溶瘤病毒CNHK300－mIFN－γ表達mIFN－γ及體外胃腸道腫瘤殺傷實驗＊

彭林輝，周 杰，霍 楓，詹世林，張 琪，蘇長青，錢其軍，石 英△

（1.廣州軍區廣州總醫院肝膽外科，廣州510010；2.南方醫科大學南方醫院肝膽外科，廣州510515；3.中山大學第三附屬醫院肝臟病醫院實驗室，廣州510630；4.第二軍醫大學東方肝膽外科醫院基因與病毒治療實驗室，上海200438）

基因治療和病毒治療是近年來腫瘤治療的研究熱點。但是，傳統的基因治療，如常用的非增殖型腺病毒傳輸治療基因存在治療基因表達率低、靶向性差[1]；病毒治療單用時腫瘤的殺傷效率不夠高，如已進入臨床的溶瘤病毒ONYX－015單獨應用治療頭頸部腫瘤有效率不到10%[2]。理論上，在溶瘤腺病毒中插入具有抗癌作用的基因，在病毒選擇性感染、增殖時大量表達具有抗癌作用的細胞因子，是更有前景的抗癌新策略[3]。CNHK300病毒系統是本室構建的人端粒酶逆轉錄酶啟動子（h TERT）調控的溶瘤病毒，體外實驗和荷瘤動物實驗均證明比ONYX－015有更強的抗腫瘤效果[4]。為了進一步增強抗腫瘤效果，本研究將具有抗腫瘤作用的小鼠γ－干擾素基因（mIFN－γ）插 入CNHK300，構建了基因病毒治療系統CNHK300－mIFN－γ（簡 稱CNHK300－Mγ）[5]。為了明確治療基因插入是否影響溶瘤病毒的抗腫瘤作用和插入基因的表達情況，本究采用胃癌細胞株SGC－7901、大腸癌細胞株HT－29和正 常 成纖維細胞株MRC－5，以CNHK300、ONYX－015和Ad Easy－mIFN－γ（簡 稱AdEasy－Mγ）作為對照，進 行CNHK300－Mγ抗腫瘤實驗研究。

1 材料與方法

1.1 材料 人胚胎腎293細胞株購自加拿大Microbix Biosystems公司。健康人成纖維細胞MRC－5和人大腸癌細胞HT－29購自美國American Type Culture Collection（ATCC），人胃癌細胞株SGC－7901購自中國科學院上海細胞研究所。腺病毒ONYX－015由美國加州大學Berk AJ教授惠贈。重組腺病毒CNHK300、CNHK300－Mγ和Ad Easy－Mγ由本實驗室重組并保存。各細胞株培養液、培養血清及抗生素參照供應商推薦，在37℃、5%CO2條件下培養，0.25%胰酶消化細胞、傳代。

1.2 方法

1.2.1 病毒的擴增與純化 腺病毒擴增采用HEK293細胞；病毒純化采用常規氯化銫梯度離心純化法；采用Qbiogene公司的TCID50法測定病毒滴度。

1.2.2 病毒增殖實驗 分別收集上述腫瘤及正常細胞株，計數，按5×106／孔接種6孔板。24 h后當腫瘤細胞達到對數生長期，正常細胞達到接觸抑制，分別按MOI＝5感染CNHK300－Mγ、CNHK300和ONYX－015。感染2 h后，將培養液替換成5%血清培養液，放置在37℃的5%CO2孵箱中培養。收集感染0、48 h細胞凍融液及上清，TCID50法測定病毒滴度，以0 h病毒滴度為參照，算出病毒的增殖倍數。

1.2.3 細胞病理效應（CPE實驗，Cytopathic Effect） 將上述腫瘤及正常細胞按5×104個／孔的密度植入24孔板中，每孔加入1 mL的培養基。24 h后對細胞換用無血清培養液，按MOI＝0、0.01、0.1、1、10、100分別加入病毒CNHK300－Mγ、CNHK300和ONYX－015，十字法搖勻，2 h后換用5%血清培養液，37℃，5%CO2孵箱培養7 d，每日觀察細胞的生長情況。7 d后吸掉細胞培養液，每孔加入500μL結晶紫染色液（2%結晶紫溶于20%甲醇），室溫染色15 min，在純水中洗掉多余染液后拍照記錄。

1.2.4 細胞殺傷實驗 接種上述腫瘤及正常細胞至96孔細胞培養板（104／孔），用含10%胎牛血清的DMEM培養液在5%CO2條件下培養24 h，按梯度MOI值感染細胞，分別加入病毒CNHK300－Mγ、CNHK300和ONYX－015，7 d后棄去病毒殘液，四唑鹽比色試驗（MTT）檢測3種病毒對各種細胞的殺傷作用。用酶聯免疫檢測儀在570 nm波長下測定光吸收值，參考波長為650 nm。每個病毒MOI值做8個復孔，獨立重復3次。MOI為病毒數量與細胞數量之比。

