CN1528887A - 肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种靶向肿瘤的双基因-病毒的构建方法,其主要是将两个不同的肿瘤靶向基因克隆进质粒的多克隆位点,两基因以连接物连接后用限制性内切酶切出双基因表达框,然后插入肿瘤特异性病毒载体中,在将病毒载体转染细胞后得到双基因-病毒。本发明构建的肿瘤靶向双基因-病毒由于携带两个抗癌基因,且两个基因具有互补或协同的功效选择两个基因,因此可大大增强抗癌能力,此法克服了不携带或携带单基因载体抗癌效果不显著、不彻底等缺点,有很好的抗癌效果,达到全部消灭肿瘤的作用,可以用此方法开发制造出有显著抗癌功效的肿瘤治疗新药。
Description
技术领域:
本发明属于生物技术领域,具体地说,本发明涉及一种肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法。
背景技术:
基因治疗是近十多年兴起的一种生物高技术方案,在整个基因治疗方案中,肿瘤基因治疗方案占60%以上,基因治疗曾被认为是人类最终征服肿瘤的希望。目前作为基因治疗的载体分为病毒型和非病毒型两大类。病毒载体包括:腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒、慢病毒、和疱疹病毒等。病毒载体转染率高,表达时间长,但免疫原性强,有一定危险性。非病毒载体包括:裸露DNA、脂质体和其它物质包裹的DNA。非病毒载体则免疫原性小及安全性好,但转染率低,基因稳定性低,表达时间短。目前使用最多还是病毒载体。病毒载体又有两类:一类可以整合到染色体:如逆转录病毒、腺相关病毒、慢病毒。另一类则不能整合到染色体,如腺病毒、单纯疱疹病毒及EB病毒。在病毒载体中使用最多的还是腺病毒(Adv)载体,Adv有A、B、C、D、E、F等6大类,49个血清型,其中C类血清型2和5用得最多,腺病毒基因组全长36Kb,分早期基因(E)和晚期基因(L),如果将早期基因E1区(约4Kb)缺失掉(有时还加上E3区3.6Kb的部分缺失),则成为第一代基因治疗载体,这是常用的载体。第二代Adv除E1区等缺失外,还有E4、E2A区缺失以降低其免疫原性,但现在很少有人用。第三代无肠腺病毒Gutless Adv(简称为GL-Adv)载体则是将Adv的所有基因全部去除,仅保留两端的反向末端重复顺序(ITR)及装配基因,它没有抗原性,不会被抗体清除掉,故有长期疗效。腺相关病毒(AAV)是一种免疫原性极小的单链DNA病毒,它可以定点插入到染色体上,在目前使用中未发现任何毒付作用和致癌性。逆转录病毒(RTV)、慢病毒、单纯疱疹病毒(HSV)、EB病毒也是较为常用的病毒载体。
基因治疗的载体是将基因送到目的处,以发挥治疗(如抗癌)作用。基因治疗载体是关键,另一要素是基因,有关肿瘤治疗基因可以是抑癌基因、细胞因子基因等。
临床上肿瘤的基因治疗方案有几百种,但没有重大进展,而肿瘤的病毒治疗却取得重大突破。美国ONXY医药公司研制出的突变腺病毒(ONYX-015,也叫dl1520),乃将腺病毒基因组的E1b55K蛋白基因缺失,使得该突变的腺病毒能在p53缺失的肿瘤细胞内进行大量复制,而在正常细胞内不能复制。应用ONYX-015,联合常规的化学疗法治疗头颈癌患者,总有效率达63%(Nature Medicine,6:879,2000)。但单独使用ONYX-015(不与化疗结合),疗效只有15-20%。为了克服单独使用ONYX-015疗效不理想的缺点,刘新垣院士于2000年就提出了肿瘤的基因-病毒治疗策略:肿瘤的基因治疗与病毒治疗相结合的策略(中国肿瘤生物治疗杂志,8(1):1,2001)。