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1、乳腺癌基因治疗研究进展 The research progress of human breast cancer gene therapy 曾 赵 军 中南大学生物科学与技术学院 分子生物学系 1 2 乳腺癌是严重危害妇女健康的恶性 肿瘤 据国际抗癌协会 IARC 公 布的统计资料表明 乳腺癌在全世 界大多数地区的发病率有逐年增高 的趋势 现已成为女性发病率最高 的恶性肿瘤 第一节 乳腺癌基因治疗研究背景 3 乳腺癌的危险因素 1 与发育 激素水平有关 2 与营养膳食有关 3 与家族史和基因改变遗传因素有关 a 抑癌基因失活 b 癌基因异常 4 其它危险因素 4 乳腺癌肿瘤治疗模式 手术 放疗
2、 化疗 激素治疗是肿瘤治疗的 常规模式 这些治疗方法常难彻底消灭肿瘤 细胞又易伤及正常组织 特别是伤害机体的 免疫系统 目前肿瘤的基因治疗日益受到人 们的重视 显示出良好的应用前景 5 乳腺癌发病的分子机理主要有两个方面 第一 基因表达异常 最常见的基因表达异常是cyclin D1 neu和ras c myc 或 Wnt 1 原癌基因过表达 第二 基因结构改变 包括染色体缺失与基因扩增 第二节 乳腺癌自杀基因治疗的 概念 内容与特点 6 Breast cancer gene therapy using tumour suppressor genes Clinical trials of p53
3、 gene replacement have had limited success PTEN expression alters metastatic potential and reduces neovascularization 7 Prospects The ability to induce growth arrest and apoptosis Downstream targets of p53 and Rb is necessary Clinical trials of second generation oncolytic viruses Combinations of tum
4、our suppressor genes 8 乳腺癌抗体治疗 单克隆抗体 Herceptin 贺赛汀 针对HER 2 neu原癌 基因的人 鼠嵌合单 抗 与细胞表面的 erb B2受体结合 抑 制乳腺癌细胞的生长 产生抗体依赖细胞 介导的细胞毒作用 免疫基因治疗 指在基因水平 通过诱发或加强机体内针对肿 瘤细胞表面的肿瘤相关抗原 TAAs 的特异性 免疫反应 调动宿主的免疫系统来识别并破坏 癌细胞 乳腺癌组织表达多种TAAs 包括HER 2 neu c er 2 MACG 1和MUC 1等 机体针 对这些TAAs产生一定的特异性体液和细胞免疫 反应 9 将编码促进免疫反应的细胞因子的基因直 接
5、在体内转染到肿瘤细胞内 或在体外 将这些基因转染到肿瘤细胞内 在肿瘤 细胞经放射线照射灭活后 自身移植于 体内 以增强免疫反应 包括IL 2 IL 12 干扰素 粒细胞 巨噬细胞集落刺激 因子 GM CSF 等 10 采用特异的靶抗原作为疫苗对肿瘤的免疫反应更有效 目前用于乳腺癌免疫治疗的特异抗原包括HER 2 CEA MAGE 1 MUC 1等 采用基因工程将编码这些抗原的基因修饰后 克隆到逆 病毒载体 转入体内 或在体外采用基因工程 将这些抗 原的不同抗原簇克隆 产生不同抗体 筛选出能抑制肿瘤 细胞生长的抗体 赫赛汀 Herceptin 就是针对c er 2细胞外区域不同 抗原簇的人单克隆
