CN111793124A - 一种去除重组白介素-2内毒素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除重组白介素‑2内毒素的方法，属于生物医药技术领域。本发明去除重组白介素‑2内毒素的方法包括如下步骤：在pH为7.0～7.5的重组白介素‑2样品Ⅰ中添加阴离子助溶剂十二烷基硫酸钠(SDS)，混匀形成重组白介素‑2样品Ⅱ；在重组白介素‑2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为0.8～1.2mol/L，形成重组白介素‑2样品Ⅲ，将所述重组白介素‑2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附；采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，所述平衡液中含有浓度为0.8～1.2mol/L的氯化钠，然后采用洗脱液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液，本发明去除重组白介素‑2内毒素的方法具有内毒素去除效率高、回收率高的优点。

Description

一种去除重组白介素-2内毒素的方法

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，涉及一种去除重组白介素-2内毒素的方法。

背景技术

1976年，Morgrn等首次发现在丝裂原刺激的淋巴细胞培养上清或称条件培养基(Conditionalmedium，CM)中存在一种细胞因子，能选择性地维持T淋巴细胞在体外长期生长，人们将该因子称为T细胞生长因子(Tcellgrowthfactor，TCGF)。1979年瑞士召开的第二届国际淋巴因子会议上将联系白细胞间相互作用的因子统称为白细胞介素(Interleukin，IL)，并将由激活的T细胞产生的、在淋巴细胞间起相互作用的因子，即TCGF称为白细胞介素-2(Interleukin-2，IL-2)。

IL-2主要由活化的CD4+T细胞和CD8+T细胞(特别是CD4+T细胞)产生，为一种糖蛋白，具有广泛生物活性，能使T细胞在试管内长期存活。随着研究的不断深入，尤其是1983年基因工程(重组)IL-2的问世，使得IL-2的研究取得了更大的进展。人们发现IL-2除了作用于T细胞外，还可作用于多种免疫效应细胞，包括B细胞，巨噬细胞，NK细胞。IL-2可刺激能产生抗体的B细胞增殖并能诱导产生新型的杀伤细胞即淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)，故IL-2成为调控免疫应答的重要因子，具有抗病毒，抗肿瘤及改善和提高机体免疫功能的作用。可提高人体对病毒，细菌，原虫等感染的免疫应答，清除体内肿瘤细胞和病毒感染细胞等。还可以增进抗体和干扰素的分泌，可刺激产生IFN-γ和TNF-α，β；促进Th的增殖和激活；活化中性粒细胞；刺激NK和肿瘤侵润淋巴细胞(TIL)增殖。目前，IL-2已被应用于治疗肿瘤，免疫缺陷和感染性疾病，并取得了显著的效果。

但是由于IL-2易被内毒素污染，限制了其治疗应用。内毒素又名脂多糖、类脂A、热源，是革兰氏阴性细菌(GNB)的细胞壁外壁层上的特有结构，其细胞壁外膜的外部脂质成分完全由内毒素分子组成，当细菌死亡时溶解或用人工方法破坏菌细胞后会释放大量内毒素，一个大肠杆菌细胞内约含有200万个LPS分子。内毒素具有化学异源性，不同来源的内毒素相对分子质量变化范围可从几千到几万，且由于内毒素的两亲性使得它在水中能够形成缔合物，其缔合物的相对分子质量可达400000～1000000。内毒素的化学成份主要是脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)。LPS的分子结构非常复杂，而且不同的GNB，它的LPS化学组成也各不相同。LPS的化学结构主要分为两部分：多糖和类脂A(LipidA)。

内毒素的主要结构类脂A中含有多个磷酸根结构，因而具有较低的等电点，它的等电点只有3.1。在通常的pH条件下(pH＞3.1)，内毒素带有部分的负电荷。类脂A(LipidA)由氨基葡萄糖、磷酸根、10～18碳的长链脂肪酸组成，它与可溶性的O-侧链及核心分离后即难溶于水。游离后的类脂A可自身凝聚成高分子复合体，其相对分子质量大小不等，同时含有疏水性的中心及亲水性的边沿，是一种双性分子，又是酸碱两性分子，类脂A的独特结构使细菌内毒素具有多种生物活性。

