人源乳腺癌噬菌體抗體庫的構建及初步篩選*

唐樹彬,李少林,彭 杰,鄒安娜,羅 弋

(1.四川省內江市第一人民醫院腫瘤科 641000;2.重慶醫科大學基礎醫學院核醫學教研室 400016)

人源乳腺癌噬菌體抗體庫的構建及初步篩選*

唐樹彬1,李少林2△,彭 杰1,鄒安娜1,羅 弋2

(1.四川省內江市第一人民醫院腫瘤科 641000;2.重慶醫科大學基礎醫學院核醫學教研室 400016)

目的構建人源乳腺癌噬菌體單鏈抗體庫,并篩選乳腺癌特異性單鏈抗體(Scfv)。方法利用乳腺癌患者癌旁淋巴組織來構建抗乳腺癌噬菌體抗體庫。通過正常乳腺細胞(MCF-10F)和乳腺癌細胞(MCF-7)篩選富集后,用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)法檢測噬菌體抗體活性。結果成功的構建了1個4.2×107的噬菌體抗體庫,并從該庫中篩選到6株對乳腺癌細胞株MCF-7有結合活性的陽性克隆。結論從人源乳腺癌噬菌體抗體庫中篩選到6株特異性噬菌體抗體,為下一步進行單鏈抗體的乳腺癌放射性核素顯影及治療奠定了基礎。

乳腺癌;噬菌體抗體庫;篩選;單鏈抗體

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一,全世界每年約有120萬婦女發生乳腺癌,有50萬婦女死于乳腺癌,發病率占全年各種惡性腫瘤的7%～10%[1]。我國乳腺癌的發病率雖較西方國家為低,但近年來亦有上升趨勢。目前,以超聲及X線等為主的乳腺癌診斷方法,對早期乳腺癌的診斷尚缺乏足夠的準確性和特異性。而以手術、化療和放療及生物治療為主的綜合治療又因不良反應太大而在臨床應用中受到一定限制。因此,許多學者把目光投向了乳腺癌的抗體診斷及治療。1985年Smith[2]提出了噬菌體展示技術概念;1992年Huse等[3]成功地構建第1個噬菌體組合文庫,為腫瘤的診斷及治療提供了一種全新的方法。但是,目前報道的抗乳腺癌噬菌體抗體庫多為鼠源性,因人抗鼠免疫反應而不適合臨床運用。本研究利用乳腺癌患者癌旁淋巴細胞來構建人源性抗乳腺癌抗體庫,從而避免了人抗鼠免疫反應而適合于臨床運用。

1 材料與方法

1.1 材料 RNA抽提試劑盒(RNA Kit)、質粒抽提試劑盒(Plasmid Kit)購自上海華舜生物工程有限公司。RT-PCR試劑盒(RNA PCR Kit)、SfiⅠ和 NotⅠ限制性內切酶、Taq DNA聚合酶、T4 DNA連接酶為大連寶生物公司產品。噬菌粒載體pCANTAB5E、輔助噬菌體M13K07、大腸埃希菌E.coli TG1、鼠抗 M13噬菌體單克隆抗體(Anti-M13 Monoclonal Antibody)、辣根過氧標記的羊抗鼠抗克隆抗體(HRP/Anti-M13 Monoclonal Conjugate)均購自法瑪西亞。正常乳腺細胞MCF-10F、乳腺癌細胞MCF-7為本實驗室保存。引物參照Xu等[4]設計,由北京三博志遠生物技術有限公司合成。

擴增 VH(重鏈可變區)基因的引物:5′-TGA GGA GAC GGT GAC CGT GGT CCC-3′;5′-CAG GTA CAG CTG CAG CAG TCA GG-3′。 擴增 VL(輕鏈可變區)基因 的引物:5′-ACG TT T GAT CTC CAC CT T GGT CCC-3′;5′-GAA ACG ACA CTC ACG CAG TCT CC-3′。VH連接Linker的引物:5′-AGA GCC ACC TCC GCC TGA ACC GCC TCC ACC TGA GGA GAC GGT GAC CGT GGT CCC-3′;5′-TGA GGA GAC GGT GAC CGT GGT CCC-3′。 VL 連接 Linker 的引物:5′-GTT CAG GCG GAG GTG GCT CTG GCG GTG GCG GAT CGG ACA TCS WGA TGA C CC AGT CTC C-3′(S.W 為兼并引 物);5′-GAA ACG ACA CTC ACG CAG TCT CC-3′。Scfv(單鏈抗體可變區)擴增的引物(引物的帶有SfiⅠ和NotⅠ內切酶位點):5′-GTC CTC GCA ACT GCG GCC CAG CCG GCC ATG GCC CAG GTA CAG CTG CAG CAG TCA GG-3′;5′-GAG TCA TTC TCG ACT TGC GGC CGC ACG T TT GAT CTC CAC CT T GGT CCC-3′。

