专利名称：白细胞介素－2基因在慢性疼痛应用中的测试方法
技术领域：
本发明属基因工程技术领域。具体涉及一种白细胞介素-2(IL-2)基因在慢性疼痛应用中的测试方法。
基因治疗为解决这一问题带来了新的希望，它是一种通过基因转移的方法将具有表达功能的基因导入到相关的细胞和组织中，使转录和翻译的产物发挥治疗作用的方法。目前用于在体(in vivo)基因治疗的基因转移方法包括病毒载体介导和非病毒转基因方法。其中质粒介导的转基因方法安全性好，可用于在体基因治疗，但表达不持久。腺病毒载体稳定性好，转基因效率高，可转染分裂或不分裂细胞；腺病毒进入细胞核后，以附加体(episome)的形式存在，不发生整合，因此没有逆转录病毒载体潜在的致癌、致突变性，安全性较好，这些特点决定了腺病毒非常适合于神经系统的在体基因治疗。当腺病毒载体注入蛛网膜下腔后，腺病毒进入软脊膜和蛛网膜内增殖，基因表达产物以“旁分泌模式”作用于脊髓和感觉神经根，可在脊髓水平进行疼痛控制，这种疼痛的基因治疗方式通过腰穿即可完成，所以有希望应用于门诊患者的治疗。
白细胞介素-2是一种重要的免疫调节物质。刘新垣院士等首先发现IL-2具有镇痛作用，实验表明IL-2既有中枢镇痛作用又有外周镇痛作用。临床观察发现对吗啡都无效的晚期癌症痛患者，使用IL-2后仍然具有很好的镇痛作用。实验还发现IL-2的镇痛作用可能与阿片受体有关。然而，在外周镇痛作用研究中，发现阿片受体拮抗剂只能部分阻断IL-2的镇痛作用，说明IL-2的镇痛作用可能由阿片受体在内的多种受体介导。在吗啡耐受及对吗啡不敏感的神经病理痛模型上，IL-2较吗啡具有更为有效的镇痛作用，推测IL-2的镇痛作用具有广阔的临床应用前景，可望用于较为棘手的神经病理痛的治疗。然而IL-2在机体内活性半衰期很短，必须大剂量连续用药，一则医药费用高，再则机体难以忍受长期注射，从而影响了治疗效果及这一药物的广泛应用。
大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后30天，经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内(蛛网膜下腔)分别注射5％葡萄糖PBS(n＝12)，50μg lipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μglipofectamine，10μg pcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μglipofectamine，25μg pcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μglipofectamine，n＝12-14，注射总体积为30μl。注射后每天测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)(PWL长，即痛阈升高，具有镇痛作用)，连续7天。(6) 腺病毒载体介导IL-2基因对慢性神经病理痛的影响大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后2周，经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内分别注射5％蔗糖PBS，5×107pfu腺病毒5型(Ad5)，5×107pfu Ad5-IL-2，n＝15-18，注射总体积为10μl。注射后每周测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)，连续5周。(7) pcDNA3介导IL-2基因对外周炎症痛的影响大鼠经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内或后肢跖部皮下注射5％葡萄糖PBS，50μg lipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μg lipofectamine，10μg pcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine，25μg pcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μglipofectamine，n＝8-10，注射总体积为30μl。2天后大鼠相同后肢跖部皮下注射角叉菜胶，注射后2.5小时测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期。(8) 统计方法采用单因素方差分析。研究结果(1) pcDNA3-IL-2鞘内注射治疗慢性神经病理痛鞘内注射5％葡萄糖PBS，lipofectamine，pcDNA3或pcDNA3/lipofectamine后对大鼠痛阈无影响(p＞0.05，与注射前比较)。鞘内注射pcDNA3-IL-2或pcDNA3-IL-2/lipofectamine显示明显的镇痛效应(p＜0.05，与pcDNA3注射比较)。高剂量(25μg)的IL-2基因较低剂量(10μg)的IL-2基因产生更强的镇痛效应(p＜0.05)，其镇痛效应可以维持6天。裸pcDNA3-IL-2的作用高峰在第二天，而pcDNA3-IL-2/lipofectamine作用的高峰在第三天。pcDNA3-IL-2/lipofectamine的镇痛效应高于pcDNA3-IL-2(
