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肿瘤是继心、脑血管疾病之后严重威胁人类健康的一大顽症,而血管生成对肿瘤的生长、浸润和转移具有重大意义,抑制新生血管的生成可使肿瘤细胞进入休眠状态并诱导凋亡。因而以新生血管为靶点对肿瘤进行生物治疗成为近年来的研究热点。内皮抑素最初是1997年哈佛大学OReilly等发现的一种内源性血管生成抑制剂,由XⅧ型胶原蛋白羧基末端的184个氨基酸残基组成,分子量- 2.0×104。大量研显示内皮抑素具有广谱抗肿瘤作用及轻微毒性,无耐药性产生,不引起免疫反应。2004年本室运用定点诱变技术,成功地将人内皮抑素中的RGIRGAD序列改为RGDRGD序列,获得了抗肿瘤活性更强的重组内皮抑素。本研究在上述研究成果的基础上进一步确定引入RGD序列后的内皮抑素活性区,探索用基因重组方法生产小分子多肽的理论及技术,为内皮抑素抗肿瘤相关肽的临床应用及小分子多肽产业化开发提供实验依据,奠定理论基础。
人工合成人内皮抑素l~30位氨基酸(30肽,序列25~31由RGIRGAD改为RGDRGD)对应核苷酸序列,与质粒pTYB2重组,转化大肠杆菌BL21(DE3),构建高表达融合蛋白的基因工程菌;通过几丁质亲和层析树脂一步纯化30肽;用MTT、细胞迁移抑制实验、鸡胚绒毛尿囊膜血管生成抑制实验(CAM)、小鼠体内抑瘤实验等多种方法比较30肽和内皮抑素抗肿瘤活性;通过实验确定几丁质树脂最大承载量:改进几丁质树脂再生方法,增加几丁质树脂使用次数;研究用半胱氨酸和谷胱甘肽替代DTT作为融合蛋白裂解的诱导剂,解决DTT对细胞的毒性作用。
研究结果显示,30肽具有比内皮抑素更强的抑制人脐静脉内皮细胞(HUVEC)、胃癌7901细胞(SGC-7901)生长和迁移的作用。30肽对HUVEC、SGC-7901半数抑制浓度IC50分别为36μg/mL、47μg/mL,显著低于内皮抑素的IC50179μg/mL、202μg/mL。CAM实验中30肽具有比内皮抑素更明显的抑制新生血管生成作用。30肽在小鼠体内抑瘤率47.8%,内皮抑素只有28.7%,抑瘤率几乎翻一番。其他实验结果也都证实30肽具有比内皮抑素更强抗肿瘤活性。
研究结果还证明,每一毫升几丁质树脂的最大承载量为125 mL培养菌量得到的融合蛋白(30肽工程菌);几丁质树脂只能使用5次的原因是几丁质结合蛋白与几丁质亲和力过强,每次再生都有几丁质结合蛋白没有和几丁质脱离,采用提高碱液浓度并延长浸泡时间可以提高几丁质再生效果,增加几丁质树脂的使用次数;实验结果证明半胱氨酸和谷胱甘肽可以替代DTT作为诱导剂用于小分子多肽的纯化,避免DTT对细胞引起的毒性作用。
依据上述研究结果,得出如下结论:
1.内皮抑素30肽具有比内皮抑素更强的抗肿瘤活性。内皮抑素30肽对内皮细胞半数致死剂量仅为内皮抑素的1/4,对胃癌细胞半数致死剂量仅为内皮抑素的1/5,动物实验内皮抑素30肽抑瘤效果是内皮抑素的l倍。
2.可以用基因重组的方法生产小分子多肽,成本低于化学合成,避免化学合成产生的化学污染。
3.几丁质树脂使用次数受限,是几丁质与几丁质结合蛋白亲和力过强,再生不彻底的结果,强化再生条件能够延长几丁质树脂使用寿命,并且不影响30肽纯化质量
4.可以用半胱氨酸和谷胱甘肽等巯基试剂取代DTT作为融合蛋白裂解剂,解决产品中DTT可能带来的细胞毒性。