即我们首先构建E1B55KDa基因缺失的腺病毒载体ZD55,它与ONYX-015相似,只将基因靶向导入p53缺失的肿瘤细胞,而不进入正常组织细胞,但ZD55含有克隆位点,可以插入外源基因,故比ONYX-015好,我们将不同抗癌杀伤基因装入ZD55载体中构成ZD55-gene,用它进行治疗称之为基因-病毒治疗(Gene-ViroTherapy)。基因-病毒治疗策略已经获得了很好效果,相关内容已经申请了专利。应用此基因-病毒策略时,只用一个基因,但后来发现一个基因还不足以全部消灭肿瘤。为了强化基因-病毒治疗策略,刘院士又创建了双基因-病毒治疗(Dual Gene-ViroTherapy)策略,简单地说此策略是用两个抗癌基因把病毒载体武装起来以杀伤肿瘤,这样就可完全将小鼠身上建立的肿瘤全部消灭光,两个基因从两个不同角度抗肿瘤,则足以全部消灭癌块。这个策略的特点之一是:使用两个基因装在肿瘤靶向载体之中,以全部杀灭肿瘤,即使用的是两个基因而不是一个或三个基因,所用的载体具有肿瘤的靶向性,只杀伤肿瘤组织细胞而不杀伤正常组织细胞。因为一个基因不足以全部杀死癌细胞,但三个或更多基因既是不需要的,也是不现实的,所以两个基因的靶向治疗是最佳选择。这个策略的特点之二是:它有普遍意义,我们可以将构建的肿瘤靶向双基因装到其他载体中去,如AAV、GL-Adv等等,所以它有普遍意义。本专利只包括两个基因的靶向双基因-病毒治疗载体(Targeting Dual Gene-ViroTherapy),不包括一个基因或三个以上的基因-病毒治疗载体。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题就在于将肿瘤的基因治疗与病毒治疗二者的优势结合起来,从而提供一类具有肿瘤靶向,同时又能有效表达两个抗癌基因的重组病毒。
为达到上述目的,本发明提供了一种抗癌靶向双基因-病毒的构建方法,其步骤包括:(1)将两个肿瘤治疗基因克隆进质粒的多克隆位点,两基因之间可用IRES等连接物连接;然后用限制性内切酶切出双基因表达框(它包含CMV启动子、抗癌基因、SV40 poly A尾巴),插入改造好的肿瘤特异性增殖病毒载体中;(2)将改造好的携带肿瘤靶向双基因的病毒载体转染细胞以产生双基因-病毒。
本发明的构建双基因-病毒的方法,可以用于开发有效治疗肿瘤的抗癌新药,也可以与其它化合物组成药物组合物,所述化合物可以是:化学治疗药物;生物毒素;免疫抑制化合物,单克隆抗体等。
本发明的有益效果:
1、本发明提供携带两种抗癌基因的重组病毒,经细胞实验证明,抗癌基因可以特异性地在肿瘤细胞中表达,而不在正常细胞中表达。经动物试验证明,可以用于治疗多种肿瘤;
2、本发明提供了携带两种抗癌基因的病毒构建方法,该方法易于掌握;
3、本发明构建的病毒载体,能够非常方便的装入两种外源抗癌基因;使用这个载体能够构建多种携带抗癌基因的双基因-病毒,为肿瘤的基因-病毒治疗提供良好的基础;
4、本发明构建的基因-病毒,是一种肿瘤特异性病毒,能选择性地在肿瘤细胞内复制增殖和表达所携带的双抗癌基因,故该双基因-病毒具有很高的靶向抗癌作用;
5、本发明构建的多种基因病毒经动物试验证明能选择性的杀死瘤细胞,而不影响正常细胞;基因-病毒表达的抗癌基因能加强病毒的抗肿瘤效果;这种新型的双基因-病毒靶向治疗,能基本上全部消除肿瘤,为今后用于人类肿瘤治疗打下了良好基础。
具体实施方式:
以下通过具体实施例,以对本发明的肿瘤靶向双基因-病毒药物的制备方法作进一步说明。
实验材料及原理:
1、基因:(1)、肿瘤坏死因子超家族中的TRAIL基因;(2)、抑癌基因;(3)、细胞因子基因;(4)、促细胞凋亡基因;(5)、血管抑制基因;(6)、自杀基因;(7)、其他基因。