1.2 方法

1.2.1 組織來源 將術中分離的乳腺癌患者癌旁淋巴結用無菌紗布包好后迅速放入液氮中凍存。共取14例患者癌旁淋巴結,其病理分型,見表1。

1.2.2 總RNA的提取 首先在盛有液氮的碾缽中迅速把淋巴組織碾成粉末,這樣可以使組織脆硬同時防止 RNA破壞[5]。然后再利用RNA抽提試劑盒進行提取,得到總RNA。

1.2.3 VH和VL基因片段的擴增 首先,通過以Oligo dTAdaptor primer作為引物合成 cDNA,PCR條件:50℃ 30 min,99℃5 min,5℃5 min,1個循環。然后以cDNA為模板,以上下游引物配對分別擴增輕鏈基因片段和重鏈基因片段,PCR條件:94℃2 min,1個循環;94℃30 s,55℃30 s,72℃90 s,30個循環。最后利用Linker引物分別擴增VH-Linker基因片段和VL-Linker基因片段,PCR條件:94℃2 min,1個循環;94℃30 s,60℃30 s,72℃90 s,35個循環。得到VH-Linker基因片段和 VL-Linker基因片段。

表1 患者的病理分型(n)

1.2.4 Scfv基因片段的連接及PCR擴增 通過重疊-延伸-拼接PCR(SOE-PCR)形成單鏈抗體(Scfv)基因片段。先將膠回收純化的VH-Linker基因片段和VL-Linker基因片段進行連接,反應條件為:94℃5 min,1個循環;94℃1 min,60℃1 min,72℃90 s,5個循環。從而將VH基因片段和VL基因片段連接形成Scfv基因片段。然后再向反應體系中加入Scfv擴增的引物(帶有酶切位點),反應條件為:94℃30 s,60℃60 s,72℃90 s,5個循環。形成兩端分別帶有酶切位點的Scfv基因片段。

1.2.5 重組質粒的構建 用T4 DNA連接酶連接經SfiⅠ和NotⅠ雙酶切Scfv基因片段和 PCANTAB-5E載體,用電穿孔法轉化TG1感受態細菌制備參照文獻[6],將轉化后的感受態細菌TG1鋪于氨芐青霉素選擇培養基上,培養過夜,計算克隆數。隨機挑取32個轉化后TG1菌落,分別加入到2-YT培養液中振蕩培養過夜,提取質粒,用PCR檢查DNA中有無Scfv基因插入。

1.2.6 抗體庫的構建 將陽性細菌克隆鋪于SOBAG平板上37℃培養過夜,再加入10 mL 2-YT培養液收聚菌液。用2-YT培養液稀釋至A600=0.3。加入氨芐青霉素,終濃度為100 μ g/mL,葡萄糖的終濃度為2%。37℃ 150 r/min振蕩培養1 h,再加入 5.1×1010puf的M13K07至終濃度為4×109,37℃250 r/min振蕩培養 1 h。4 000 g離心20 min,棄上清液。沉淀重懸于100 mL-YTAK培養液,30℃250 r/min振蕩培養過夜。10 000 g離心10 min沉淀細菌,取上清液加入1/5的PEG/NaCl,冰浴60 min。10 000 g 4℃離心20 min,棄上清液。沉淀重懸于1 mL 2-YT培養液,10 000 g再次離心10 min,上清液中加入終濃度為0.02%的疊氮鈉,4℃保存。