6、抗体 它可有效抑制c er 2的下游信号 传导 从而抑制乳腺癌细胞的生长 特异性靶抗原的免疫治疗 11 肿瘤抑癌基因治疗 野生型p53基因具有通过调控视网膜母细胞瘤基因控 制细胞凋亡 抑制细胞增殖的作用 但是 由于乳腺 癌细胞中p53易突变而失活 影响了p53基因治疗乳 腺癌应用 在乳腺癌家族中发现抑癌基因BRCA1常存 在突变而表达过低 在乳腺癌动物模型中采用装有BRCA1的逆病毒载体 直接注射入瘤内 可抑制晚期乳腺癌胸壁转移瘤的 生长 12 化学基因治疗 将耐药基因 如多药耐药基因 MDR 转入造血干细胞 然后自体回输以增加化疗药物剂量 增强疗效 也不影 响机体的造血系统 Cowan等将4
7、例乳腺癌病人的造血细胞提取后 体外转 染MDR基因 并且在体外应用大剂量化学药物杀死可能 污染的肿瘤细胞后 将转染了MDR的造血细胞自身移植 给予大剂量的化学药物治疗后 3例病人移植细胞中仍 可检测到MDR的表达 转染MDR的细胞存活率与骨髓抑 制成反比 无严重毒副作用发生 13 药物前体激活基因治疗 GPAT 可以利用正常和肿瘤 细胞之间的某一基因转录差异 选择性驱动表达导入肿 瘤细胞内的无活性化疗药物前体转化为有活性的代谢产 物 特异性杀伤肿瘤细胞 氟脲类药物对乳腺癌有杀伤作用 但5 氟胞嘧啶核苷酸 5 FC 作为药物前体 对细胞无杀伤作用 而它在嘧 啶脱氨酶的转化下 可代谢为有活性的5
8、FU 5 氟尿嘧 啶 而具有杀伤肿瘤细胞的能力 14 化合物中筛选出一种名为维生素B17的化合 物 维生素B17可以通过竞争性结合ATP 不可逆地抑制c er 2活性 而不影响其蛋白 表达 动物实验表明 维生素B17可使c er 2过度表达的乳腺癌肿瘤缩小 15 显性基因敲除治疗 敲除显性的癌基因 削弱肿瘤的生长和浸润 能力 研究表明 一种myc反义核酸对雌激 素依赖型和非依赖型乳腺癌细胞均有抑制作 用 转化生长因子 TNF 的反义信使 RNA能够抑制雌激素诱导的雌激素反应性乳 腺癌细胞的增殖 16 抗血管生成基因治疗 抗血管生成基因的因子包括内皮抑素 血管抑素 和干扰素 基于肿瘤和正常内皮细
9、胞之间基因 表达的差异 选择性抑制肿瘤内皮细胞中异常基 因的表达 抑制肿瘤血管生成 从而达到治疗肿 瘤的目的 最强的血管生成细胞因子是VEGF 反义核酸 可溶性VEGFR 核糖酶 抗VECF单克隆抗体和 受体酪氨酸激酶 RTK 抑制剂已被用于抗肿瘤 血管生成的基因治疗 17 18 自杀基因治疗乳腺癌的作用机理 病毒载体 病毒蛋白 自杀基因药物前体 毒性代谢物 乳腺癌细胞 直接杀伤癌细胞 通过旁观者效 应杀伤癌细胞 19 自杀基因 HSVtk 编码胸腺嘧啶激酶 在 细胞内 自杀基因HSVtk 能将核苷类似 物 GCV 磷酸化 使其进一步代谢为三磷 酸 GCV 抑制细胞 DNA 聚合酶 影响 DN
10、A合成 导致细胞死亡 达到清除肿 瘤的目的 20 存在的问题 目的基因的表达不受控制 存在过度 表达或不适当表达 特别是当插入基 因是一些毒性的基因或对机体有影响 时 不仅对疾病的治疗不利 甚至会 导致致命的副作用 21 特异性的转录调控元件使治疗基因准 确 有效地表达于肿瘤细胞 使治疗 基因的表达受体外因素的调控 提高 基因治疗的有效性和可控性 是基因 治疗领域的一个重要问题 第三节 乳腺癌自杀基因调控治疗 22 乳腺癌基因治疗的调控元件 1 乳腺癌相关基因 erbB 2 Muc 1 p53 BRCA1 BRCA2 nm23 p16等 2 组织特异性基因 雌激素反应元件 ERE 人 乳白蛋白
11、基因 hALA 羊乳 球蛋白基因 oBLG 等 3 缺氧反应元件 HRE 等 23 Tet 基因表达调控系统 Tet 系统利用大肠杆菌抗 四环素操纵子 的阻遏与去 阻遏作用来调控基因表达 使基因表达受四环素的 精确调控 Tet 激活系统 Tet On 是突变的 tet 阻遏蛋白与 VP16 的激活 域融合表达 rtTA 强力 霉素存在时 rtTA 与 tetOp 结合 激活靶向转 录 24 Tet On 调节乳腺癌细胞株 HSVtk 表达及 体外调控性治疗作用的实验研究 25 重组逆转录病毒载体 pRevTRE tk的构建 PCR 扩增获得 HSVtk 基因 DNA 片段 设 计引物时 在 引
