CN114848827B - 烟曲霉Bir1抑制剂与唑类药物的联合应用 - Google Patents

烟曲霉Bir1抑制剂与唑类药物的联合应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了烟曲霉Bir1抑制剂联合唑类药物在制备预防和/或治疗侵袭性曲霉病药物中的应用,其相应的药物组合物,试剂盒。本发明发现将烟曲霉菌株中Bir1编码基因片段敲除后,其生长受限、致病性减弱,且对伏立康唑敏感性增强。为烟曲霉所致感染提供一个新的抗真菌药物靶点,具有十分重要的科学意义和临床价值。

Description

烟曲霉Bir1抑制剂与唑类药物的联合应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及烟曲霉Bir1基因敲除在提高其对唑类药物敏感性中的应用。
背景技术
随着抗肿瘤治疗、实体器官移植、造血干细胞移植(HSCT)的不断实施,糖皮质激素及广谱抗生素的广泛应用,侵袭性曲霉病(Invasive aspergillosis,IA)发生率不断升高,已经成为各种重症免疫受损机体中最常见的机会性感染之一。IA死亡率较高,在白血病和HSCT受者中致死率常超过90%。除了与机体免疫防御能力严重受损密切相关之外,曲霉耐药、抗真菌药物疗效不佳是IA高死亡率另一个的重要原因。美国感染病协会发表的最新曲霉病治疗指南推荐用于治疗IA的药物有两性霉素B及其脂质体、伊曲康唑、伏立康唑、泊沙康唑以及棘白菌素类药物卡泊芬净等。其中一线药物伏立康唑对IA的有效率仅有52.8%。因此,探索新的抗真菌作用靶点以及新的治疗策略显得尤为重要。
凋亡抑制因子(inhibitor of apoptotic proteins,IAPs)是一类重要的抗细胞凋亡因子,该家族结构的共同特点是N端含有1个或3个杆状病毒IAP重复序列(baculoviralIAP repeat,BIR),C端包含或不包含1个指环样结构域。IAP广泛存在于病毒、细菌、昆虫和哺乳动物中。在酿酒酵母中,仅有一个含有BIR的蛋白,即Bir1。Bir1最初被认为和酵母细胞的有丝分裂相关,后来研究发现Bir1也参与调控酵母细胞的凋亡。此外,Bir1敲除株的酵母细胞不仅对外界环境的氧化压力高敏感,而且敲除株细胞内ROS的水平增加。烟曲霉是IA的主要病原菌,我们通过同源性比较发现,烟曲霉Bir1与酿酒酵母的Bir1有较高同源性。
因此,充分发掘烟曲霉Bir1的功能、应用对于指导IA的治疗具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题,本发明第一方面提供了烟曲霉Bir1抑制剂联合唑类药物在制备预防和/或治疗侵袭性曲霉病药物中的应用。
在某些实施方式中,所述Bir1抑制剂包括siRNA、疫苗、靶向药物、小分子化合物。
在某些实施方式中,所述唑类药物为伏立康唑。
本发明第二方面提供了用于侵袭性曲霉病预防或治疗的药物组合物,所述药物组合物包括烟曲霉Bir1抑制剂和伏立康唑,以及任选的药学上可接受的载体。
在某些实施方式中,所述烟曲霉Bir1抑制剂和伏立康唑可同时或先后施用。
本发明第三方面提供了一种试剂盒,包括本发明第二方面所述的用于侵袭性曲霉病预防或治疗的药物组合物以及任选的使用说明书。
本发明第四方面提供了一种用于侵袭性曲霉病预防或治疗的试剂盒,所述试剂盒包括烟曲霉Bir1抑制剂和伏立康唑,以及任选的使用说明书。
在某些实施方式中,所述烟曲霉Bir1抑制剂和所述伏立康唑可以同时或先后施用。具体地,所述试剂盒使用时可以先施用烟曲霉Bir1抑制剂、后施用伏立康唑,也可以先施用伏立康唑、后施用烟曲霉Bir1抑制剂,也可以Bir1抑制剂和伏立康唑同时施用。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明发现将烟曲霉菌株中Bir1编码基因片段敲除后,其生长受限、致病性减弱,且对伏立康唑敏感性增强,说明Bir1及其编码基因与烟曲霉生长发育及烟曲霉抵抗伏立康唑有密切关系。本发明为烟曲霉所致感染提供一个新的抗真菌药物靶点,具有十分重要的科学意义和临床价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更显著:
图1显示菌落形态。A,AF293.B,Δbir1,C,△bir1::bir1+,D,PtoxA-bir1
图2显示菌丝形态。A,AF293.B,Δbir1,C,△bir1::bir1+,D,PtoxA-bir1
图3显示分生孢子头形态。A,AF293.B,Δbir1,C,△bir1::bir1+,D,PtoxA-bir1
图4显示生长曲线。
图5显示E-test结果。其中,ITC为伊曲康唑;VRC为伏立康唑;POS为泊沙康唑。