其中,(1)肿瘤坏死因子基因:肿瘤坏死因子超家族中的一员TRAIL,与细胞表面受体结合后,启动细胞凋亡途径,并选择性地促使肿瘤细胞凋亡;
(2)抑癌基因:抑癌基因包括p53、PTEN、Rb、NF1、VHL、APC,抑癌基因能够抑制肿瘤细胞的生长;
(3)细胞因子基因:白细胞介素-2、-12、-24,粒-单集落刺激因子,干扰素-α、-β、-γ;细胞因子具有杀伤肿瘤细胞,激活免疫细胞,增加造血功能等;
(4)促细胞凋亡基因:TRAIL、Bax、Caspase以及Smac等;细胞凋亡是多细胞生物生命活动的重要途径,细胞凋亡途径的异常是机体肿瘤发生的一个重要机制;抑制了细胞凋亡,肿瘤势必要发生;促细胞凋亡基因可加速肿瘤细胞的凋亡,是基因治疗肿瘤的有效基因;
(5)血管抑制基因:血管生成抑素基因(angiostatin),k5、sflt-1、血管内皮抑素基因(endostatin);血管抑制基因抑制肿瘤新生血管形成,可阻断肿瘤细胞的营养供应,肿瘤因营养不足而萎缩、死亡;
(6)自杀基因:包括大肠杆菌胞嘧啶脱氨酶基因(cd),单纯疱疹病毒的脱氧胸腺嘧啶核苷激酶基因(HSV-tk);
(7)其他基因:血管内皮生长因子可溶性受体sFLT-1基因,可竞争性抑制血管内皮生长因子发挥作用。
2、两个基因之间的连接物:核糖体进入位点(IRES)、(GlyGlyGlyGlySer)3、细胞内源性酶切位点序列等;本发明根据插入的基因的不同,将这一类病毒命名为ZD55-gene1-gene2。
3、肿瘤组织特异性启动子:(1)端粒酶逆转录酶催化亚基基因(hTERT)启动子;(2)甲胎蛋白(AFP)启动子;(3)癌胚抗原(CEA)启动子;(4)前列腺特异性抗原启动子;(5)乳腺癌组织特异性启动子。肿瘤组织特异性启动子的使用,使抗癌基因的表达或病毒的复制特异性地在肿瘤细胞中进行而不在正常细胞内进行。
4、病毒载体:肿瘤特异性增殖腺病毒(包括肿瘤特异性启动子调控的腺病毒hTERT-Adv以及ZD55)、AAV、或者GL-Adv等。
本发明所使用的双基因在功能上是有互补或协同作用的,因此只要选择有协同效应或互补作用的两个基因(不包括一个或三个以上基因)靶向地装在上述各种载体之中,都在我们专利范围之内。
实施例1、双基因-病毒质粒pZD55-TRAIL-Smac的构建
pCA13载体购于加拿大Microbix Biosystem Inc.(Toronto),pCA13含有5型腺病毒基因组序列bp22-5790,并缺失E1区342至3523bp片段,在E1缺失区插入了人巨细胞病毒(HCMV)即早期(IE)启动子(-299-+72)及SV40 poly A加尾信号,在IE启动子与加尾信号之间含有多个多克隆位点,Sal I、Hind III、EcoR I、EcoR V、Xba I、Xho I、BamH I。将由IRES连接起来的基因连接物TRAIL-IRES-Smac,通过基因操作的方法顺向插入到pCA13的多克隆位点,构建成质粒pCA13-TRAIL-Smac,用Bgl II酶切质粒pCA13-TRAIL-Smac从中切出双基因TRAIL-IRES-Smac表达框。这个表达框包含HCMV启动子、TRAIL-IRES-Smac及SV40 polyA尾巴。而后将此表达框克隆进Bgl II单酶切并去磷的pZD55质粒,构建成质粒pZD55-TRAIL-Smac。
质粒载体pZD55的构建是在pXC1质粒(Microbix Biosystem Inc.Toronto)的基础上删除了E1b55Kda基因并引入了Bgl II位点构建而成。