1.2.5 雙抗體夾心法酶聯免疫吸附試驗（ELISA）檢測mIFNγ表達量 分別收集上述腫瘤及正常細胞株，計數，按5×104／孔接種于24孔板。24 h后當腫瘤細胞達到對數生長期，正常細胞達到接觸抑制，分別按MOI＝1感染CNHK300－Mγ和Ad Easy－Mγ（攜帶mIFN－γ的非增殖病毒）。感染2 h后，將培養液替換成5%血清培養液，放置在37℃的5%CO2孵箱中培養。收集感染3、7 d細胞培養上清液，用ELISA檢測其中mIFN－γ的表達量。

1.3 統計學處理 統計學軟件采用Excel2003，所有定量實驗均重復3次，各組數據以±s表示。

2 結 果

2.1 CNHK300－Mγ和CNHK300病毒的擴增與純化。與野生型腺病毒比較，重組病毒CNHK300由h TERT調控E1A基因，而重組腺病毒CNHK300－Mγ，在h TERT之前插入了CMV啟動子調控mIFN－γ的基因表達盒。病毒在293細胞中反復擴增到需要量，純化后進行滴度測定，CNHK300－Mγ和CNHK300滴度測定分別為1.0×109、1.6×109pfu／mL。

2.2 攜帶治療基因的溶瘤腺病毒CNHK300－Mγ選擇性在胃腸道腫瘤細胞中增殖，在SGC－7901、HT－29和MRC－5中的增殖倍數分為32 536、25 150和50.2，如圖1所示。在腫瘤細胞株和正常細胞株增殖差異比較中發現，SGC－7901／MRC－5和HT－29／MRC－5在CNHK300－Mγ分 別 為648和501，在CNHK300分別為450和280，在ONYX－015分別為32和16。由此可見，與CNHK300相比，mIFN－γ基因插入后，在各種細胞中的增殖能力均有所下降，但腫瘤細胞內的選擇性增殖能力沒有下降；與ONYX－015相比，CNHK300－Mγ顯示出更為特異的腫瘤細胞內選擇性增殖能力。

圖1 3種病毒48 h增殖情況

2.3 CPE實驗可以較為直觀地看出3種病毒對胃腸道腫瘤細胞株和正常細胞株的殺傷能力。從圖2～4中可以看出：CNHK300－Mγ對腫瘤細胞株的殺傷能力明顯高于正常肝細胞株，在MOI值為1時均基本殺滅，而正常細胞株至MOI值為100時才有部分殺傷力。與ONYX－015相比，CNHK300－Mγ在腫瘤細胞株的殺傷能力明顯增強而在正常細胞株中殺傷力進一步減弱。

2.4 MTT試驗是一種檢測細胞存活率、判定藥物對細胞殺傷作用的通用方法。結果表明，CNHK300－Mγ、CNHK300和ONYX－015均表現出了對胃腸道腫瘤細胞較強的殺傷力，CNHK300－Mγ對正常細胞株殺傷力最弱。對不同細胞的半殺傷劑量IC50的結果直觀地表明CNHK300－Mγ和CNHK300對腫瘤細胞的殺傷力與ONYX－015相比有明顯提高。CNHK300－Mγ雖然較CNHK300對腫瘤細胞的殺傷作用有所下降，但在正常細胞中下降更明顯，在MRC－5細胞中，其IC50值是CNHK300的8倍以上（表1）。

圖2 3種病毒在SGC－7901細胞株中的CPE試驗

圖3 3種病毒在HT－29細胞株中的CPE試驗

圖4 3種病毒在MRC－5細胞株中的CPE試驗

表1 3種病毒感染對不同細胞增殖的半抑制劑量IC50（MOI）（pfu／cell）

表2 2種病毒在不同細胞株上清液中mIFN－γ的表達量（pg／mL）

2.5 Ad Easy－Mγ是攜帶mIFN－γ的非增殖型腺病毒，感染胃腸道腫瘤細胞后只有少量mIFN－γ的表達，感染時間延長，表達量變化不大；而CNHK300－Mγ感染胃腸道腫瘤細胞后均有大量mIFN－γ的表達，感染的時間延長，表達量均成倍上升。SGC－7901細胞株受CNHK300－Mγ感染后mIFN－γ的表達量是Ad Easy－Mγ的238倍（3 d時）和1 037倍（7 d時），HT－29細胞株受CNHK300－Mγ感染后mIFN－γ的表達量是Ad Easy－Mγ的345倍（3 d時）和1 865倍（7 d時）。對于正常細胞MRC－5，2種病毒感染后，mIFN－γ的表達量相似，均不高，感染的時間延長變化也不大。上述結果提示利用增殖型腺病毒攜帶治療基因能明顯提高腫瘤局部治療基因的表達。