图6显示大蜡螟体内研究结果。其中,ITC为伊曲康唑;VRC为伏立康唑;POS为泊沙康唑。A,不同菌株感染大蜡螟死亡率;B,不同菌株感染大蜡螟并经伊曲康唑治疗的死亡率;C,不同菌株感染大蜡螟并经伏立康唑治疗的死亡率;D,不同菌株感染大蜡螟并经泊沙康唑治疗的死亡率。****,P<0.0001;***,P<0.001;**,P<0.01;*,P<0.05。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。
实施例1实验材料
1.1菌株和质粒
烟曲霉(Aspergillus fumigatus)AF293用于DNA克隆复制及野生株对照。烟曲霉菌株△KU80pyrG-,编号A1160,购自美国真菌遗传保存中心(Fungal Genetics StockCenter,网址为http://fgsc.net/);该菌株为嘧啶营养缺陷株,用于转化。烟曲霉菌株Δbir1,为Bir1编码基因敲除株;烟曲霉菌株△bir1::bir1+,为Bir1编码基因回复株;烟曲霉菌株PtoxA-bir1,为Bir1编码基因多拷贝株,此三株均为本研究中构建的菌株。
质粒pVG4.1,购自美国真菌遗传保存中心,该质粒含有pyrG基因。 Simple Cloning Vector,用于构建敲除质粒。质粒pCT74,购自湖南丰晖生物科技有限公司,该质粒含有潮霉素耐药基因及荧光片段,用于构建回复质粒。
1.2抗真菌药物
伊曲康唑、伏立康唑、泊沙康唑,均购自美国公司。
1.3试剂盒
限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶Ⅱ、 Buffer、/> PCRPurification Kit PCR产物纯化试剂盒、/> Gel Extraction Kit、/>Plasmid Mini Kit、/> Fungal DNA Kit、EasyPure Plant Genomic DNAKit、TransTaq High Fidelity(HiFi)PCR SuperMix、琼脂糖凝胶回收试剂盒、DDH2O、Hieff Plus One Step Cloning Kit一步法快速克隆试剂盒、含正确抗性的培养基。
实施例2bir1敲除菌株的构建和鉴定
提取烟曲霉野生株AF293基因组DNA(EasyPure Plant Genomic DNA Kit,购自北京全金氏生物技术有限公司)。通过PCR扩增bir1(Genbank编号3509782)基因上游(引物AfBirF和AfBirR)和下游非编码区片段(引物AfBirdoF和AfBirdoR);通过PCR扩增pVG4.1载体中的pyrG基因(引物AfpyrGF和AfpyrGR)。引物序列见表1。PCR扩增使用试剂盒为TransTaq High Fidelity(HiFi)PCR SuperMix,购自北京全金氏生物技术有限公司。将扩增后的bir1上下游片段及pyrG基因整合连接至克隆载体 Simple CloningVector中,使用BamHI内切酶和T4连接酶,购自北京全金氏生物技术有限公司。
通过电转染法将上述敲除载体转入烟曲霉菌株△KU80pyrG-中。方法如下:在含有尿嘧啶的察氏琼脂平板上(海博生物公司)37℃下3-4天培养并收集烟曲霉菌株△KU80pyrG-分生孢子(107孢子/ml),并在1×mM PBS中重悬。用125ml含有尿嘧啶的察氏液体培养基接种洗过的分生孢子;在37℃下,以300rpm旋转振动生长4小时。然后,4℃ 4000×g离心5分钟收集膨胀的孢子;将孢子重悬于200ml冰水中,4℃ 4000×g离心5分钟。孢子在12.5mlYED(1%酵母提取物,1%葡萄糖,20mM HEPES,调整pH至8.0)中重悬,在30℃下100rpm/min的旋转摇床上孵育60min后4000×g离心5min。在1ml冰冷EB(10mM Tris-HCl pH7.5,270mM蔗糖,1mM醋酸锂)中以109孢子/ml重悬孢子,并在冰上保存。将50ml的分生孢子悬浮液与1~2μg上一步重组质粒DNA混合,EP管中总量共60μl,放在冰里15min。将悬浮液转移到0.2cm电穿孔比管中,用Bio-rad电穿孔仪电穿孔(1kV,400W,25μF)。迅速加入1ml冰冻的YED,转移到预冷的15ml无菌管中,冷藏15min。在旋转振动筛上以100rpm的转速在30℃下孵育90min,管子置于水平位置。将100、200μl涂于无尿嘧啶的察氏琼脂平板上,37C孵育。在37℃下36-48小时后观察转化子生长情况。
将生长出来的菌落用无菌枪头挑起,转到察氏培养基上培养2-3天,重复两次后,取最后一次的转化子,提取DNA;通过PCR验证(引物Check-AfF和Check-AfR)。引物序列见表1。
实施例3bir1回复株及多拷贝株的构建
3.1构建BIR回复质粒
使用 Plasmid Mini Kit(翌圣生物科技有限公司)提取pCT74的质粒DNA后,使用双酶切方法,将1ul Xho1和1ul EcoR1(New England biolabs-China,Co.,Ltd,China)与43ul pCT74质粒DNA配置成50ul的体系,放入37℃中,反应2小时。待反应完成后取50~100ul产物进行电泳跑胶,在3000bp处显示有明亮条带,切胶纯化。
