宫颈癌发病率在世界范围内居女性恶性肿瘤的第二位, 是危及全球妇女健康的严重疾病, 据国际癌症中心(IARC)估计, 全球每年宫颈癌新发病例数约52.8万, 死亡人数约26.6万[1]。研究证明, 人乳头状瘤病毒 (human papillomavirus, HPV) 中13种高危型长期反复感染是宫颈癌发生的必要条件[2, 3, 4]; 有研究表明HPV 58型在我国感染率较高[5, 6]。尽管Gardasil 9 (HPV9价疫苗)已经在世界范围内上市, 该疫苗可预防9型HPV所致某些疾病(包括HPV型16, 18, 31, 33, 45, 52和58型所致宫颈癌、外阴癌、阴道癌和肛门癌, 以及HPV 6或11型所致尖锐湿疣)[7, 8], 然而这种疫苗只适用于没有感染过HPV的人群, 对于已经感染上述相应型别HPV而导致的病变患者没有作用, 因此, 研制HPV58型治疗性疫苗是非常必要的。依据上述事实和原理, 本项研究以HPV58突变型E6E7(Mutant type E6E7, mE6E7)融合基因为靶点, 用HPV58野生型E6E7(Wild type E6E7, wE6E7)融合基因片段作对照, 利用对人无致病性的巨细胞病毒株(Towne株)细菌人工染色体(SW102 Towne bacterial artificial chromosome, SW102-T-BAC)为载体, 构建携带HPV58 mE6E7及wE6E7融合基因的重组巨细胞病毒, 探讨HPV58mE6E7的转化活性, 为HPV58型治疗性疫苗研制奠定基础。
GalK质粒(pGalK), 对人无致病性的巨细胞病毒株(Towne株)细菌人工染色体(SW102 Towne bacterial artificial chromosome, SW102-T-BAC)包含巨细胞病毒的全基因组, 并带有氯霉素抗性基因, 为美国罗格斯大学, 新泽西医学院朱桦教授惠赠。
1.2.1 HPV58 E6和E7野生型与突变型融合基因片段的合成 HPV E6和E7基因特有的Cys-x-x-Cys基序具有锌指结构与抑癌基因p53, Rb结合并降解抑癌基因。为消除E6, E7基因可能的恶性转化活性, 将锌指结构进行突变[9, 10], 构建E6E7突变型融合基因。根据GenBank提供的基因编码区序列, 对野生型基因序列加以改造, 同时将E7与E6之间的终止子进行改造, 使其形成连续编码序列, 而形成融合基因(具体改造方法见图1), 这样mE6E7融合基因保证了读码框的正确性, 既可消除E6与E7的转化活性又能保留其抗原性。委托北京赛思莱博科技有限公司合成突变型E6E7(mE6E7)与野生型E6E7(wE6E7)融合基因。
1.2.2 带有T-ORF75左/右同源臂GalK、HPV58 wE6E7与mE6E7融合基因引物的设计及片段扩增
1)依据GenBank提供的Towne株(FJ616285.1)基因序列, 分别设计其开放读码框ORF75(Towne-ORF75左/右同源臂GalK, HPV58 E6E7融合基因引物(见表1)。委托北京赛思莱博科技有限公司引物合成。2)用所设计引物, 以质粒GalK、HPV58 wE6E7及mE6E7融合基因片段为模板, 分别扩增GalK片断、野生型及突变型融合基因wE6E7与mE6E7片段, 反应体系 (100 μ L):PCR mix包括Buffer、dNTP Mixture及Taq DNA polymerase, primers 10 μ mol/L (表1 GalK Primers及HPV58 E6E7 Primers), 和 200 ng GalK质粒DNA。 PCR反应循环:95 ℃/15 min; 31个循环95 ℃/30 s; 55 ℃/30 s; 72 ℃/1.5 min; 延伸72 ℃/10 min, 4 ℃储存。用1.2%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物, 并切胶纯化回收。