3 討 論

20世紀90年代初Martuza等[6]應用基因工程的方法將病毒基因組進行改造，使病毒感染、復制及溶解細胞的能力在腫瘤細胞內得到有效增強，而對正常細胞影響大為減少，腫瘤病毒治療逐漸成為研究的熱點。這種經基因工程方法改造的病毒被稱為復制選擇性溶瘤病毒（replication－selective oncolytic virus），簡稱為溶瘤病毒，其相應的治療理念被稱為病毒治療（virotherapy）[7－8]。目前，改造腺病毒靶向機制主要有以下幾個方面：（1）改造病毒表面的結合蛋白，與某些特定的腫瘤組織結合，從而使病毒只能感染特定的腫瘤組織。目前，研究主要集中于腺病毒外殼蛋白的改造，包括纖維蛋白（fiber）、五鄰體（penton）及六鄰體（hexon）蛋白[9]。（2）根據腫瘤生物學行為上的一些異常表現，選擇性地缺失病毒在正常細胞復制所必需而在腫瘤細胞中非必需的基因，如ONYX－015是E1B－55 kD缺失的腺病毒，它依據多數人類腫瘤細胞p53功能不良而正常細胞p53陽性的特點，可以特異地殺傷p53缺失或變異的腫瘤細胞。（3）在病毒增殖必須基因的上游插入腫瘤組織特異性啟動子或增強子，從而使病毒只在特定的腫瘤細胞內增殖，而在其它細胞內處于失活狀態，如甲胎蛋白（AFP）啟動子[10]、前列腺癌特異性抗原（PSA）啟動子[11]、缺氧啟動子[12]、端粒酶逆轉錄酶啟動子（h TERT）等。其中h TERT是近年來的研究熱點。在構成人端粒酶的3個亞單位中h TERT是決定其活性的主要因素[13]，在原發性腫瘤和腫瘤細胞中有高表達，而在正常細胞中不表達，并且h TERT的表達與端粒酶活性高度相關[14]。h TERT基因的啟動子區域已經被克隆成功，是調控的是h TERT基因轉錄的主要部位[15]。用h TERT啟動子控制E1A表達而獲得的增殖性腺病毒，具有選擇性裂解端粒酶陽性腫瘤細胞的能力，而且殺傷能力與野生型腺病毒相當[16]，在本室構建的溶瘤病毒CNHK300中也觀察到相似的結果[4]。

為了優化溶瘤病毒的抗癌性，研究人員進一步將CNHK300攜帶上治療基因，期望治療基因在端粒酶陽性的腫瘤細胞中選擇性地高表達，強化抗腫瘤效果。IFN－γ是已證實有多重抗癌作用的細胞因子，其機理主要有[17－18]：（1）影響細胞周期，誘導細胞凋亡，直接殺傷腫瘤細胞；（2）直接抑制腫瘤血管生成；（3）多重的免疫調節作用：調節MHCⅠ和MHCⅡ類分子在大多數免疫細胞（如單核巨噬細胞、內皮細胞、上皮細胞等）內的表達；誘導Th2向Th1分化，減少病毒抗體產生；增強腫瘤壞死因子的抑瘤作用；激活巨噬細胞及細胞毒細胞（CTL），增加淋巴因子激活的殺傷細胞（LAK）的抗腫瘤活性。雖然IFN－γ已應用到臨床試驗中[19]，但是不穩定、半衰期短、活性低，需要高劑量反復注射方能取得一定的療效，不良反應較嚴重，費用高，因而應用明顯受限。

在作者的前期研究中將腺病毒E1A基因置于h TERT啟動子控制之下，并將含mIFN－γ的外源基因表達盒插入到腺病毒的基因組中，成功地構建一種新的基因－病毒治療系統CNHK300－Mγ[5]。本研究發現，mIFN－γ基因的插入雖然在各種細胞株中的增殖能力和殺傷能力均有所降低，但正常細胞下降更明顯，與CNHK300相比腫瘤細胞內選擇性增殖能力和對腫瘤細胞的選擇性殺傷能力均無下降，與ONYX－015相比，在腫瘤細胞中增殖能力和殺傷能力明顯增強，而在正常細胞中的毒性進一步下降，可見mIFN－γ基因的插入沒有改變溶瘤病毒自身特異性殺滅腫瘤細胞的能力。與Ad Easy－Mγ相比，CNHK300－Mγ在胃腸道腫瘤細胞中能隨著病毒的增殖大量表達mIFN－γ并隨時間相對延長，表達量成倍上升，能有效避免傳統基因治療中治療基因表達率低的主要缺點。

胃腸道惡性腫瘤是十分常見的重大疾病，一經確診絕大部分為中晚期，治療非常棘手且預后不理想。國內外文獻報道端粒酶陽性率在胃腸道腫瘤中為85.0%～93.8%，端粒酶活性的表達和腫瘤浸潤深度、淋巴結轉移及PTNM分期顯著相關[20－24]。CNHK300－Mγ既有類似CNHK300的溶瘤病毒選擇性殺傷端粒酶陽性的胃腸道腫瘤細胞的作用，同時也能隨著病毒大量增殖高效表達IFN－γ，具備了基因治療和病毒治療的雙重抗瘤作用，進一步動物試驗極可能顯示比CNHK300更強的抗瘤效果，擁有較高的胃腸道腫瘤治療潛力。

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