Muc1和gm-csf双基因共表达重组载体及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种MUC1和GM-CSF双基因共表达重组载体，其沿载体转录方向依次连接有MUC1基因、IRES序列和GM-CSF基因，或者沿载体转录方向依次连接有GM-CSF基因、IRES序列和MUC1基因；所述MUC1基因的核苷酸序列如序列表中SEQ?ID?NO:1所示，所述GM-CSF基因的核苷酸序列如序列表中SEQ?ID?NO:2所示，所述IRES序列的核苷酸序列如序列表中SEQ?ID?NO:3所示。本发明所述的双基因共表达重组载体，采用IRES序列来连接MUC1基因和GM-CSF基因，能够在同一载体中同时表达人上皮粘蛋白以及粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子，该重组载体可用于肿瘤的基因免疫治疗，既能发挥细胞因子的免疫调节作用，又能靶向性地产生特异性抗肿瘤效应。
【专利说明】MUC1和GM-CSF双基因共表达重组载体及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种重组载体及其制备方法和应用，特别是涉及一种双基因共表达重组载体及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]癌症是世界严重的公共卫生问题，据国际癌症研究机构公布的数据显示，每年全球约800万人死于癌症。我国近20年来癌症呈现年轻化及发病率和死亡率“三线”走高的趋势。全国肿瘤登记中心发布的《2012中国肿瘤登记年报》显示，每年新发肿瘤病例约为312万例，平均每天8550人,全国每分钟有6人被诊断为癌症,全国肿瘤死亡率为180.54/10万，每年因癌症死亡病例达270万例。[0003]肿瘤免疫治疗技术以现代分子生物学、细胞生物学和分子免疫学等前沿科学为基础，利用机体对肿瘤的免疫应答,通过生物手段改变肿瘤和机体之间的相互作用,调动机体对肿瘤的防御机制，达到控制肿瘤生长，提高患者生活质量，延长患者生存期的目的，是继手术、放疗、化疗后第四种肿瘤治疗模式，也是肿瘤综合治疗的重要组成部分。
[0004]肿瘤免疫治疗的目的，不仅要有效激活消除肿瘤细胞的免疫应答反应，还要建立起长远的抗肿瘤记忆效应。肿瘤免疫治疗包括两个主要的策略:非特异性辅助免疫治疗和抗原特异性免疫治疗。非特异性辅助免疫治疗，是通过调节系统或局部细胞因子或共刺激分子的浓度来刺激免疫系统。抗原特异性免疫治疗，包括抗原的转运、表达和呈递，抗原激活的T细胞的迁移，以及采用抗原负载的DC细胞治疗等。
[0005]研究表明，通过载体表达肿瘤相关抗原并共表达细胞因子或共刺激分子，表现出相互协同促进的作用，有助于诱导抗原特异性T细胞免疫应答，从而表现出显著的抗肿瘤活性。由此可见，要诱导强有力的抗肿瘤免疫应答，不仅需要肿瘤相关抗原的表达和呈递，还需要增强共刺激分子和细胞因子介导的免疫作用。在多数研究中，抗肿瘤免疫应答的效果与共表达的免疫促进型细胞因子和共刺激分子的数目呈正相关。
[0006]细胞因子基因免疫是目前肿瘤基因治疗研究的热点，将具有抗肿瘤作用的细胞因子基因导入宿主体内，并使之稳定有效地表达，使体内持续存在一定水平的内源性细胞因子，以发挥抗肿瘤的作用。然而，现有的细胞因子基因免疫治疗方法只是提高机体免疫能力，增强共刺激分子和细胞因子介导的免疫作用，无法实现肿瘤相关抗原的表达和呈递。
[0007]粒细胞-巨卩遼细胞集落刺激因子(Granulocyte-macrophageColony StimulatingFactor, GM-CSF)是由活化的T细胞、B细胞、巨噬细胞、肥大细胞、内皮细胞以及成纤维细胞等产生并分泌的一种酸性糖蛋白。GM-CSF是一种重要的免疫调节剂，广泛参与机体的造血、免疫及抗感染等过程，对感染性疾病的发生、发展有重要影响。GM-CSF作为目前已知功能最强大的免疫调节分子，在增强机体抗肿瘤免疫功能方面显示了良好的应用前景，并被广泛应用于肿瘤的免疫治疗。GM-CSF可通过以下机制参与免疫调节:(I)提高肿瘤细胞MHC分子的表达；(2)诱导树突状细胞的成熟、分化并增强抗肿瘤体液免疫；(3)上调共刺激分子CD86表达，逆转T淋巴细胞免疫耐受；(4)促进效应性T淋巴细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)在肿瘤部位浸润，杀伤肿瘤细胞。