使用 Fungal DNA Kit(翌圣生物科技有限公司)提取烟曲霉AF293总DNA扩增bir1基因(包含编码区、上游的启动子区域和下游的终止子区域),基因编码区使用引物AfBir-Rec-F和AfBir-Rec-R扩增,条带大小3000bp,见表1。完成后取10ul进行电泳跑胶,在3000bp处显示有明亮条带,并切胶纯化。
取1ul线性化pCT74的质粒DNA和9ul的bir1基因片段与10ul 2×Hieff CloneEnzyme Premix和20ulDD水配置成40ul的体系,通过Hieff Plus One StepCloning Kit(翌圣生物科技有限公司)完成重组,导入感受态细胞。将感受态细胞涂布于含有40ug/ml潮霉素的LB培养皿上进行筛选。阴性对照组未生长,重组反应可以正常生长。挑取单克隆,并送上海生工测序验证。重组质粒pCT74-birREC测序结果序列如SEQ ID NO:11所示。
3.2构建bir1回复株及多拷贝株
将pCT74-birREC导入Δbir1原生质体。取150ul 1×109/ml的烟曲霉Δbir1菌液加入到250ml沙氏培养液(海博生物公司)中,放置到37℃,120rpm摇床中孵育48小时。为得到浓度较高的Δbir1原生质体需在陈酿酶、KCl和CaCl2的作用下消化8.5小时。通过聚乙二醇(0.6M KCl,50mM CaCl2,40%(w/v)聚乙二醇4000)促融法,将重组DNA与原生质体融合涂布在含有200mg/l潮霉素的潮霉素培养皿上37℃避光孵育3~5天。观察到潮霉素培养皿中有菌落生长后,继续在潮霉素培养皿中传代转化2次及在SDA培养皿上转化1次。挑取部分菌落在荧光显微镜下观察。并使用Check-AfF和Check-AfR对将Δbir1、AF293、回复株△bir1::bir1+进行PCR验证。
将上述步骤中Δbir1原生质体换成AF293,且消化反应时长为3小时。构建多表达株PtoxA-bir1。
实施例4转化子形态学观察
4.1菌落形态学
分别取10ul终浓度为1~5×104spores/ml AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1悬浮液点涂于沙氏固体培养基的中心。37℃孵育48H,测量并读取菌落直径。
4.2荧光显微镜下形态学
挑取上述四种菌落于载玻片上,加入荧光液在荧光显微镜的40倍镜下观察。
4.3小培养
用无菌镊子取无菌小培养钢环,环的两面分别蘸取熔化的固体石蜡,平置于无菌载玻片上,另取一无菌盖玻片,在酒精灯火焰上加热后覆盖于钢环上,待冷后,小培养钢圈即被固定于载玻片与盖玻片之间。
用注射器吸取融化的SDA固体培养基,从钢环上端孔注入,注入量占容积的1/2。
培养基冷却凝固后,分别取10ul终浓度为1-5×104spores/ml AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1悬浮液接种于环内培养基上。37℃下培养48小时,镜下观察真菌菌丝、分生孢子头等特征。
图1、图2、图3显示了转化子形态学观察结果。可以看出,相比AF293,敲除株Δbir1生长速度下降,多拷贝株PtoxA-bir1菌落生长速度增快(图1)。荧光镜下敲除株Δbir1菌丝密度显著下降。回复株菌丝密度较AF293相仿;多拷贝株PtoxA-bir1菌丝密度较AF293有所增加(图2)。小培养可见敲除株Δbir1分生孢子头形态不规则,回复株、多拷贝株分生孢子头形态较AF293无异(图3)。
实施例5转化子生长曲线
分别取150ul终浓度为1~5×104spores/ml AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1菌悬液加入50ml SAB液体培养基中。在37℃120转的摇箱中孵育。每间隔1小时取1ml的四种均匀混合的菌株悬浮液,放置于4℃冰箱保存。连续测24小时。将间隔时间取到的菌液用酶标仪测量405nm吸光度,绘制生长曲线。
结果显示在图4中,可以看出,生长速度:PtoxA-bir1>AF293>△bir1::bir1+>Δbir1;PtoxA-bir1生长速度显著大于AF293、Δbir1、△bir1::bir1+(P<0.0001);AF293生长速度显著大于Δbir1(P<0.0001)、△bir1::bir1+(P<0.05);△bir1::bir1+生长速度显著大于Δbir1(P<0.0001)。
实施例6转化子体外药物敏感性实验
6.1微量液基稀释法
ITC、VRC、POS的工作浓度范围为0.06-8ug/ml。分别取100ul在水平方向加入到96孔板。再分别取100ul终浓度为1-5×104spores/ml的AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1菌悬液分别在水平方向加入上述配置好的96孔板中。35℃孵育48H后读取结果。重复三次。由表2可以看出,Δbir1对VRC的敏感性较AF293增高了四倍;PtoxA-bir1对VRC的敏感性降低了两倍,Δbir1::bir1+与AF293药物敏感性相同。