内毒素对哺乳类动物有很显著的致热性，少量的内毒素(2ng/kg体重)静脉注射就可以引起发烧，大剂量时可以引起血液循环障碍和内毒素休克。在正常人体内，肝脏在内毒素的清除与解毒过程中起着重要作用，使血液中的内毒素含量保持在较低水平。如果肝功能严重受损，经肠道吸收的内毒素就可通过肝脏进入体内循环，形成内毒素血症，进而加重肝脏损害，并引起肾功能减退等。据文献报道，败血症、尿路感染、脑膜炎、重症肝病、血栓性脉管炎等疾病都可能与内毒素有关。因此国家药典对药品或制剂中的内毒素的含量有严格的规定。

内毒素的化学本质说明了从水溶液中将其消除是个难题。内毒素的热稳定性极高，在250℃干热下长达1h才会被分解。内毒素对pH值变化也不敏感，但高浓度的酸或碱可使之失活。内毒素分子由于具有磷酸基团而带负电荷，因此理论上可以用带正电荷的吸附剂来去除，如采用阴离子交换色谱来去除内毒素。然而，实际上这种结合效果不佳。其原因一方面是天然存在的内毒素分子上所携带的磷酸基团(负电荷)已经被阳电荷的离子(Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺等)或多胺(尸胺、精胺、亚精胺、乙醇胺)等中和；另一方面，在自然界中内毒素并不以单一分子存在，而是以相对分子质量不等的集聚体存在，内毒素分子与本身所携带的负电荷参与了聚合体的形成，很少有游离的负电荷暴露在集聚体外表；再者，溶液中往往还存在有其他带负电荷的物质，导致内毒素难以完全分离。因此，在溶液中去除内毒素污染或消除内毒素便成了生物研究中的一个难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种高效去除重组白介素-2内毒素的方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种去除重组白介素-2内毒素的方法，所述去除重组白介素-2内毒素的方法包括如下步骤：

S1、在重组白介素-2样品Ⅰ中添加阴离子助溶剂十二烷基硫酸钠(SDS)，混匀后调节pH至7.0～7.5，形成重组白介素-2样品Ⅱ；

S2、在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为0.8～1.2mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ，将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附；

S3、采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，所述平衡液中含有浓度为0.8～1.2mol/L的氯化钠，然后采用洗脱液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液。

本发明通过采用DEAE阴离子交换填料同时吸附IL-2样品中的IL-2和内毒素，为了提高IL-2的溶解性，在IL-2样品中添加有助溶剂SDS，会附带有SDS，然后采用平衡液洗去SDS，再采用Tris缓冲液解离IL-2，从而将内毒素和IL-2分离开，获得具有低内毒素的IL-2产品。在获得具有低内毒素的IL-2产品后，对色谱柱进行再生处理，从而使得色谱柱可循环使用。

IL-2的等电点约为6.5，疏水性强，在中性或偏碱性水性溶液中会聚合沉淀，不易溶解，IL-2浓度越高越容易沉淀。本发明在重组白介素-2样品Ⅰ中添加SDS，IL-2分子与SDS充分结合形成带负电荷的IL-2-SDS复合物，复合物所带的负电荷大大超过IL-2分子原有的电荷量，消除了不同IL-2分子之间原有的电荷差异，从而增加了IL-2在弱碱性条件下的溶解性，也增加了IL-2在阴离子填料上的吸附，同时也增加了在含NaCl条件下内毒素在阴离子填料的保留强度。如不添加SDS，本申请的IL-2难以溶解并进行下一步骤。

另外，本发明上样吸附前在重组白介素-2样品中加入0.8～1.2mol/L氯化钠，氯化钠是离子化合物，带正电荷的钠离子能有效减弱带负电荷的SDS与DEAE阴离子填料表面发生强吸附，避免SDS优先占用吸附面积，导致IL-2吸附量下降，同时避免了因SDS与填料吸附后累积解离后高浓度的SDS随IL-2一同洗脱出来，影响IL-2活性的稳定，同时也避免了SDS在填料的残留增加IL-2在填料的保留强度，从而影响IL-2的回收率。