用类似方法构建的质粒还有pZD-55TRAIL-Smac、pZD55-Smac-TRAIL、pZD55-k5-TRAIL、pZD55-TRAIL-k5、pZD55-sflt1-k5、pZD55-k5-sflt1、pZD55-TRAIL-IL-24、pZD55-IL-24-TRAIL、pZD55-TRAIL-IL-12、pZD55-IL-12-TRAIL、pZD55-TRAIL-Omi、pZD55-Omi-TRAIL、pZD55-IL-12-IL-24、pZD55-IL24-IL-12、pZD55-TRAIL-Eorf4、pZD55-Eorf4-TRAIL等。
实施例2、双基因-病毒ZD55-TRAIL-Smac的构建
前面实施例1的pZD55-TRAIL-Smac为质粒,此处实施例2的ZD55-TRAIL-Smac为病毒,二者差一个简写符号p字母。
293细胞株购于加拿大Microbix Biosystem Inc.(Toronto),是由剪切的5型腺病毒DNA转化人胚胎肾细胞而成。它含有表达5型腺病毒的E1区,腺病毒DNA对其具有高转染率。将pZD55-TRAIL-Smac(它含有与腺病毒同源重组的左臂序列)与含有腺病毒骨架DNA的质粒pBHG-E3共转染293细胞株,其具体方法参见Qiagen公司的操作说明。7-14天出现病毒空斑,经过2次病毒空斑纯化,进行扩增,提取重组腺病毒的DNA,进行DNA酶切分析,PCR分析,确定重组正确的腺病毒株。
腺病毒ZD55-TRAIL-Smac在293细胞中大量繁殖,应用氯化铯梯度离心纯化腺病毒。具体操作方法见Microbix Biosystem Inc.的操作说明。
用类似方法构建的重组腺病毒还有ZD55-TRAIL-Smac、ZD55-Smac-TRAIL、ZD55-k5-TRAIL、ZD55-TRAIL-k5、ZD55-sflt1-k5、ZD55-k5-sflt1、ZD55-TRAIL-IL-24、ZD55-IL-24-TRAIL、ZD55-TRAIL-IL-12、ZD55-IL-12-TRAIL、ZD55-TRAIL-Omi、ZD55-Omi-TRAIL、ZD55-IL-12-IL-24、ZD55-IL24-IL-12、ZD55-TRAIL-Eorf4、ZD55-Eorf4-TRAIL等。
实施例3、双基因病毒ZD55-TRAIL-Smac在体外对肿瘤细胞的杀伤能力检测
将ZD55-TRAIL-Smac、ONYX-015、野生型5型腺病毒Ad5分别病毒感染293细胞,肝癌细胞株BEL7404细胞,大肠癌细胞株SW620及正常人胚肺细胞。细胞按2×105/孔接种6孔板,分别感染ZD55-TRAIL-Smac、ONYX-015、Ad5各1×105pfu,48小时后收集整个细胞培养液,3次冻融后用293细胞株测定其病毒滴度。具体方法参见Microbix Biosystem Inc.的操作说明。
实施例4、双基因病毒ZD55-TRAIL-Smac在裸鼠体内治疗肿瘤细胞移植瘤
将4-5周龄的裸鼠皮下接种肝癌细胞株BEL7404,12天后进行动物分组。治疗组给予1×109pfu的双基因病毒ZD55-TRAIL-Smac进行治疗,对照分2组:第1组是磷酸缓冲液(PBS)处理组,第2组用相同剂量的ONYX-015病毒,试验结果表明ZD55-TRAIL-Smac能有效的杀死肿瘤细胞,治疗效果比ONYX-015好很多很多。
实施例5、腺相关病毒(AAV)载体
用肿瘤特异性启动子hTERT替换双基因TRAIL-IRES-Smac等表达框的HCMV启动子,使双基因的表达仅限于肿瘤组织或细胞,其他靶向AVV双基因-病毒以此类推。经过包装滴度可达1012pfu/ml。
实施例6、无肠腺病毒载体
将肿瘤特异性的双基因hTERT-TRAIL-IRES-Smac等表达框或其它hTERT-双基因表达框插入无肠腺病毒载体中,包装成无肠腺病毒。其他靶向双基因的无肠腺病毒以此类推。