12、物 TK1 的 5 加上 BamH 酶切 位点 引物 TK2 的 5 加 上Hind 酶 切位点 定向 克隆到 pRevTRE质粒 上 得到 pRevTRE tk质 粒 26 重组逆转录病毒载体 pRevTRE tk的鉴定 M 1 2 图 1 重组质粒 pRevTRE tk的 酶切鉴定结果 M DNA Hind DNA Marker lane 1 pRevTRE HSVtk Bam HI Hind lane 2 pRevTRE HSVtk plasmid DNA 图 2 重组质粒pRevTRE tk 的PCR鉴定结果 M 100bp DNA ladder Marker lane 1 PCR p
13、roduct with primer TK1 and TK2 lane 2 PCR product with primer TK3 and TK4 27 MCF 7细胞转染实验 MCF TRE tk Tet OnMCF TRE tk Tet On 28 Tet On 基因调控系统中 其发挥作用所需 的两个组成元件 TRE 元件和rtTA 元件 分别克隆于两个载体系统中 使用时先将 含有TRE元件和目的基因转染入宿主细胞 然后再以含有 rtTA 的质粒转染该细胞 经 过两次转染而构建出细胞株 29 MCF TRE tk Tet On 细胞 HSVtk 基因的表达 图 3 Dox 调节 MCF T
14、RE tk Tet On 细胞中 HSVtk 基因的表 达 M 100 bp DNA Marker Lane 1 6代表 Dox 浓度为0 0 1 1 10 100 1000 g ml 时细胞HSVtk 基因的表达 30 MTT 法检测分析 MCF TRE tk Tet On 细胞存活率 图 4 在 Dox 浓度为 1 g ml 时 MTT 法检测 GCV 不同浓度时 MCF TRE tk Tet On 细胞存活率的变化 31 Dox 浓度对 MCF TRE tk Tet On 细胞生长的影响 图 5 GCV 浓度为 1 g ml 时 不同浓度 Dox 对 MCF TRE tk Tet On
15、细胞存活数的影响 32 旁观者效应 表 1 MCF TRE tk Tet On 细胞旁观者效应的克隆 记数 1组组 n 4 2组组 n 4 3组组 n 4 4组组 n 4 5组组 n 4 6组组 n 4 MCF 7 100 95 90 75 50 0 MCF TRE tk Tet On 0 5 10 25 50 100 克隆计计数 均值值 SE 36 0 0 81 34 0 0 81 4 5 0 655 0 0 7 1 5 0 0 583 5 0 5 0 33 可调控性自杀基因乳腺癌动物模型的建立 以表达 HSVtk基因及调控系统 Tet On 的 乳腺癌细胞 MCF TRE tk Tet O
16、n 直接接 种SCID 小鼠成功建立了可调控性自杀基因 乳腺癌动物模型 为探讨自杀基因体外调 控机制的研究奠定了基础 34 SCID小鼠体内成瘤及治疗前后肿瘤大小的变化 图 6 乳腺癌细胞 MCF TRE tk Tet On 接种 SCID小鼠后 NS组 GCV组 GCV Dox组 SCID小鼠肿瘤体积的变化 35 SCID小鼠肿瘤组织病理学观察 图 7 三组 NS组 GCV组 GCV Dox组 SCID 乳腺癌小 鼠 经治疗15天后肿瘤组织病理学观察 H E染色 250 A NS 对照组 B GCV 治疗组 C Dox GCV 治疗组 36 RT PCR 检测 SCID小鼠肿瘤组织 HSVtk的表达 M 1 2 3 图 8 RT PCR 检测各组 SCID小鼠肿瘤治疗15天后 HSVtk的表达 M 100bp Marker 1 GCV治疗组 2 Dox GCV治疗组 3 NS 对照组 37 研究背景 逆转录病毒载体用于 ex vivo基因治疗 实际感染效率低 原因 一 感染正在分裂的细胞 二 获得病毒滴度低 三 病毒半衰期短 移动距离有限 在一个半 衰期内大多数病毒不能到达靶细胞 重