GM-CSF可作为化疗的辅助用药，提升肿瘤患者外周血白细胞水平(主要为粒细胞与单核细胞数量)的同时，诱导机体的免疫系统活化，加强对肿瘤的免疫。除上述生物学效应外，GM-CSF还能增加肿瘤基质分泌血管生成抑制素，抑制肿瘤的血管生成和转移。GM-CSF的抗肿瘤作用受到广泛共识，并已经正式开始运用于临床肿瘤免疫治疗。GM-CSF的基因治疗及基因修饰的肿瘤细胞疫苗在研究中同样显示了抗肿瘤作用。GM-CSF以其显著的免疫调节作用和低毒性成为肿瘤疫苗重要的免疫佐剂，转染GM-CSF基因的肿瘤疫苗在伤口愈合、黑色素瘤、肝癌、前列腺癌、乳腺癌等基础和临床研究中均取得了显著效果。然而，目前的GM-CSF基因免疫治疗方法只是局部地提高机体的GM-CSF蛋白表达水平，其免疫调节作用、抗肿瘤能力较小，而且缺乏免疫治疗的靶向性。
[0008]粘蛋白(Mucins，MUC)在正常人体内主要存在于胃肠道、呼吸道、泌尿生殖道以及乳腺等多种上皮组织中，对正常的上皮起润滑和保护作用，同时还介导信号转导和细胞粘附。而在肿瘤组织中，MUC多出现异常表达，表现为量和质的改变，并且与肿瘤的浸润、转移及预后相关。
[0009]人上皮黏蛋白(MUCl)是由MUCl基因表达的粘蛋白家族中的一种I型跨膜蛋白，其多肽骨架主要由胞外段、跨膜段和胞内段组成，胞外区由可变数目(20~125个)串联重复序列(Variable Number Tandem Repeats, VNTR)组成,抗原表位即位于VNTR区。此种肽链表位在正常表达时，被外周糖链所掩盖，不能被识别；在癌变时，由于糖基转移酶活性增高导致不完全糖基化，不完全糖基化又导致侧链变短及核心肤暴露，显现出相关肤抗原表位、糖抗原表位，从而获得免疫原性。MUCl已确定在多种肿瘤细胞中高表达，包括肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌、胃癌、结直肠癌、胰腺癌、膀胱癌、前列腺癌、多发性骨髓瘤等。
【发明内容】
[0010]基于此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，该重组载体可用于肿瘤的基因免疫治疗，既能发挥细胞因子的的免疫调节作用，又能靶向性地产生特异性抗肿瘤效应。
[0011]本发明的另一个目的是，提供所述MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体的制备方法。
[0012]本发明的再一个目的是，提供所述MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体在肿瘤的基因免疫治疗中的应用。
[0013]MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，其沿载体转录方向依次连接有MUCl基因、IRES序列和GM-CSF基因，或者沿载体转录方向依次连接有GM-CSF基因、IRES序列和MUCl基因；所述MUCl基因的核苷酸序列如序列表中SEQ ID NO:1所示，所述GM-CSF基因的核苷酸序列如序列表中SEQ ID NO:2所示，所述IRES序列的核苷酸序列如序列表中SEQ IDNO:3所示。
[0014]在其中一个实施例中，所述的载体为PIRES2-EGFP质粒载体，所述的双基因共表达重组载体为PIRES2-MUC1-GM-CSF重组载体；其中，MUCl基因位于IRES序列的上游，GM-CSF基因位于IRES序列的下游。
[0015]在其中一个实施例中，所述pIRES2-EGFP质粒载体中的EGFP序列被GM-CSF基因替代。
[0016]本发明所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体的制备方法，包括以下步骤:
[0017]I)获得含有特异性酶切位点的MUCl基因片段；
[0018]2)将步骤I)得到的MUCl基因片段连接于载体，构建含有MUCl基因的重组载体； [0019]3)获得含有酶切粘性末端的GM-CSF基因片段；
[0020]4)将步骤3)得到的GM-CSF基因片段连接于步骤2)得到的重组载体，构建所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体。
[0021]在其中一个实施例中，所述的pIRES2-MUCl-GM-CSF重组载体的制备方法，包括以下步骤:
[0022]a)获得含有特异性酶切位点的MUCl基因片段:从乳腺癌细胞MCF-7获取cDNA作为模板，用含有Bgl II和EcoR I酶切位点序列的MUCl特异性引物进行PCR扩增，得到含有Bgl II和EcoR I酶切位点的MUCl基因片段，其核苷酸序列如序列表中SEQ ID N0:6所示；
[0023]b)构建pIRES2-MUCl-EGFP重组载体:用限制性内切酶Bgl I1、EcoR I分别酶切PIRES2-EGFP质粒以及步骤a)得到的MUCl基因片段，并采用T4DNA连接酶进行连接反应，得到pIRES2-MUCl-EGFP重组载体；
[0024]c)获得含有酶切粘性末端的GM-CSF基因片段:从CIK细胞获取cDNA作为模板，用含有BstX I和Not I酶切粘性末端的GM-CSF特异性引物进行PCR扩增，所得到的PCR反应产物再进行杂交PCR反应，得到GM-CSF基因片段混合物，其中的一种GM-CSF基因片段具有BstX I和Not I酶切粘性末端；
[0025]d)构建pIRES2-MUCl-GM-CSF重组载体:用限制性内切酶BstX 1、Not I酶切步骤b)得到的pIRES2-MUCl-EGFP重组载体，将步骤c)得到的GM-CSF基因片段混合物与酶切后线性化的PIRES2-MUC1-EGFP重组载体混合，采用T4DNA连接酶进行连接反应，得到PIRES2-MUC1-GM-CSF 重组载体。
[0026]在其中一个实施例中，步骤a)所述的MUCl特异性引物为:
[0027]MUCl 上游引物:5’ -GAAGATCTATGACACCGGGCACCC-3’，
[0028]MUCI 下游引物:5 ’ -TTGAATTCCTACAAGTTGGCAGAAGTGG-3 ’。
[0029]在其中一个实施例中，步骤c)所述的GM-CSF特异性引物包括GM-CSF第一引物对和GM-CSF第二引物对，所述的GM-CSF第一引物对由GM-CSF上游长引物和GM-CSF下游长引物组成，所述的GM-CSF第二引物对由GM-CSF上游短引物和GM-CSF下游短引物组成:
[0030]GM-CSF第一引物对为:
[0031 ] GM-CSF 上游长弓丨物:5’ -AACCATGTGGCTGCAGAGCCTGCT-3’，
[0032]GM-CSF 下游长引物:5’-GGCCGCTCACTCCTGGACTGGCTC-3’ ；
[0033]GM-CSF第二引物对为:
[0034]GM-CSF 上游短引物:5’ -ATGTGGCTGCAGAGCCTGCT-3’，
[0035]GM-CSF 下游短引物:5’ -GCTCACTCCTGGACTGGCTC-3’。
[0036]本发明所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体在肿瘤基因免疫治疗中的应用。[0037]在其中一个实施例中，将所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体转染肿瘤患者自身或异体分离的树突状细胞后植入患者体内，进行肿瘤基因免疫治疗。
[0038]本发明所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，采用IRES序列来连接MUCl基因和GM-CSF基因，能够在同一载体中同时表达人上皮粘蛋白(MUCl)以及粒细胞一巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)，可减少基因载体的用量，减少非治疗相关的外源基因序列的引入。其中，MUCl是肿瘤靶向性的相关抗原，GM-CSF是发挥免疫调节作用的细胞因子，两者联合使用，既可以发挥细胞因子的的免疫调节作用，又可以靶向性地产生特异性的抗肿瘤效应，从而能够获得更好的肿瘤免疫治疗效果。将双基因共表达重组载体转染肿瘤患者自身或异体分离的树突状细胞后植入患者体内，MUCl的大量表达，可刺激树突状细胞递呈MUCl多肽与MHC复合物，进而刺激机体免疫系统，产生特异性杀伤性T细胞，靶向性地杀伤表达MUCl多肽的肿瘤细胞；而GM-CSF的大量表达，能进一步增强主要和次要的抗体反应，还能诱导DC细胞成熟、分化，促进T细胞免疫反应，一方面增强机体免疫调节能力，另一方面作为免疫佐剂，协同扩大抗肿瘤免疫效应。
