攜帶抗FAP×抗CD3雙特異性抗體重組溶瘤痘病毒的構(gòu)建及其抗癌活性觀察

施晉升，李峰，吳思慧，俞力超，劉黎瓊，于峰

（1.江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院心胸外科，江蘇鎮(zhèn)江212001；2.江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；3.深圳市南山區(qū)人民醫(yī)院血液科，廣東深圳5180052；4.江蘇大學(xué)生命科學(xué)研究院，江蘇鎮(zhèn)江212013；5.上海市腫瘤研究所癌基因及相關(guān)基因國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200032）

肺癌的常規(guī)放化療方案毒副反應(yīng)明顯且敏感度不高，靶向免疫治療逐漸成為肺癌治療策略之一。腫瘤微環(huán)境對(duì)腫瘤發(fā)生、進(jìn)展以及治療具有重要作用［1］。成纖維細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中重要的基質(zhì)細(xì)胞，成纖維細(xì)胞活化蛋白（fibroblast activation protein，F(xiàn)AP）表達(dá)于 90%以上的基質(zhì)成纖維細(xì)胞［2］。單純靶向腫瘤細(xì)胞治療的效果不甚理想，而靶向FAP陽性的腫瘤基質(zhì)細(xì)胞能增強(qiáng)抗腫瘤效果［3］。

溶瘤病毒是一類經(jīng)過基因改造后能選擇性在腫瘤細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，裂解腫瘤細(xì)胞后子代又能擴(kuò)散到臨近腫瘤細(xì)胞的病毒。該類病毒因特異性強(qiáng)、副反應(yīng)小而成為腫瘤靶向治療的新型工具［4］。目前已經(jīng)有10余種溶瘤病毒用于臨床試驗(yàn)，例如腺病毒、皰疹病毒和牛痘病毒（vaccinia virus，VV）等。牛痘病毒因其良好的安全性而被廣泛應(yīng)用于臨床，例如作為疫苗消滅天花。此外，由于牛痘病毒具有溶瘤速度快、外源基因承載能力大（約25 kb）、溶瘤同時(shí)激發(fā)機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答等優(yōu)點(diǎn)成為溶瘤病毒的典型代表［5］。雖然臨床研究顯示，溶瘤痘病毒及其激活的免疫反應(yīng)能在腫瘤組織被檢測(cè)到，但其抗腫瘤效果仍不理想［6］。為了增強(qiáng)抗腫瘤效果，我們構(gòu)建了攜帶抗FAP和抗小鼠CD3分子雙特異性分子（BiTE.FAP）的重組溶瘤痘病毒（recombinant oncolytic double deleted vaccinia virus-Bispecific T cell Engager-FAP，rVVDD-BiTE.FAP），并在體外檢測(cè)其對(duì)過表達(dá)FAP蛋白小鼠肺癌細(xì)胞的抑制效果。

1 材料與方法

1.1 材料

痘苗生長(zhǎng)因子（vaccinia growth factor，VGF）基因缺失的親本病毒vSC20、rVVDD-GFP病毒、pCDHFAP-GFP慢病毒質(zhì)粒、pSEL2N1質(zhì)粒、非洲綠猴腎CV-1細(xì)胞株、人骨肉瘤HuTK-143B細(xì)胞株由本實(shí)驗(yàn)室保存；小鼠肺癌LLC細(xì)胞株和小鼠肺癌LL/2細(xì)胞株購于南京凱基生物公司；LLC-GFP和LLCFAP細(xì)胞株是本課題組采用慢病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)構(gòu)建而成的穩(wěn)定細(xì)胞株；8～12周SPF級(jí)C57BL/6小鼠，雌雄不限，體重20～22 g，由江蘇大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供（合格證號(hào)：201607173）；胎牛血清（美國(guó) Gibco公司）；RPMI1640、DMEM培養(yǎng)基（上海 HyClone公司）；轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000（美國(guó)Invitrogen公司）；BudR（美國(guó)Sigma公司）；限制性內(nèi)切酶NotI和EcoR V（美國(guó)NEB公司）；PCR擴(kuò)增引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成；MTS試劑盒（北京Promega有限公司）；基因組抽提試劑盒及LDH試劑盒購自TaKaRa寶生物工程（大連）有限公司；IL-2和IFN-γ濃度檢測(cè)用ELISA試劑盒（美國(guó)BD公司）。

