穩定表達FIP1L1-PDGFRA及其突變體細胞株的構建和耐藥性評價

劉婧雯，宋昊昕，朱 蕾

中國醫學科學院基礎醫學研究所 北京協和醫學院基礎學院 中國醫學科學院醫學表觀遺傳研究中心 藥理學系，北京 100005

FIP1L1-PDGFRA(fip1-like 1-platelet-derived growth factor receptor alpha, F/P)是一種融合基因,其形成是由于染色體4q12的間隙性缺失,使其上游短缺的FIP1L1基因融合至斷裂的PDGFRA基因上。該融合基因首先在高嗜酸性粒細胞綜合征(hypereosinophilic syndrome, HES)中被鑒定,后續研究證實它是慢性嗜酸性粒細胞白血病(chronic eosinophilic leukemia, CEL)的主要病因[1-3]。來源于CEL患者的人急性髓細胞(嗜酸粒細胞)白血病細胞[human acute myeloid cells (eosinophils) leukemia cells, EOL-1]細胞系表達該基因,因此被作為研究F/P融合基因以及CEL的體外細胞模型[4]。此外,在系統性肥大細胞增多癥、急性髓系白血病以及T淋巴母細胞性淋巴瘤等血液疾病中亦可出現該融合基因[5-6]。

F/P融合基因編碼的F/P融合蛋白具有組成性酪氨酸激酶活性,可促嗜酸性粒細胞克隆性增殖,造成組織器官損害。酪氨酸激酶抑制劑(tyrosine kinase inhibitor, TKI)伊馬替尼(imatinib)可以靶向PDGFR,對CEL等存在F/P融合基因的疾病具有較好療效[7-8],但使用后出現的T674I和D842V突變致伊馬替尼耐藥問題較為突出。索拉非尼(sorafenib)和尼洛替尼(nilotinib)被報道對伊馬替尼耐藥的T674I突變有效,但D842V突變則對多種TKIs完全耐藥,僅對阿法替尼(avapritinib)敏感[9-10]。另外,TKIs在使用中產生的毒副作用亦不容忽視。鑒于此,發現安全和高活性的靶向F/P融合蛋白及其突變體的新藥是臨床上迫切需要解決的難題。

本研究擬構建能穩定表達F/P及其突變體的轉染細胞株BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V,并通過檢測它們對伊馬替尼、索拉非尼和阿法替尼等TKIs陽性藥的響應以評價其活性,以期為開發以F/P及其T674I、D842V突變為靶點的化合物提供良好的細胞模型。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細胞系與細胞株:小鼠原B淋巴細胞系(BaF3中國醫學科學院基礎醫學研究所細胞資源中心);BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V穩定轉染(穩轉)細胞株(賽業生物科技有限公司構建)。

1.1.2 主要試劑: IMDM培養基和雙抗(中國醫學科學院基礎醫學研究所細胞資源中心);胎牛血清(FBS,Gibco公司);小鼠IL-3(CST公司);CCK8(蘭杰柯科技有限公司);伊馬替尼、索拉非尼和阿法替尼(MedChemexpress公司);其余試劑由賽業生物科技有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 細胞的培養:將BaF3細胞用含10% FBS和1 ng/mL IL-3的IMDM培養基(含雙抗)于37 ℃、5% CO2培養箱中培養;BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V細胞用含10% FBS的IMDM培養基(含雙抗)培養,取對數增殖期的細胞做研究。

1.2.2 穩轉細胞株的構建:構建慢病毒表達載體(LV-EFS>FIP1L1-PDGFRA-CMV>EGFP/T2A/Puro;LV-EFS>FIP1L1-PDGFRA-T674I-CMV>GFP/T2A/Puro;LV-EFS>FIP1L1-PDGFRA-D842V-CMV>EGFP/T2A/Puro;空載體為LV-CMV>EGFP/T2A/Puro),酶切并進行瓊脂糖凝膠電泳鑒定,經測序(圖1)比對,驗證正確無誤后,與包裝質粒(pGag/Pol、pRev和pVSV-G)一起轉染293T細胞,進行慢病毒包裝并進行滴度檢測。以重組慢病毒感染BaF3細胞,用嘌呤霉素篩選獲得穩定表達的單克隆細胞。在熒光顯微鏡下可見細胞均發出綠色熒光(圖2),熒光率在80%以上。經擴大培養鑒定后分別命名為BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I、BaF3-F/P-D842V和BaF3-empty vector細胞。

1.2.3 RT-qPCR檢測mRNA:RNA提取、RNA反轉錄、RT-qPCR均按相應試劑盒說明書操作,基因定量表達采用2-ΔΔCt法。引物見表1。

1.2.4 CCK-8法檢測細胞增殖:收集細胞并制備細胞懸液,以3×105個/孔密度接種于96孔板中,加入不同濃度伊馬替尼、索拉非尼或阿法替尼,在37 ℃、5% CO2培養箱中分別孵育24 h和48 h后,加入CCK-8試劑。繼續孵育1 h后,用酶標儀在450 mm處測定吸光度,并計算增殖抑制率。