图1)。结果表明，pcDNA3介导IL-2基因对慢性神经病理痛的镇痛效应是剂量依赖性的，脂质体能加强pcDNA3-IL-2的镇痛作用，pcDNA3介导IL-2基因的镇痛效应可维持5-6天。(2) 腺病毒载体介导IL-2基因鞘内注射治疗慢性神经病理痛鞘内注射5％蔗糖PBS或Ad5后对大鼠痛阈无影响(p＞0.05，与注射前比较)。鞘内注射Ad5-IL-2后显示明显的镇痛效应(p＜0.05，与Ad5注射比较)，其镇痛效应1周后达高峰，可维持4周(图2)。结果表明，腺病毒载体介导IL-2基因产生的镇痛作用明显长于pcDNA3介导的IL-2基因。(3) pcDNA3介导IL-2基因鞘内或病灶局部注射治疗外周炎症痛鞘内或病灶局部注射pcDNA3-IL-2对外周炎症痛均有明显的镇痛效应(p＜0.01，与注射前比较)。鞘内注射pcDNA3-IL-2后的镇痛效应可以维持6天，而病灶局部注射仅维持4天(图3)。鞘内注射pcDNA3-IL-2后的镇痛效应强于病灶局部注射(p＜0.01)，其镇痛效应是剂量依赖性的，脂质体能加强pcDNA3-IL-2的镇痛作用。鞘内注射5％葡萄糖PBS，lipofectamine，pcDNA3或pcDNA3/lipofectamine后对大鼠痛阈无影响(p＞0.05，与注射前比较)(图4)。结果表明鞘内注射IL-2基因产生的镇痛作用的维持时间明显长于病灶局部注射，且镇痛效应强于病灶局部注射。
研究表明，采用腺病毒载体和pcDNA3质粒介导IL-2基因转移至蛛网膜下腔和病灶局部治疗慢性疼痛，此基因疗法使IL-2镇痛效应的时间延长可达到实际应用的目的。
将IL-2 cDNA克隆入含CMV启动子的pcDNA3构建成pcDNA3-IL-2表达质粒，蛛网膜下腔或病灶局部注射pcDNA3-IL-2后，呈剂量依赖性的镇痛作用，2-3d作用达高峰，可维持4-6d，比IL-2蛋白质的半衰期延长约300倍，脂质体介导的基因转染后其镇痛作用强于裸基因转染后的作用，蛛网膜下腔给药途径产生的镇痛效应优于病灶局部给药。
将IL-2 cDNA克隆入含CMV启动子的pCA13构建成pCA13-IL-2表达质粒，pCA13-IL-2与腺病毒基因组质粒pBHG10共转染293细胞，进行同源重组，筛选重组腺病毒。蛛网膜下腔注射重组腺病毒后，镇痛作用1周达高峰，可维持4周，比重组IL-2蛋白质的半衰期延长1000多倍。
腺病毒载体和pcDNA3介导IL-2基因转移至蛛网膜下腔后，观察到IL-2基因均有镇痛作用，但腺病毒载体介导IL-2基因产生的镇痛作用明显长于pcDNA3介导IL-2基因。
图1、pcDNA3-IL-2鞘内注射对慢性神经病理痛的治疗效应大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后30天，经第5与第6腰椎之间插入导管鞘内分别注射5％葡萄糖PBS(vehicle)，50μglipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μg lipofectamine，10μg pcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine，25μg pcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μg lipofectamine，n＝12-14，注射总体积为30μl。注射后每天测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)，连续7天。图中横坐标为鞘内注射后的时间(天)，0代表注射前，纵坐标为缩腿反射潜伏期(秒)，统计学意义定为**p＜0.01，*p＜0.05(与pcDNA3/lipofectamine比较)。注…●…5％葡萄糖PBS(vehicle)…○…50μg lipofectamine…+ …25μg pcDNA3…×…25μg pcDNA3/50μg lipofectamine—△—10μg pcDNA3-IL-2—口—10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine—▲—25μg pcDNA3-IL-2—■—25μg pcDNA3-IL-2/50μg lipofectamine图2、腺病毒载体介导IL-2基因鞘内注射对慢性神经病理痛的治疗效应大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后2周，经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内分别注射5％蔗糖PBS，5×107pfu Ad5，5×107pfu Ad5-IL-2，n＝15-18，注射总体积为10μl。注射后每周测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)，连续5周。图中横坐标为鞘内注射后的时间(周)，0代表注射前，纵坐标为缩腿反射潜伏期(秒)，统计学意义定为**p＜0.01，*p＜0.05(与Ad5比较)。注…○… 5％蔗糖PBS—▲—5×107pfu Ad5—■—5×107pfu Ad5-IL-2图3、pcDNA3介导IL-2基因鞘内或病灶局部注射对外周炎症痛治疗效应的维持时间大鼠同时鞘内或后肢跖部皮下注射pcDNA3-IL-2/lipofectamine(25μg pcDNA3-IL-2与50μg lipofectamine)，注射总体积为30μl。然后每天一组大鼠(相同)后肢跖部皮下注射角叉菜胶(carrageenan)，注射后2.5小时测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)，连续7天。图中横坐标为pcDNA3-IL-2/lipofectamine注射后的时间(天)，0代表pcDNA3-IL-2/lipofectamine注射前，纵坐标为缩腿反射潜伏期(秒)，统计学意义定为**p＜0.01(与pcDNA3-IL-2/lipofectamine注射前比较，n＝8)。注口鞘内注射■皮下注射图4、pcDNA介导IL-2基因鞘内或病灶局部注射对外周炎症痛治疗效应大鼠鞘内或后肢跖部皮下分别注射5％葡萄糖PBS，50μglipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μg lipofectamine，10μg pcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine，25μg pcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μg lipofectamine，注射总体积为30μl。