[0039]IRES序列是来源于某些病毒和细胞mRNA5’端的一段非翻译区，可以不依赖帽的方式启动远端的mRNA翻译，可在上游启动子的控制下和与之相连的基因共同转录，在同一转录本上翻译出不同的蛋白。IRES连接多基因进行共表达时，多个基因的mRNA在同一条转录子上，但转录后的翻译过程相互独立，上游基因以传统方式进行翻译，下游基因依靠IRES序列以不依赖帽的方式进 行翻译，保证了各个基因的独立结构及功能。利用IRES代替内部启动子，不但可使多基因共表达载体大大缩小，而且还克服了传统多基因表达载体中启动子之间的相互抑制现象，避免融合蛋白的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为实施例一所得的含有特异性酶切位点序列的MUCl基因片段的电泳图，其中，I为MUCl基因，M为标记；
[0041]图2 为 pIRES2-EGFP 质粒图谱；
[0042]图3为实施例二所得的PIRES2-MUC1-EGFP重组载体图谱；
[0043]图4为实施例二所得的pIRES2-MUCl-EGFP重组载体的PCR鉴定电泳图，其中，I为PCR反应产物，M为标记；
[0044]图5为实施例二所得的PIRES2-MUC1-EGFP重组载体的酶切鉴定电泳图，其中，I为酶切反应产物，M为标记；
[0045]图6为实施例三所得的带有限制性内切酶粘性末端的GM-CSF基因片段的电泳图，其中，1为PCR扩增产物A，2为PCR扩增产物B，M为标记；
[0046]图7为实施例三所述的杂交PCR反应的流程图；
[0047]图8为实施例四所得的PIRES2-MUC1-GM-CSF重组载体图谱；
[0048]图9为实施例四所得的PIRES2-MUC1-GM-CSF重组载体的酶切鉴定电泳图，其中，
I为Bgl II/EcoR 1双酶切反应产物，2为EcoR I/Not I双酶切反应产物，3为Bgl I I/NotI双酶切反应产物，M为标记。
【具体实施方式】[0049]下述实施例中，所用到的实验技术，例如PCR技术、引物设计技术、载体构建技术、检测技术、电泳技术等均为基因工程中的常规技术，本领域技术人员可根据现有技术实现(例如参考J.萨姆布鲁克等著，黄培堂等译的《分子克隆实验指南》，科学出版社第三版；或者按照产品说明书进行)。在操作过程中所用到的设备、试剂、载体、菌株等，均为通过市场购买得到的常规产品。
[0050]实施例一:获取含有特异性酶切位点的MUCl基因片段
[0051]1、引物设计
[0052]根据MUCl基因的核苷酸序列(如序列表中SEQ ID NO:1所示)以及pIRES2_EGFP质粒载体上预期插入的多克隆位点，设计特异性引物如下:
[0053]MUCl上游引物(如序列表中SEQ ID NO: 4所示):
[0054]5? -GAAGATCTATGACACCGGGCACCC-3?(下划线部分为 Bgl II 酶切位点序列)，
[0055]MUCl下游引物(如序列表中SEQ ID NO: 5所示):
[0056]5，-TTGAATTCCTACAAGTTGGCAGAAGTGG-3，(下划线部分为 EcoR I 酶切位点序列)。
[0057]2、获取cDNA模板
[0058]TRIzon法从人乳腺癌细胞MCF-7中提取RNA(TRIzon总RNA提取试剂盒购自北京康为世纪生物科技有限公司，产品编号为CW0580)，并反转录成cDNA (反转录试剂盒购自宝生物工程(大连)有限公司，产品编号为RR019A)。
[0059]3、获取含有特异性酶切位点的MUCl基因片段
[0060]以人乳腺癌细胞MCF-7中提取的RNA所反转录的cDNA为模板，在上述含有特异性酶切位点的上、下游引物的作用下，通过PCR反应获得MUCl基因片段，其上游含有Bgl II酶切位点序列，下游含有EcoR I酶切位点序列，其核苷酸序列如序列表中SEQ ID N0:6所示。用1%琼脂糖凝胶电泳进行鉴定，电泳结果如图1所示。
[0061]PCR反应体系如下(50 μ L):
【权利要求】
1.MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，其沿载体转录方向依次连接有MUCl基因、IRES序列和GM-CSF基因，或者沿载体转录方向依次连接有GM-CSF基因、IRES序列和MUCl基因; 所述MUCl基因的核苷酸序列如序列表中SEQ ID NO:1所示，所述GM-CSF基因的核苷酸序列如序列表中SEQ ID NO:2所示，所述IRES序列的核苷酸序列如序列表中SEQ ID N0:3所示。
2.根据权利要求1所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，其特征在于:所述的载体为PIRES2-EGFP质粒载体，所述的双基因共表达重组载体为pIRES2_MUCl-GM_CSF重组载体；其中，MUCl基因位于IRES序列的上游，GM-CSF基因位于IRES序列的下游。