作为优选，所述游离吸附浓缩重组白介素-2复性液的方法还包括采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液的预备步骤，以形成重组白介素-2样品Ⅰ。

进一步优选，所述游离吸附浓缩重组白介素-2复性液的方法还包括去除重组白介素-2发酵液中的杂蛋白、核酸的中间步骤。

本发明的重组白介素-2样品Ⅰ为采用基因工程菌生产的发酵液，通常为除去诸如杂蛋白和核酸的发酵液产物。

作为优选，步骤S1所述阴离子助溶剂的加入量为重组白介素-2样品Ⅰ的0.03～0.07wt％。

作为优选，所述重组白介素-2样品Ⅰ通过添加NaOH溶液调节PH至7.0～7.5。

作为优选，步骤S1在所述调节pH至7.0～7.5之后还有透析的步骤，所述透析液的组分及其含量为：8～12mmol/L、PH为7.0～7.5的Tris-HCl缓冲液，0.03～0.07wt％SDS。

在去除杂蛋白和核酸等杂质的过程中往往会引入一些如乙醇等有机溶剂，如不去除会减弱弱阴离子高效液相色谱柱对IL-2和内毒素的吸附功能。

作为优选，步骤S2所述阴离子高效液相色谱柱采用DEAE阴离子交换填料。

本发明优选DEAE阴离子交换填料作为吸附填料，其在本发明的吸附环境条件下对IL-2和内毒素均有较好的吸附性能，并且在洗脱时采用不同的试剂能将IL-2和内毒素分别洗脱。

作为优选，步骤S2所述DEAE阴离子交换填料的粒度为4～6μm。

本发明通过将填料粒度限定在较小的范围内，提高了填料的表面面积，从而提升了对IL-2和内毒素的截量。

作为优选，步骤S2所述弱阴离子高效液相色谱柱的柱尺寸为直径40mm×L250mm。

作为优选，步骤S3所述平衡液包括的组分及其含量如下，

Tris-HCl缓冲液：8～12mmol/L，PH为7.0～7.5，

NaCl：0.8～1.2mol/L。

作为优选，步骤S3所述洗脱液为Tris-HCL缓冲液，PH为7.0～7.5。

作为优选，所述去除重组白介素-2内毒素的方法还包括柱再生的步骤，具体为在所述第二次洗脱之后依次用40～60℃纯净水、1.4～1.6mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗，其中，40～60℃纯净水清洗5个柱体积。

本发明对色谱柱进行再生的过程中，先采用40～60℃纯净水对色谱柱进行清洗，以洗去和填料强吸附的SDS，再采用更高浓度的NaCl溶液对色谱柱进行清洗，将内毒素洗脱，从而使色谱柱获得再生。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用弱阴离子高效液相色谱柱对重组白介素-2样品中的重组白介素-2和内毒素进行吸附，然后采用不同试剂对重组白介素-2和内毒素分别进行洗脱解离，可高效去除；

(2)本发明选用DEAE阴离子交换填料作为弱阴离子高效液相色谱柱的填料，可有效吸附重组白介素-2和内毒素，并在特定试剂下对二者进行分别洗脱解离；

(3)本发明通过优选DEAE阴离子交换填料的粒径的优选，提高了填料的表面面积，从而提升了对目标物的截量；

(4)本发明通过助溶剂SDS的添加，提高了重组白介素-2在弱碱性环境下的溶解性，同时也增加了重组白介素-2和内毒素在含NaCl条件下在阴离子填料上的保留强度，从而在洗脱SDS的同时能够将重组白介素-2和内毒素保留，以便于后续分离；

(5)本发明通过在重组白介素-2样品中添加NaCl至特定浓度，有效减弱了SDS与DEAE阴离子填料表面发生强吸附；

(6)本发明通过在将重组白介素-2解离后对DEAE阴离子液相色谱柱进行再生处理，使得色谱柱能够循环使用。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本实施例中去除重组白介素-2内毒素的方法，具有如下步骤：

(1)采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液，去除重组白介素-2发酵液中的杂蛋白、核酸，形成重组白介素-2样品Ⅰ；