1.2.7 噬菌體的篩選 取107正常乳腺細胞(MCF-10F),用2%的脫脂牛奶/磷酸鹽緩沖液(PBS)冰浴1 h,4℃250 r/min離心5 min,棄上清液。用1 mL Scfv噬菌體抗體庫溶液重懸細胞,室溫緩搖1 h,4℃250 r/min離心5 min,取上清液。在上清液中加入107MCF-7細胞,室溫緩搖1 h,4℃250 r/min離心5 min,棄上清液。加入1 mLPBS洗滌細胞(第1輪洗滌3次,第2輪洗滌 5次,第3輪洗滌 8次,以后洗滌 10次),4℃200 r/min離心5 min,棄上清液。用1 mL 0.2%的 HCL-甘氨酸(pH=2.2)重懸細胞,冰浴 10 min,用 1 mol/L的 Tris堿(pH=9.1)中和,4℃200 r/min離心5 min。上清液即為第1輪篩選到的噬菌體,取少許感染生長對數期的TG1細胞 3 mL,鋪SOBAG平板,計數重組噬菌體量。其余噬菌體重新進行第2輪篩選,共重復5次篩選。

1.2.8 細胞ELISA鑒定Scfv的特異性 從第5輪篩選后SOBAG平板上挑取40個單菌落,制備噬菌體單鏈抗體,分別以MCF-7細胞和MCF-10F細胞作為靶抗原做ELISA檢測,檢測方法參照文獻[7]。將細胞用0.25%的戊二醛固定于96孔培養板中,以2%脫脂奶粉37℃封閉1 h,將上述單克隆噬菌體Scfv各100 μ L與等體積的2%脫脂奶粉混合,室溫靜置20 min,加入到平板中,以0.05%Tween20-PBS洗滌 6次。加入鼠抗M13噬菌體單克隆抗體為二抗,辣根過氧化物酶標記羊抗鼠抗體為三抗,以 TM B為底物顯色,450波長酶標儀讀板。

2 結 果

2.1 總 RNA的鑒定 從淋巴組織中提取總 RNA后,經1.5%的瓊脂糖凝膠電泳鑒定。電泳可見明顯的8 s和28 s兩條帶,見圖1。

圖1 RNA

2.2 VH基因片段和VL基因片段的鑒定 VH和V L基因擴增后,經1.5%瓊脂糖凝膠電泳鑒定。結果提示VH基因片段在360 bp,VL基因片段在300 bp,見圖 2。

圖2 輕重鏈

2.3 Scfv基因片段的鑒定 VH-Linker基因和VL-Linker基因連接后,利用含有SfiⅠ和NotⅠ酶切位點的引物進行PCR擴增。得到含有酶切位點的Scfv基因。利用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳,結果提示 Scfv基因在750 bp左右,見圖3。

2.4 質粒DNA的PCR檢測 從SOBAG平板上隨機挑選32個單菌落加入3 mL 2-YT培養液中振蕩培養過夜,取1.5 mL提取質粒。質粒PCR鑒定提示Scfv基因插入率為81%(26/32),見圖 4。

圖3 單鏈

圖4 質粒PCR

2.5 質粒DNA的酶切鑒定 將PCR陽性的質粒用SfiⅠ和NotⅠ雙酶切,用1%的瓊脂糖凝膠電泳后可見在750 bp及4 500 bp處見條帶,見圖5。

圖5 雙酶切圖片

2.6 噬菌體單鏈抗體庫的篩選 先以ER陰性的正常乳腺細胞MCF-10F對噬菌體抗體庫進行負性篩選,再以ER陽性的人乳腺癌細胞MCF-7對噬菌體Scfv庫進行了5輪“吸附-洗脫-擴增”的富集篩選。得到1個4.2×107的噬菌體抗體庫,說明特異性的Scfv得到了有效富集,見表2。

2.7 噬菌體Scfv的ELISA鑒定 以MCF-7和M CF-10F為靶抗原進行ELISA檢測,其中有6個噬菌體Scfv與MCF-7細胞反應的P/N值大于MCF-10F的兩倍以上,見圖6。

表2 噬菌體抗體庫的篩選

圖6 ELISA檢測噬菌體抗體與MCF-7和MCF-10F細胞的結合活性

3 討 論

噬菌體庫技術是近20年發展起來的一種制備抗體的新技術,噬菌體單鏈抗體具有分子量小,組織穿透性強,在靶抗原部位濃聚快等優點[7-8],在腫瘤的診斷及治療中有很強的應用價值。但是,目前文獻報道的是噬菌體單鏈抗體多為鼠源性的抗體,這些抗體因為人抗鼠免疫反應而不適合于臨床運用。