1.2 pSEL2N1-BiTE-FAP重組質(zhì)粒的構(gòu)建

以pSEL2N1空載質(zhì)粒為模板擴(kuò)增PSEL-DsRed基因。所用的引物序列：PSEL-DsRed，上游5′-AATTCAAAAATTGAAATTTTATTTTTTTTTTTTGGAATATAAATAAATGGCCTCCTCCGAGAAC-3′，下游5′-GGTATCTTGCGGGATATCCTACAGGAACAGGTGGTG-3′。以pCDH-FAP-GFP質(zhì)粒為模板擴(kuò)增PFl7R-BiTE-FAP基因。所用引物序列：PFl7R-FAP，上游5′-TTCAATTTTTGAATTTCATTTTGTTTTTTTCTATGCTATAAATGAACTCAGGACTCCAATTGGTTTTC-3′，下游：5′-ATGATCTAGAGTCGCGGCCGCTCACGCCCGTTTTATTTCCAGCT-3′。PCR擴(kuò)增程序：98℃20 s；98℃ 15 s，60℃15 s，72℃ 30 s；72℃ 5 min；30個(gè)循環(huán)。將痘病毒早晚期啟動(dòng)子 PSEL、EcoR V位點(diǎn)分別引入DsRed基因的上下游引物，而NotⅠ位點(diǎn)和痘病毒特異性啟動(dòng)子F17R分別引入BiTE-FAP基因的上下游引物。pSEL2N1質(zhì)粒原來的DsRed和GPT基因閱讀框用NotⅠ和EcoR V雙酶切切去。PCR產(chǎn)物、pSEL2N1骨架質(zhì)粒 DNA片段切膠回收。將DsRed和BiTE-FAP基因用 Infusion克隆法插入pSEL2N1質(zhì)粒，構(gòu)建表達(dá)紅色熒光的重組質(zhì)粒pSEL2N1-BiTE-FAP。

1.3 重組病毒rVVDD-BiTE.FAP的構(gòu)建

消化CV-1細(xì)胞，以3.0×105/孔密度接種于6孔板，當(dāng)細(xì)胞匯合度達(dá)80%時(shí)，將原培養(yǎng)液更換為2 mL含2%胎牛血清的培養(yǎng)基，用MOI值為0.05的vSC20感染，37℃，5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)2 h后，將感染液更換為完全培養(yǎng)基，利用Lipofectamine 2000將重組質(zhì)粒 pSEL2N1-BiTE-FAP轉(zhuǎn)染 CV-1細(xì)胞。37℃，5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)48 h后，熒光顯微鏡下觀察DsRed的表達(dá)，以確定質(zhì)粒轉(zhuǎn)染和病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)效果。細(xì)胞完全病變時(shí)收集細(xì)胞及培養(yǎng)液，反復(fù)凍融3次，1 000×g離心10 min，收集病毒上清液，保存于-80℃冰箱。

1.4 重組病毒的篩選和純化

消化HuTK-143B細(xì)胞，以3.0×105/孔密度接種于6孔板；當(dāng)匯合度達(dá)90%時(shí)，將原培養(yǎng)液更換為2 mL含2%胎牛血清的培養(yǎng)基，然后分別加入1、10、50μL病毒上清液，置細(xì)胞培養(yǎng)箱培養(yǎng)2 h后棄感染液；將含50μg/mL BudR的完全培養(yǎng)基和1%低熔點(diǎn)瓊脂糖加入6孔板中覆蓋細(xì)胞，繼續(xù)培養(yǎng)48 h。熒光顯微鏡下觀察紅色熒光，并將DsRed陽性的病毒斑挑于1 mL PBS中；-80℃冰凍及37℃恒溫水浴融解3次后4℃1 000×g離心30 min，收集上清液進(jìn)行下一輪空斑純化。經(jīng)過5輪篩選及純化后，在熒光顯微鏡下驗(yàn)證其純度。

1.5 重組病毒滴度的檢測(cè)

消化CV-1細(xì)胞，以1.5×105/孔密度接種于24孔板培養(yǎng)，分為6組，每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔；當(dāng)匯合度達(dá)90%時(shí)，取6份1μL病毒液，按比例（10-3，10-4，10-5，10-6，10-7，10-8）稀釋后加入24孔板中；37℃5%CO2培養(yǎng)48 h后棄上清液，加入適量結(jié)晶紫染液染色5 min，PBS洗2次后風(fēng)干，以空斑數(shù)計(jì)算重組病毒的滴度。