(2)在重组白介素-2样品Ⅰ中添加0.05wt％的助溶剂SDS，混匀后加入NaOH溶液调节pH至7.5，然后进行透析，透析液采用以下组分及含量：10mmol/L、PH为7.5的Tris-HCl缓冲液，0.05wt％SDS；所得透析液为重组白介素-2样品Ⅱ；

(3)然后在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为1.0mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ；

(4)将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附，阴离子高效液相色谱柱采用粒度为5μm的DEAE阴离子交换填料，柱尺寸为直径40mm×L250mm；

(5)采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，平衡液的组分为：PH为7.5、10mmol/L的Tris-HCl缓冲液，1.0mol/L NaCl；然后采用PH为7.5的Tris-HCL缓冲液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液，即为去除内毒素的重组白介素-2样品；

(6)对弱阴离子高效液相色谱柱进行再生处理，具体为：先采用50℃纯净水将色谱柱洗5个柱体积、再用1.5mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗。

实施例2

本实施例中去除重组白介素-2内毒素的方法，具有如下步骤：

(1)采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液，并去除重组白介素-2发酵液中的杂蛋白、核酸，形成重组白介素-2样品Ⅰ；

(2)在重组白介素-2样品Ⅰ中添加0.07wt％的助溶剂SDS，混匀后加入NaOH溶液调节pH至7.3，然后进行透析，透析液采用以下组分及含量：12mmol/L、PH为7.3的Tris-HCl缓冲液，0.07wt％SDS；所得透析液为重组白介素-2样品Ⅱ；

(3)然后在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为1.2mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ；

(4)将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附，阴离子高效液相色谱柱采用粒度为5μm的DEAE阴离子交换填料，柱尺寸为直径40mm×L250mm；

(5)采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，平衡液的组分为：PH为7.3、12mmol/L的Tris-HCl缓冲液，1.2mol/L NaCl；然后采用PH为7.3的Tris-HCL缓冲液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液，即为去除内毒素的重组白介素-2样品；

(6)对弱阴离子高效液相色谱柱进行再生处理，具体为：先采用55℃纯净水将色谱柱洗5个柱体积、再用1.5mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗。

实施例3

本实施例中去除重组白介素-2内毒素的方法，具有如下步骤：

(1)采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液，并去除重组白介素-2发酵液中的杂蛋白、核酸，形成重组白介素-2样品Ⅰ；

(2)在重组白介素-2样品Ⅰ中添加0.03wt％的助溶剂SDS，混匀后加入NaOH溶液调节pH至7.5，然后进行透析，透析液采用以下组分及含量：8mmol/L、PH为7.5的Tris-HCl缓冲液，0.03wt％SDS；所得透析液为重组白介素-2样品Ⅱ；

(3)然后在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为0.8mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ；

(4)将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附，阴离子高效液相色谱柱采用粒度为5μm的DEAE阴离子交换填料，柱尺寸为直径40mm×L250mm；

(5)采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，平衡液的组分为：PH为7.5、8mmol/L的Tris-HCl缓冲液，0.8mol/L NaCl；然后采用PH为7.5的Tris-HCL缓冲液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液，即为去除内毒素的重组白介素-2样品；

(6)对弱阴离子高效液相色谱柱进行再生处理，具体为：先采用60℃纯净水将色谱柱洗5个柱体积、再用1.4mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗。

实施例4

本实施例中去除重组白介素-2内毒素的方法，具有如下步骤：

(1)采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液，并去除重组白介素-2发酵液中的杂蛋白、核酸，形成重组白介素-2样品Ⅰ；

(2)在重组白介素-2样品Ⅰ中添加0.06wt％的助溶剂SDS，混匀后加入NaOH溶液调节pH至7.4，然后进行透析，透析液采用以下组分及含量：9mmol/L、PH为7.4的Tris-HCl缓冲液，0.06wt％SDS；所得透析液为混匀形成重组白介素-2样品Ⅱ；

(3)然后在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为1.1mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ；

(4)将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附，阴离子高效液相色谱柱采用粒度为5μm的DEAE阴离子交换填料，柱尺寸为直径40mm×L250mm；