3.根据权利要求2所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体，其特征在于:所述PIRES2-EGFP质粒载体中的EGFP序列被GM-CSF基因替代。
4.权利要求1所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体的制备方法，包括以下步骤: O获得含有特异性酶切位点的MUCl基因片段； 2)将步骤I)得到的MUCl基因片段连接于载体，构建含有MUCl基因的重组载体； 3)获得含有酶切粘性末端的GM-CSF基因片段； 4)将步骤3)得到的GM-CSF基因片段连接于步骤2)得到的重组载体，构建所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体。
5.权利要求2所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体的制备方法，包括以下步骤: a)获得含有特异性酶切位点的MUCl基因片段:从乳腺癌细胞MCF-7获取cDNA作为模板，用含有Bgl II和EcoR I酶切位点序列的MUCl特异性引物进行PCR扩增，得到含有BglII和EcoR I酶切位点的MUCl基因片段，其核苷酸序列如序列表中SEQ ID N0:6所示； b)构建pIRES2-MUCl-EGFP重组载体:用限制性内切酶BglI1、EcoR I分别酶切PIRES2-EGFP质粒以及步骤a)得到的MUCl基因片段，并采用T4DNA连接酶进行连接反应，得到pIRES2-MUCl-EGFP重组载体； c)获得含有酶切粘性末端的GM-CSF基因片段:从CIK细胞获取cDNA作为模板，用含有BstX I和Not I酶切粘性末端的GM-CSF特异性引物进行PCR扩增，所得到的PCR反应产物再进行杂交PCR反应，得到GM-CSF基因片段混合物，其中的一种GM-CSF基因片段具有BstX I和Not I酶切粘性末端； d)构建pIRES2-MUCl-GM-CSF重组载体:用限制性内切酶BstX1、Not I酶切步骤b )得到的PIRES2-MUC1-EGFP重组载体，将步骤c )得到的GM-CSF基因片段混合物与酶切后线性化的PIRES2-MUC1-EGFP重组载体混合，采用T4DNA连接酶进行连接反应，得到PIRES2-MUC1-GM-CSF 重组载体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述的MUCl特异性引物为: MUCl 上游引物:5’ -GAAGATCTATGACACCGGGCACCC-3’， MUCl 下游引物:5’ -TTGAATTCCTACAAGTTGGCAGAAGTGG-3’。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤c)所述的GM-CSF特异性引物包括GM-CSF第一引物对和GM-CSF第二引物对，所述的GM-CSF第一引物对由GM-CSF上游长弓丨物和GM-CSF下游长引物组成，所述的GM-CSF第二引物对由GM-CSF上游短引物和GM-CSF下游短引物组成: GM-CSF第一引物对为: GM-CSF 上游长引物:5’ -AACCATGTGGCTGCAGAGCCTGCT-3’， GM-CSF 下游长引物:5’ -GGCCGCTCACTCCTGGACTGGCTC-3’ ； GM-CSF第二引物对为: GM-CSF 上游短引物:5’ -ATGTGGCTGCAGAGCCTGCT-3’， GM-CSF 下游短引物:5’ -GCTCACTCCTGGACTGGCTC-3’。
8.权利要求1或2所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体在肿瘤基因免疫治疗中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于:将所述的MUCl和GM-CSF双基因共表达重组载体转染肿瘤患者自身或异体分离的树突状细胞后植入患者体内，进行肿瘤基因免疫治疗。`
【文档编号】A61P35/00GK103602706SQ201310611552
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】曹毓琳, 左百乐, 栗炳南, 连杰, 林俊堂, 丰慧根 申请人:河南省华隆生物技术有限公司