1.6 重組病毒體外復(fù)制能力檢測(cè)

LLC、LL/2細(xì)胞經(jīng)0.25%胰酶消化后，分別以1×105/孔細(xì)胞密度接種于48孔板，每種細(xì)胞分2組，每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔，共種4塊板。細(xì)胞培養(yǎng)過夜，當(dāng)達(dá)90%匯合度時(shí)，用MOI=0.1的rVVDD-BiTE.FAP和親本病毒vSC20分別感染LLC、LL/2細(xì)胞，并在0，24，48，72 h收獲，反復(fù)凍融3次后通過CV-1細(xì)胞空斑計(jì)算病毒滴度。

1.7 MTS法檢測(cè)兩株重組病毒的體外溶瘤能力

LLC細(xì)胞經(jīng)0.25%胰酶消化后，將細(xì)胞分為5組，均以細(xì)胞密度1×104/孔接種于96孔板中，每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔，培養(yǎng)過夜。當(dāng)細(xì)胞達(dá)90%匯合度時(shí)，將rVVDD-GFP和rVVDD-BiTE.FAP按 MOI值（0，0.01，0.1，1和10）稀釋后加入96孔板，37℃，5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)48 h后，棄培養(yǎng)基，加入100μL新培養(yǎng)基，另設(shè)3孔空白對(duì)照組（不含細(xì)胞及病毒）作為調(diào)零孔。將MTS試劑按MTS∶PMS=20∶1的比例混合，并計(jì)算所需總體積。每孔加入配置好的混合液20μL，避光置于37℃，5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)，1～2 h后用酶標(biāo)儀檢測(cè)490 nm處的D值。細(xì)胞存活率=（病毒感染孔D值-凋零孔D值）/（對(duì)照孔D值-凋零孔D值）×100%。

1.8 結(jié)晶紫染色觀察活細(xì)胞數(shù)量

將“1.7”中培養(yǎng)板細(xì)胞棄上清液，用PBS輕洗1～2次，吸去PBS，加入適量結(jié)晶紫染液，室溫放置固定5 min后，再用PBS洗2次，每次靜置2 min，完全吸去PBS后于生物安全柜內(nèi)風(fēng)干，拍照記錄結(jié)晶紫染色結(jié)果，其顏色深淺代表活細(xì)胞數(shù)量。

1.9 痘病毒基因組制備及PCR鑒定

吸取20μL的病毒液，按照TaKaRa公司病毒基因組純化試劑盒的操作步驟抽提基因組DNA，并采用酶標(biāo)儀定量。確認(rèn)濃度后取出2 ng作為模板插入基因組片段 PCR，上游引物：5′-CGGCGGACATATTCAGTTGATAATCGG-3′，下游引物：5′-CGGTGGCACCATCTAATATACCGTGTCGCTGT-3′。反應(yīng)條件：94℃預(yù)變性5 min，94℃變性30 s，58℃退火30 s，72℃延伸4 min，反應(yīng)30個(gè)循環(huán)后72℃再延伸5 min，然后4℃保存。PCR產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證。

1.10 小鼠脾臟T細(xì)胞的制備

取6周齡C57雄性小鼠1只，斷頸法處死，解剖取出脾臟，置于滅菌篩子上，加少量PBS，用10 mL注射器的推進(jìn)器橡膠頭小心研磨，再用PBS沖洗篩子，收集T細(xì)胞，置于15 mL離心管中。在管中按1∶1的比例加入紅細(xì)胞裂解液，置冰上5 min，然后以500×g離心5min，去上清液后用PBS重懸，再離心、重懸1次。T細(xì)胞第3次離心后用含10%FBS的RPMI 1640培養(yǎng)基重懸，以2.5×106/mL細(xì)胞密度接種于培養(yǎng)皿，最后將刀豆蛋白A（Con A）以2.5 μL/mL加入培養(yǎng)皿用于活化T細(xì)胞。