(5)采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，平衡液的组分为：PH为7.4、9mmol/L的Tris-HCl缓冲液，1.1mol/L NaCl；然后采用PH为7.4的Tris-HCL缓冲液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液，即为去除内毒素的重组白介素-2样品；

(6)对弱阴离子高效液相色谱柱进行再生处理，具体为：先采用40℃纯净水将色谱柱洗5个柱体积、再用1.6mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗。

对比例1

重组白介素-2样品Ⅱ中不加氯化钠，直接通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附，其他与实施例1相同。

对比例2

重组白介素-2样品Ⅱ中加氯化钠至其浓度为0.7mol/L，其他与实施例1相同。

对比例3

采用凝胶渗透法去除重组白介素-2样品Ⅰ中的内毒素，具体为将重组白介素-2样品Ⅰ加入到凝胶S200柱中进行分离，柱尺寸为直径50mm×L1200mm，进样体积50ml，进样量不大于200mg，流动相为10％乙腈+0.01％TFA，分离流速为120ml/hr。。

将本发明实施例1～4、对比例1～3中制得的去除内毒素的重组白介素-2样品的特征进行比较，比较结果如表1所示。其中内毒素含量采用鲎试剂进行检测，实施例1～4、对比例1～2中的内毒含量结果为100万IU重组白介素-2中内毒素含量，对比例3中的内毒素含量为10万IU重组白介素-2中内毒素含量，回收率＝进样总蛋白量/第二次洗脱的洗脱液中总蛋白量×100％。

表1：实施例1～4、对比例1～3中制得的重组白介素-2样品的特征的比较

由表1可知，本发明制得的去除内毒素的重组白介素-2样品，检测结果显示制得的100万IU重组白介素-2中的内毒素含量小于0.25EU，优于国家标准要求的分装剂量内毒素小于10EU/ml，且优于其他方法，如对比例1中采用凝胶渗透法去除重组白介素-2样品Ⅰ中的内毒素，其原理是按分子量大小进行内毒素的分离，其内毒素去除效果最高只能达到10万IU小于鲎试剂0.25EU，且离速度慢，进样量受限，最大5mg/ml的白介素-2浓度只能上柱体积的2～5％。同时，本申请的方法具有较高的白介素-2回收率，可大于95％。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，所述去除重组白介素-2内毒素的方法包括如下步骤：

S1、在重组白介素-2样品Ⅰ中添加阴离子助溶剂十二烷基硫酸钠(SDS)，混匀后调节pH至7.0～7.5，形成重组白介素-2样品Ⅱ；

S2、在重组白介素-2样品Ⅱ中加入氯化钠至其浓度为0.8～1.2mol/L，形成重组白介素-2样品Ⅲ，将所述重组白介素-2样品Ⅲ通过弱阴离子高效液相色谱柱进行动态吸附；

S3、采用平衡液对弱阴离子高效液相色谱柱进行第一次洗脱，所述平衡液中含有浓度为0.8～1.2mol/L的氯化钠，然后采用洗脱液进行第二次洗脱，收集第二次洗脱的洗脱液。

2.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，所述去除重组白介素-2内毒素的方法还包括采用大肠杆菌生产重组白介素-2发酵液的预备步骤，以形成重组白介素-2样品Ⅰ。

3.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，步骤S1所述阴离子助溶剂的加入量为重组白介素-2样品Ⅰ的0.03～0.07wt％。

4.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，步骤S2所述阴离子高效液相色谱柱采用DEAE阴离子交换填料。

5.根据权利要求4所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，步骤S2所述DEAE阴离子交换填料的粒度为4～6μm。

6.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，步骤S3所述平衡液包括的组分及其含量如下，

Tris-HCl缓冲液：8～12mmol/L，PH为7.0～7.5，

NaCl：0.8～1.2mol/L。

7.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，步骤S3所述洗脱液为Tris-HCL缓冲液，PH为7.0～7.5。

8.根据权利要求1所述去除重组白介素-2内毒素的方法，其特征在于，所述去除重组白介素-2内毒素的方法还包括柱再生的步骤，具体为在所述第二次洗脱之后依次用40～60℃纯净水、1.4～1.6mol/L NaCl溶液对色谱柱进行清洗。