实施例7、hTERT-Adv5
加抗癌基因于hTERT-Adv5启动子之前,或者再加上一个抗癌基因于Adv5的E3区也可成为携带双抗癌基因的病毒,其靶向由hTERT控制,则此两个抗癌基因导向肿瘤而不导向正常细胞。
实施例8、肿瘤特异性启动子调控的腺病毒
病毒的复制可受肿瘤特异性启动子的调控。双基因TRAIL-IRES-Smac表达框插入到该病毒的基因组中后,双基因的功能的发挥仅限于某特异性肿瘤组织中。
实施例9、复制缺陷型腺病毒载体
将肿瘤特异性启动子调控的双基因TRAIL-IRES-Smac表达框插入腺病毒载体pCA13中,并与pBHGE3共转染293细胞,用与ZD55-TRAIL-Smac相同的方法构建、扩增、纯化病毒,则得Ad-TERT-IRES-Smac作为对照用。
Claims (8)
1、一种肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于包括下列步骤:
(1)将两个肿瘤治疗基因克隆进质粒的多克隆位点,两基因之间以连接物连接;然后用Bgl II酶切出包含肿瘤特异性启动子、抗癌基因以及polyA加尾信号的双基因表达框,插入肿瘤特异性病毒载体中;
(2)将改造好的携带肿瘤靶向双基因的病毒载体转染细胞以产生双基因-病毒。
2、如权利要求1所述的肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于所使用的两个基因在功能上是有互补或协同作用的,所述基因可以是:(1)肿瘤坏死因子超家族中的TRAIL基因;(2)抑癌基因;(3)细胞因子基因;(4)促细胞凋亡基因;(5)血管抑制基因;(6)自杀基因。
3、如权利要求2所述的肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于所使用的抗癌基因可以是下列基因中的两个基因:p53、PTEN、Rb、NF1、VHL、APC、IL-2、IL-12、IL-24、GM-CSF、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、TRAIL、Smac、Omi、Bax、Caspase-3、Caspase-7、Eorf4、cd、tk、endostatin、angiostatin(k1-4)、k1-3、k5、sflt-1。
4、如权利要求1所述的肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于所使用的病毒载体可以是肿瘤特异性增殖腺病毒,包括肿瘤特异性启动子调控的腺病毒以及ZD55,也可以是AAV,GL-Adv,也可以是复制缺陷型腺病毒。
5、如权利要求1所述的肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于肿瘤特异性启动子可以是:(1)端粒酶逆转录酶启动子;(2)甲胎蛋白启动子;(3)癌胚抗原启动子;(4)前列腺特异性抗原启动子;(5)乳腺癌组织特异性启动子。
6、如权利要求1所述的肿瘤靶向双基因-病毒的构建方法,其特征在于双基因之间的连接物可以是核糖体进入位点、(GlyGlyGlyGlySer)3或细胞内源性酶切位点序列。
7、权利要求1所述的肿瘤靶向双基因-病毒构建方法用于制备肿瘤靶向双基因-病毒药物的用途。
8、如权利要求7所述的用途,其特征在于可以与下列化合物之一组成药用组合物:化疗药物,生物毒素,免疫抑制化合物,单克隆抗体。
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