2天后大鼠相同后肢跖部皮下注射角叉菜胶(Carrageenan)，注射后2.5小时测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期(PWL)。图中横坐标为不同的处理组，纵坐标为缩腿反射潜伏期(秒)，统计学意义定为**p＜0.01，*p＜0.05(与相同剂量的皮下注射比较，n＝8-10)。注图中1为5％葡萄糖PBS2为50μg lipofectamine3为25μg pcDNA34为25μg pcDNA3/50μg lipofectamine5为10μg pcDNA3-IL-26为10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine7为25μg pcDNA3-IL-28为25μg pcDNA3-IL-2/50μg lipofectamine□鞘内注射■皮下注射
权利要求
1.一种白细胞介素-2基因在慢性疼痛应用中的测试方法，其特征在于该方法包括下列步骤(1)pcDNA3-IL-2真核表达质粒的构建人IL-2基因经EcoRI和XhoI酶切得到有EcoRI和XhoI接头的全长的含信号肽的人IL-2 cDNA，462bp，克隆入经相同酶切的pcDNA3载体，IL-2基因在CMV启动子的控制下表达，构建的质粒转化入大肠杆菌JM109扩增，碱裂解法制备质粒，聚乙二醇沉淀法纯化，通过测定260nm的光吸收来确定质粒浓度，注射时质粒稀释于含5％葡萄糖的磷酸盐缓冲液中；(2)重组腺病毒Ad5-IL-2的构建人IL-2基因经EcoR I和XhoI酶切得到有EcoRI和XhoI接头的全长的含信号肽的人IL-2 cDNA，462bp，克隆入经相同酶切的pCA13载体，IL-2基因在CMV启动子的控制下表达，pCA13-IL-2与腺病毒基因组质粒pBHG10共转染293细胞，进行同源重组，筛选重组腺病毒，扩增纯化腺病毒，注射时病毒稀释于含5％蔗糖的磷酸盐缓冲液中；(3) 慢性神经病理痛模型的建立大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤建立慢性神经病理痛；(4) 外周炎症痛模型的建立大鼠后肢跖部皮下注射角叉菜胶建立外周炎症痛模型；(5) pcDNA3质粒介导IL-2基因对慢性神经病理痛的影响大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后30天，经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内分别注射5％葡萄糖PBS，50μg lipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μg lipofectamine，10μgpcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine，25μgpcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μg lipofectamine，n＝12-14，注射总体积为30μl，注射后每天测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期，连续7天；(6)腺病毒载体介导IL-2基因对慢性神经病理痛的影响大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤手术后2周，经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内分别注射5％蔗糖PBS，5×107pfu Ad5，5×107pfu Ad5-IL-2，n＝15-18，注射总体积为10μl，注射后每周测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期，连续5周；(7)pcDNA3介导IL-2基因对外周炎症痛的影响大鼠经第5与第6腰椎之间插入导管，鞘内或后肢跖部皮下注射5％葡萄糖PBS，50μg lipofectamine，25μg pcDNA3，25μg pcDNA3/50μg lipofectamine，10μg pcDNA3-IL-2，10μg pcDNA3-IL-2/20μg lipofectamine，25μg pcDNA3-IL-2，25μg pcDNA3-IL-2/50μglipofectamine，n＝8-10，注射总体积为30μl，2天后大鼠相同后肢跖部皮下注射角叉菜胶，注射后2.5小时测定伤害性辐射热所致缩腿反射潜伏期；(8)统计方法采用单因素方差分析。
2.根据权利要求1所述的一种白细胞介素-2基因在慢性疼痛应用中的测试方法，其特征在于其中所述载体构建中用pcDNA3-IL-2或Ad5-IL-2表达IL-2蛋白质产物。
3.根据权利要求1所述的一种白细胞介素-2基因在慢性疼痛应用中的测试方法，其特征在于其中采用的给药途径为鞘内或病灶局部给药。
4.根据权利要求1所述的一种白细胞介素-2基因在慢性疼痛应用中的测试方法，其特征在于其中所述的慢性疼痛类型为神经病理痛、炎症痛或肿瘤痛。
全文摘要
本发明属基因工程技术领域。本发明公开了白细胞介素－2基因在慢性疼痛应用中的测试方法。通过采用腺病毒载体和pcDNA3质粒介导IL－2基因转移至蛛网膜下腔、病灶局部治疗慢性疼痛,用基因疗法使IL－2镇痛效应时间延长以达到实际应用的目的。
文档编号C12Q1/68GK1382807SQ02111639
公开日2002年12月4日 申请日期2002年5月10日 优先权日2002年5月10日
发明者姚明忠, 顾锦法, 王晋慧, 孙兰英, 刘新垣 申请人:中国科学院上海生命科学研究院