表2液基微量稀释法结果
备注:ITC伊曲康唑;VRC伏立康唑;POS泊沙康唑
6.2E-test药物敏感实验
分别用棉签将终浓度为1×106spores/ml AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1菌悬液均匀涂布于1640固体培养基上(2%葡萄糖,经MOPS缓冲的RPMI1640,PH7.0)。将含ITC、VRC、POS的E-test检测带贴于培养基上。37℃孵育48H后读取结果。通过测量读取抑菌圈与E-test检测带底部切迹处的数值判断药物敏感性。由图5可以看出,AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1对ITC的MIC均为3μg/ml;AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1对VRC的MIC分别为0.125μg/ml、0.06μg/ml、0.125μg/ml、0.25μg/ml;AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1对POS的MIC分别为0.19μg/ml、0.25μg/ml、0.25μg/ml、0.25μg/ml。
实施例7转化子大蜡螟生存曲线
利用大蜡螟构建烟曲霉AF293、Δbir1、△bir1::bir1+、PtoxA-bir1感染模型,并检测体内药物(伊曲康唑、泊沙康唑、伏立康唑)敏感性。使用大蜡螟六龄幼虫,20只为一组。准备浓度为1×108spores/ml的烟曲霉菌悬液。共包括如下处理组:盐水组、孢子感染组、孢子感染+抗真菌药物干预组、无处理组。使用25gauge,50ul注射器进行接种菌悬液和药物或对照溶液。孢子悬液接种量为10uL/只;药物接种量均为0.5g,接种孢子后2小时接种。所有大蜡螟观察120小时,每24小时记录大蜡螟存活情况。每组试验重复3次。结果见图6。感染组体内研究显示,敲除株感染组死亡率较AF293、回复株及多拷贝株感染均显著降低(P<0.0001);AF293感染组死亡率与回复株无统计学差异,与多拷贝株相比,显著降低(P<0.05);回复株感染组在死亡率较多拷贝组显著降低(P<0.05)。VRC干预组体内研究显示:敲除株感染组死亡率较AF293、回复株及多拷贝株感染均显著降低(P<0.001);AF293感染组死亡率与回复株无统计学差异,与多拷贝株相比,显著降低(P<0.05);ITC干预组体内研究显示:敲除株感染组死亡率较回复株及多拷贝株感染显著降低(P<0.01);POS干预组体内研究显示:敲除株感染组死亡率较AF293组显著降低(P<0.05)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这中叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
SEQUENCE LISTING
<110> 荆州市中心医院(长江大学附属荆州医院)、复旦大学附属中山医院
<120> 烟曲霉Bir1抑制剂与唑类药物的联合应用
<130> 202204
<160> 11
<170> PatentIn version 3.3
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aaagctagcg catgcaggat tctactacaa tccctacgag accaatcccg ataacacaac 240
atgttacttg tgccagcgcg ctctcgatgg gtgggagccg gaggataacc cgattactga 300
gcaccttaaa cactcaaagg attgcggatg ggctattatg atggacatcg agcagcatag 360
ctcaaatccc gctgaaattg aagatccaac aagcgaaagg atagcgcagg caagacaagc 420
cacttttggc gatcaatggc cacacgatgg caaacggggc tgggtttgcc agtctgaaaa 480
ggtagtgttc gacatgttct caattccaaa gcgcagttta tcagcctctt gagcttgcaa 540
cctaatattt gcgtccatga cagatggtgg aaggtggatg gtacttttgt ccgactgagg 600
agagcaatga tttagccagt tgtgcttact gtaaactgtc tctcgacgga tgggaaccca 660
aagatgaccc tttgtcagtg cctcatcgct ccttcccact tgatattcac tgacttgcct 720
