-hbbe3-F TTGTGTGGACAGCTGAGGAG(SEQ ID NO.29)
Zebrafish-hbbe3-R ACGGATAGACGACCAAGCAT(SEQ ID NO.30)。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中,而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理,不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Figure BDA0002455100040000071
Figure BDA0002455100040000081
Figure BDA0002455100040000091
Figure BDA0002455100040000101
Figure BDA0002455100040000111
Figure BDA0002455100040000121
Figure BDA0002455100040000131
序列表
<110> 上海交通大学医学院附属瑞金医院
<120> 甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用
<141> 2020-04-17
<160> 30
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 429
<212> DNA
<213> 人类ζ-珠蛋白基因序列(2 Ambystoma laterale x Ambystomajeffersonianum)
<400> 1
atgtctctga ccaagactga gaggaccatc attgtgtcca tgtgggccaa gatctccacg 60
caggccgaca ccatcggcac cgagactctg gagaggctct tcctcagcca cccgcagacc 120
aagacctact tcccgcactt cgacctgcac ccggggtccg cgcagttgcg cgcgcacggc 180
tccaaggtgg tggccgccgt gggcgacgcg gtgaagagca tcgacgacat cggcggcgcc 240
ctgtccaagc tgagcgagct gcacgcctac atcctgcgcg tggacccggt caacttcaag 300
ctcctgtccc actgcctgct ggtcaccctg gccgcgcgct tccccgccga cttcacggcc 360
gaggcccacg ccgcctggga caagttccta tcggtcgtat cctctgtcct gaccgagaag 420
taccgctga 429
<210> 2
<211> 18
<212> DNA
<213> Human-β-actin-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
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<212> DNA
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<212> DNA
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<212> DNA
<213> Human-HBG1/2-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
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<211> 19
<212> DNA
<213> Human-HBD-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
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<211> 20
<212> DNA
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<400> 14
gcacgtggat cctgagaact 20
<210> 15
<211> 20
<212> DNA
<213> Human-HBB-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 15
cactggtggg gtgaattctt 20
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<212> DNA
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aagggagagc aaattggtaa cgaggcgttt tccagattgc ttttggtgta ccctcagacc 120
aagacctact tctcccactg gaacgatctg gcccccggct ctccctctgt gaagaagcag 180
ggaaagaaga tcgtcggtgg actcggtctg gctgttgata aaatcgacga ccttttcaac 240
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<213> Zebrafish-β-actin-F(2 Ambystoma laterale x Ambystomajeffersonianum)
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<212> DNA
<213> Zebrafish-β-actin-R(2 Ambystoma laterale x Ambystomajeffersonianum)
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<212> DNA
<213> Zebrafish-hbae1-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 20
gaacaaagtg gccagaacca c 21
<210> 21
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbae3-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 21
gctgatggat gacctgaagg g 21
<210> 22
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbae3-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 22
ctcaggagtg aagtcgtctg g 21
<210> 23
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbae5-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 23
tgctgaacct cagtgaattg c 21
<210> 24
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbae5-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 24
ggaacttgtc gatggccaga t 21
<210> 25
<211> 20
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe1-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 25
tccacgtaga tcccgacaac 20
<210> 26
<211> 20
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe1-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 26
tactgtcttc ccagagcgga 20
<210> 27
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe2-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 27
ggactggaca gagccatgaa g 21
<210> 28
<211> 21
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe2-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 28
gaggcaatca cgattgtcag g 21
<210> 29
<211> 20
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe3-F(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 29
ttgtgtggac agctgaggag 20
<210> 30
<211> 20
<212> DNA
<213> Zebrafish-hbbe3-R(2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum)
<400> 30
acggatagac gaccaagcat 20

Claims (3)

1.甲状腺激素及其类似物在制备治疗镰状细胞病中的应用。
2.甲状腺激素及其类似物在调控ζ-珠蛋白基因表达中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:所述甲状腺激素及其类似物特异性上调ζ-珠蛋白基因的表达。
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