本實驗直接從乳腺癌患者癌旁淋巴組織中提取總RNA,通過逆轉錄PCR和SOE-PCR合成單鏈抗體基因,再利用噬菌體展示技術構建了1個4.2×107的人源乳腺癌噬菌體單鏈抗體庫。實驗中,本研究選擇的患者癌旁淋巴組織來構建的噬菌體抗體庫比用患者外周血淋巴細胞構建的噬菌體抗體庫更易篩選到高親和力的抗體[9]。淋巴轉移是乳腺癌最常見的轉移方式,本研究選擇乳腺癌患者癌旁淋巴組織來構建抗乳腺癌單鏈抗體基因有助于提高單鏈抗體的敏感性和特異性。同時,本研究選擇病理類型不同及Her2/neu陽性與否的乳腺癌患者,增加了抗乳腺癌單鏈抗體基因的多樣性,有利于構建較大的抗乳腺癌噬菌體單鏈抗體庫。

在篩選過程中本研究采用先低后高的洗滌力度,低洗滌力度保證低豐度的噬菌體抗體不丟失,高洗滌力度則有利于得到高親和力的噬菌體抗體[10]。此外,本研究選擇正常乳腺細胞和乳腺癌細胞做正負差異性篩選。先用ER陰性的MCF-10F細胞進行負性篩選,既清除了大量的非特異噬菌體,同時又有效地保護了抗ER的噬菌體。然后再利用ER陽性的MCF-7細胞進行選擇,從而有效地提高了選擇效率,得到6株高親和力噬菌體抗體。

本實驗成功地構建了人源乳腺癌噬菌體單鏈抗體庫,通過5輪的“吸附-洗脫-擴增”篩選到6株高親和力噬菌體單鏈抗體,為本研究下一步進行單鏈抗體的放射性核素顯影及治療奠定了基礎。

[1] 李少林,陳小品,吳凱南.乳腺癌的生物學特性和臨床對策[M].北京:科學出版社,2004:65.

[2] Smith GP.Filamentous fusion phage:novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface[J].Science,1985,2289(4705):1315.

[3] Huse WD,Sastry L,Iverson SA,et al.Generation of a large combinatorial library of the immunoglobulin repertoire in phage lambda.1989[J].Biotechnology,1992,24:517.

[4] Xu M Y,Xu XH,Chen GZ,et al.Production of a human single-chain variable fragment antibody against esophageal carcinoma[J].World J Gastroenterol,2004,10(18):2619.

[5] 何映誼,何新榮,葉鐵真.人類胚胎組織完整RNA的分離[J].中國實驗血液學雜志,2005,13(6):1058.

[6] Cummings PJ,Hooper NE,Rocolanel SS.Generation of a recombinant bacteriophage antibody library to mycobacterium luberculosis[J].Hybridoma,1998,17(2):151.

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[10]張青,郝曉柯,蘇明權,等.噬菌體抗體庫篩選方法的研究進展[J].中國腫瘤生物治療雜志,2005,12(3):222.

Constructing humanize phage antibody library and screening antibody binding to breast cancer*

TANGShu-bin1,LI Shao-lin2△,PENG Jie1,et al.

(1.Department of Oncology,First People′s Hospital of Neijiang,Neijiang,Sichuan641000,China;2.Department of Nuclear Medicine,College of Basic Medicine,Chongqing Medical University,Chongqing400016,China)

ObjectiveTo construct humanize phage antibody library against breast cancer and to screen specificity Scfv to breast cancer.MethodsTo construct phage library from tumor adjacent lymphatic tissue of breast cancer patients.After screening and amplifying by normal lacteal gland cell(MCF-10F)and breast cancer cell(MCF-7),the binding activity of antibody was detected by ELISA.ResultsA phage antibody of 4.2×107was obtained and six active clones against breast cancer cell MCF-7 were gained from the Scfv library.ConclusionSix antibody binding to breast cancer cell more strongly were identified from humanize phage antibody library.This work provides us the basis for radionuclide imaging and therapy for breast cancer.

breast cancer;phage antibody library;screening;Scfv

R737.9;R730.44

A

1671-8348(2010)05-0516-03

國家自然科學基金資助項目(30370422)。△

,電話:(023)68485007。

2009-07-21

2009-09-10)

?論 著?