agtgaggagc actaccgacg gtcatcggat tgttcgttct ttgtctttgc ccagcctcct 780
gggaagaagt caaaatcttc tcgatcaaaa aagtctcgag tttcaaaagc gtcgtctcgt 840
ctctcgaccc agtctacagt atcggaagcg cccatgaccg cgcttgacaa ccaaatggat 900
gaggatgata ttcctcagcc accagcaaaa acgaaagcct caaagaaggc atcaaaatcc 960
aaatcgaaga ccttgaaatc taagaaggat gatactctgg agcctgataa ccagatggag 1020
gtagacacca tggaatatgt ccaacccgaa cctgccaaac ccaagcggac cagaggcaag 1080
aaaaggtcta gcgaggaaat ggatccagaa gagtctaaca tagctattgc tgaaaacatt 1140
caccaatccg aacctccgac caagaagaga gcgacgaagt cgcgcagcag cgctattcag 1200
cgagaagaaa gcactcgcgg tgacgttgct attgcagaag tgcatgaaga ggacgaagag 1260
gccttgctcg aagctgaagc taagaaaggg cgcgcgacca ccaagaagac atcatccaaa 1320
agtcggaagg tttcagaggg ttcattggca gaaaaggcgg ctctggaagc tcggttaccg 1380
cgagattccg agctggatgc agcaattgta gccgaactcg aagccgagga gcccatggcc 1440
gaagagtctc cggcagagac acacaagtct tcgaagaaat cgaagtccaa aaagaaaaca 1500
aagaaggccg cagaagagcc acccaaggtg cagcacgata ctgtcgagcg aaacgaagag 1560
caggagttgc gtcgagttga cgacgatgaa tttatctata ggcggacaag tgacattcag 1620
ttgccggccg agcagccgaa accagctaaa tccgctacca agcaaaaaac ctcaaaagag 1680
gaaaggcttt cagaaaagaa gacacccgag tcacctagga gtcgcccagc aactatggtt 1740
gactcgccag aagttgaagc tgaagctgat cgcaggcacc aaagatctct cgtgtcggtg 1800
gaggtaacag cgagggatcc agagcaagac ttcgaacccg aaaggagaga tagtggttct 1860
caaatgaaga aagcgaccaa gaagtcctcg accagcaaag cgaagaaaac tagtcacaca 1920
agggccacat ctccagagtc tggaaatcct gcatccgaaa ggcctgatac aaggcatagt 1980
ttgaagcagg ag 1992

Claims (3)

1.烟曲霉Bir1抑制剂联合唑类药物在制备预防和/或治疗侵袭性曲霉病药物中的应用;所述唑类药物为伏立康唑;所述Bir1抑制剂为siRNA、疫苗、靶向药物、小分子化合物。
2.用于侵袭性曲霉病预防或治疗的药物组合物,其特征在于,所述药物组合物由烟曲霉Bir1抑制剂和伏立康唑,以及任选的药学上可接受的载体组成;所述Bir1抑制剂为siRNA、疫苗、靶向药物、小分子化合物。
3.用于侵袭性曲霉病预防或治疗的试剂盒,其特征在于,包括权利要求2所述的用于侵袭性曲霉病预防或治疗的药物组合物以及任选的使用说明书。
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Non-Patent Citations (1)

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Title
Sterilizing immunity in the lung relies on targeting fungal apoptosis-like programmed cell death;Neta Shlezinger 等;《Science》;第357卷(第6355期);第1-11页 *

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