1.11 重組病毒對(duì)過表達(dá)FAP的小鼠LLC細(xì)胞殺傷作用測(cè)定

先采用Con A活化小鼠脾臟T細(xì)胞。然后將MOI=5的rVVDD-BiTE.FAP感染LLC細(xì)胞，24 h后收集上清液，離心后用0.1μm濾膜過濾。將病毒過濾液在有或無活化T細(xì)胞的情況下分別與LLC-GFP或LLC-FAP細(xì)胞共培養(yǎng)。以無病毒過濾液的空培養(yǎng)液作為對(duì)照。具體步驟：LLC-GFP和LLC-FAP細(xì)胞經(jīng)0.25%胰酶消化后，分別以2×104/孔細(xì)胞密度接種于96孔板中，每種細(xì)胞分為與T細(xì)胞、無T細(xì)胞共培養(yǎng)兩大組，每大組分3個(gè)小組，每小組設(shè)3個(gè)復(fù)孔，效應(yīng)細(xì)胞∶靶細(xì)胞=3∶1，病毒過濾液∶培養(yǎng)基=40μL∶60μL，37℃，5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后在顯微鏡下觀察殺傷效果，然后用MTS和LDH實(shí)驗(yàn)測(cè)定殺傷效果。LDH實(shí)驗(yàn)參照說明書進(jìn)行，設(shè)立未處理細(xì)胞組作為L(zhǎng)DH本底釋放對(duì)照組（低對(duì)照），在細(xì)胞中加Triton X-100作為L(zhǎng)DH完全釋放對(duì)照組（高對(duì)照）。LDH測(cè)定方法：將經(jīng)病毒和T細(xì)胞處理的LLC細(xì)胞培養(yǎng)板以250×g離心10 min后，小心地從每個(gè)孔中取出100μL上清液并轉(zhuǎn)移到光學(xué)透明96孔板的相應(yīng)孔中，向每個(gè)孔中加入100μL反應(yīng)混合物，在室溫避光孵育30 min內(nèi)，用酶標(biāo)儀測(cè)定490 nm處D值。細(xì)胞毒性（抑制率）=（實(shí)驗(yàn)孔D值-低對(duì)照D值）/（高對(duì)照D值-低對(duì)照D值）×100%。重復(fù)上述殺傷實(shí)驗(yàn)并吸取上清液，按ELISA試劑盒說明檢測(cè)上清液中的細(xì)胞因子IL-2和IFN-γ的濃度。

1.12 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x-±s）表示，組間比較采用單因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 重組質(zhì)粒構(gòu)建及重組溶瘤痘病毒基因組PCR驗(yàn)證

PCR擴(kuò)增膠回收的DsRed-PCR產(chǎn)物、FAP-PCR產(chǎn)物和pSEL2N1質(zhì)粒雙酶切產(chǎn)物經(jīng)電泳檢測(cè)，結(jié)果與理論值相符。見圖1。將構(gòu)建好的質(zhì)粒經(jīng)酶切篩選后送上海生工生物工程公司測(cè)序驗(yàn)證，獲得陽性重組質(zhì)粒pSEL2N1-BiTE-FAP。

取出2 ng純化好的重組病毒基因組作為模板，插入基因組片段進(jìn)行PCR。PCR程序結(jié)束后進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證，結(jié)果與理論值相符，且未在電泳圖上看到親本病毒vSC20 PCR條帶位置處有明顯條帶擴(kuò)增，說明已獲得高純度重組病毒。見圖2。

圖1 pSEL2N1-BiTE-FAP重組質(zhì)粒構(gòu)建電泳圖

圖2 重組病毒rVVDD-BiTE.FAP的PCR鑒定

2.2 BiTE-FAP表達(dá)不影響病毒復(fù)制和溶瘤能力

空斑法測(cè)定結(jié)果顯示，rVVDD-BiTE.FAP、vSC20感染LLC、LL/2細(xì)胞后，各時(shí)點(diǎn)的病毒滴度無明顯差異，表明重組痘病毒的復(fù)制能力未受到影響。見圖3。

圖3 vSC20、rVVDD-BiTE.FAP感染兩類小鼠肺癌細(xì)胞株不同時(shí)間后滴度

MTS實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著MOI值增加，兩類病毒感染后的LLC細(xì)胞存活率均逐漸降低，且各滴度的兩者溶瘤能力均無顯著差異（P均＞0.05，圖4）。結(jié)晶紫染色也顯示上述趨勢(shì)（圖5）。

圖4 MTS實(shí)驗(yàn)檢測(cè)不同MOI值重組病毒對(duì)LLC細(xì)胞存活率的影響

2.3 rVVDD-BiTE.FAP聯(lián)合小鼠T細(xì)胞具有高效抗癌作用

MTS實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在與小鼠T細(xì)胞共培養(yǎng)的LLC-FAP體系中，rVVDD-BiTE.FAP具有明顯抗腫瘤效果，溶瘤效果明顯強(qiáng)于其他組（圖6）。結(jié)果說明BiTE-FAP介導(dǎo)T細(xì)胞殺傷FAP陽性腫瘤細(xì)胞。