1.3 統計學分析

2 結果

2.1 穩轉細胞株中FIP1L1和PDGFRA mRNA的表達

3組細胞均表達FIP1L1和PDGFRA mRNA,而BaF3-empty vector細胞無表達(圖3)。

#P<0.05,##P<0.01 compare with BaF3-empty vector;*P<0.05,**P<0.01 compare with BaF3-F/P.圖3 QPCR檢測FIP1L1和PDGFRA的mRNA表達Fig 3 The mRNA expressions of FIP1L1 and PDGFRA were detected by n=3)

2.2 穩轉細胞株對TKIs的敏感性

BaF3細胞的增殖需要依賴IL-3,而BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V細胞在無IL-3培養條件下仍具有較強增殖能力。伊馬替尼和索拉非尼在較低的濃度即可抑制BaF3-F/P細胞的增殖,伊馬替尼作用24 h和48 h的IC50分別為0.3624 nmol/L和0.129 8 nmol/L,索拉非尼在2個時間點的IC50均低于0.01 nmol/L;索拉非尼和阿法替尼可抑制BaF3-F/P-T674I細胞增殖,索拉非尼作用24 h和48 h的IC50分別為24.7 nmol/L和476.3 nmol/L,阿法替尼作用24 h和48 h的IC50分別為4 376 nmol/L和434.8 nmol/L;而BaF3-F/P-D842V細胞僅對高濃度阿法替尼敏感,24 h和48 h的IC50分別為474.1 nmol/L和1 867 nmol/L(圖4)。

圖4 TKIs對BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V 細胞的增殖抑制作用Fig 4 Inhibitory effects of TKIs on the proliferation of BaF3-F/P, BaF3-F/P-T674I and BaF3-F/P-D842V

3 討論

在F/P融合基因中,FIP1L1基因斷裂點多變,而PDGFRA基因的斷裂點主要集中在第12號外顯子,使跨膜決定區的第一個W(色氨酸)殘基缺失,導致負性調控體的WW結構域被破壞,PDGFRA酪氨酸激酶的自我抑制作用消失而持續活化,進一步異常激活下游信號轉導通路,包括RAS-RAF-ERK、PI3K-AKT以及JAK-STAT等,致使細胞增殖失控和腫瘤生成[11]。尤其在CEL中,F/P融合基因是其特征性基因,可以驅動外周血、骨髓和周圍組織中嗜酸性粒細胞持續增多,釋放細胞因子、酶或其他蛋白,導致靶器官損害,其中心、肺、中樞神經系統、皮膚和胃腸道最常受累,心肺功能衰竭是患者的主要死因。因此,F/P已成為CEL的藥物探索靶標[8]。

鑒于F/P融合蛋白具有受體酪氨酸激酶活性,TKI伊馬替尼是目前治療F/P相關疾病的首選藥物,但長期使用可引起骨髓造血紊亂,且不能緩解F/P融合蛋白過度活化引起的心臟損害,而靶細胞壞死釋放大量毒素會加重心臟毒性并引起致死性心臟衰竭[7]。此外,T674I和D842V等位于ATP結合位點區域的點突變是造成伊馬替尼獲得性耐藥的主要機制[11]。P/F-T674I屬于gatekeeper突變,gatekeeper位置的蘇氨酸(T)被替換為更大更親脂的異亮氨酸(I),阻止伊馬替尼進入ATP結合位點的疏水口袋[12]。索拉非尼和尼洛替尼在體外實驗中顯示對T674I突變的有效性[9],但臨床效果有限[13]。P/F-D842V突變則影響ATP結合口袋中活化環的調控功能,不利于伊馬替尼、索拉非尼等傳統Ⅱ型TKIs的結合[14],阿法替尼是目前唯一針對PDGFRA D842V突變的靶向藥物[8]。

針對上述臨床治療中面臨的困境和挑戰,構建合適的細胞篩選模型并在此基礎上發現高活性、高選擇性且毒副作用小的新型藥物具有重要意義。本研究采用慢病毒轉導技術構建了穩定表達F/P及其突變體的BaF3-F/P、BaF3-F/P-T674I和BaF3-F/P-D842V細胞系。選用的靶細胞是BaF3,其增殖是依賴細胞因子IL-3的,而轉化F/P以及T674I、D842V突變體的BaF3細胞則能表現出不依賴IL-3增殖的惡性表型特征。進一步,檢測3株細胞對相應TKIs的敏感性以評價其活性。結果發現,BaF3-F/P細胞對伊馬替尼和索拉非尼敏感;BaF3-F/P-T674I細胞對伊馬替尼耐藥,對索拉非尼敏感;而BaF3-F/P-T674I細胞對伊馬替尼和索拉均耐藥,僅較高濃度的阿法替尼能抑制其增殖;上述結果與文獻報道的F/P以及T674I、D842V突變對TKIs的響應是一致的。綜上,本研究成功構建了靶向F/P及其T674I、D842V突變的化合物篩選細胞模型,為后續篩選和評價新型靶向藥物奠定基礎。