圖5 兩類重組病毒不同MOI值下的溶瘤能力（結(jié)晶紫染色）

圖6 MTS檢測(cè)各組LLC細(xì)胞的存活率

LDH結(jié)果也顯示，rVVDD-BiTE.FAP聯(lián)合小鼠T細(xì)胞，對(duì)LLC-FAP細(xì)胞具有更強(qiáng)的毒性作用（圖7）。對(duì)共培養(yǎng)體系的上清液進(jìn)行ELISA檢測(cè)，結(jié)果顯示rVVDD-BiTE.FAP能介導(dǎo)T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞并釋放大量細(xì)胞因子IL-2和IFN-γ（圖8），T細(xì)胞殺傷靶細(xì)胞后細(xì)胞因子IL2和IFN-γ表達(dá)量明顯升高（P＜0.05）。

圖7 rVVDD-BiTE.FAP和rVVDD-GFP病毒對(duì)LLC-GFP和LLC-FAP細(xì)胞的抑制作用

3 討論

腫瘤微環(huán)境是具有異質(zhì)成分的復(fù)雜環(huán)境，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展以及介導(dǎo)治療抗性中起重要作用［7-10］，因此，除了靶向癌細(xì)胞之外，靶向腫瘤微環(huán)境中的輔助細(xì)胞可以增加靶向治療的有效性［11］。FAP陽性癌相關(guān)成纖維細(xì)胞是腫瘤基質(zhì)的中心細(xì)胞組分，并且對(duì)免疫抑制、基質(zhì)發(fā)生、血管形成和細(xì)胞外基質(zhì)重塑具有重要的促進(jìn)作用［12］。Ostermann等［13］的臨床前研究顯示，靶向FAP的單克隆抗體能夠破壞腫瘤組織的成纖維細(xì)胞和血管結(jié)構(gòu)，抑制腫瘤生長(zhǎng)，而實(shí)驗(yàn)小鼠無明顯毒副反應(yīng)。然而，在臨床試驗(yàn)中輸注FAP特異性單克隆抗體，患者未能從中獲益［14］。Tran等［15］報(bào)道，靶向 FAP的嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T）在小鼠實(shí)驗(yàn)中卻出現(xiàn)致死性骨毒性和惡病質(zhì)的毒副反應(yīng)，主要原因在于小鼠PDGFR-α和Sca-1陽性的多能骨髓基質(zhì)細(xì)胞也大量表達(dá)FAP，導(dǎo)致CAR-T細(xì)胞出現(xiàn)脫靶作用。因此，在腫瘤微環(huán)境局部表達(dá)FAP抗體可避免T細(xì)胞出現(xiàn)這種脫靶副反應(yīng)。VGF和TK雙缺失的溶瘤痘病毒不但具有腫瘤組織趨向性，而且能夠高水平表達(dá)外源插入基因。該研究旨在通過rVVDD-BiTE.FAP將FAP雙特異性抗體表達(dá)于腫瘤局部，避免T細(xì)胞的脫靶副反應(yīng)。

圖8 ELISA法檢測(cè)共培養(yǎng)體系中IL-2和IFN-γ濃度

本研究將構(gòu)建成功的重組溶瘤痘病毒rVVDDBiTE.FAP進(jìn)行純化后，與Con A活化的T細(xì)胞共培養(yǎng)，檢測(cè)其對(duì)FAP過表達(dá)的LLC細(xì)胞的體外殺傷效果。結(jié)果顯示，重組病毒不僅保留了原本病毒體外復(fù)制及溶瘤能力，而且對(duì)FAP過表達(dá)細(xì)胞具有更強(qiáng)的殺傷作用。由于傳統(tǒng)療法治療實(shí)體瘤效果欠佳，攜帶靶向FAP雙功能抗體的溶瘤痘病毒不僅能夠裂解腫瘤細(xì)胞，而且能夠介導(dǎo)T細(xì)胞靶向殺傷腫瘤基質(zhì)細(xì)胞，這種雙靶向治療機(jī)制為腫瘤治療提供了新思路。本研究證實(shí)了表達(dá)雙功能抗體的重組溶瘤病毒的體外殺傷能力，后期我們將在小鼠體內(nèi)進(jìn)一步證實(shí)該研究的可行性。