2 结 果 2.1 HPV58 E6和E7野生型与突变型融合基因片段的合成将HPV58 E6蛋白降解P53的活性部位、E7蛋白与pRB结合位点关键氨基酸改造后, 所得片段基因序列如图1。 2.2 GalK插入SW102-T-ORF75-BAC GalK培养基中培养3 d后, 选取其中3个菌落, 提取质粒DNA, 以3个菌落质粒DNA为模板PCR扩增, 检测到大小为 1 550 bp的PCR产物(图2), 所得产物大小与预期结果相一致, 表明GalK已克隆至Towne细菌人工染色体的开放读码框75, 将正确克隆命名为SW102-T-ORF75-GalK-BAC。 2.3 HPV58E6E7融合基因代替galK基因 经过脱GalK培养基培养后, 分别选取2个菌落, 检测到大小为1 012 bp的PCR扩增产物(图3), 所检测到的片段与预期结果一致, 证实HPV58 wE6E7与mE6E7分别克隆至SW102-T-ORF75-GalK-BAC。正确克隆命名为SW102-T-ORF75-HPV58-wE6E7-BAC, SW102-T-ORF75-HPV58-mE6E7-BAC。 2.4 转染与未转染细胞生长状况 分别将 SW102-T-BAC、SW102-T-ORF75-HPV58-mE6E7-BAC与SW102-T-ORF75-HPV58-wE6E7-BAC质粒转染ARPE-19细胞, 培养10 d 后, 在倒置显微镜下观察, 转染SW102-T-ORF75-wE6E7-BAC的细胞生长失去接触抑制, 出现重叠生长现象, 其形态由原来长梭形变为变圆、肿胀、胞浆颗粒增多(图4)。 2.5 转染与未转染细胞中T-ORF75-HPV58-mE6E7与T-ORF75-HPV58-wE6E7表达状况 第20 d 收集转染后细胞, 分别提取各组细胞RNA, 逆转录PCR检测T-ORF75-HPV58-mE6E7与T-ORF75-HPV58-wE6E7 表达状况, 逆转录PCR检测到转约250 bp、1 012 bp及1 012 bp PCR产物, 分别为转染SW102-T-BAC、SW102-T-ORF75-HPV58-mE6E7-BAC及SW102-T-ORF75-HPV58-wE6E7-BAC的结果(图 5)。 测序分析表明HPV58-mE6E7与HPV58-wE6E7稳定表达于转染的细胞中。 2.6 软琼脂克隆实验 以分裂3次增殖8个细胞作为一个克隆, 培养至第6 d, 在倒置显微镜下可观察到稳定表达T-ORF75-HPV58-wE6E7-BAC的细胞组有克隆形成, 而稳定表达T-ORF75-HPV58-mE6E7-BAC、T-BAC及未转染的ARPE-19细胞未见克隆形成; 培养至12 d, 克隆明显增多增大, 细胞呈堆积生长(图6), 克隆形成率为23.5%(47/200)。稳定表达T-ORF75-HPV58-mE6E7-BAC、 T-BAC、及未转染的ARPE-19细胞组未见有克隆形成。 3 讨 论 虽然世界范围内已有HPV预防性疫苗上市[8, 12], 预防HPV疫苗可保护健康人群免患相应型别HPV感染所导致的疾病, 但对已感染相应HPV型别患病的人群没有治疗的效果, 对已感染各型别HPV导致的各类疾病, 还需相应的治疗性疫苗。目前治疗性HPV疫苗还处于研发阶段, 理想治疗性HPV疫苗既要在患者体内产生强的细胞免疫, 又要清除患者体内已感染的HPV, 同时还要在患者体内产生中和抗体, 中和患者体内病毒, 而抑制病毒的传播。 高危型HPV感染的恶性肿瘤中, E7与E6蛋白是形成HPV相关恶性肿瘤及维持其恶性表型所必需的蛋白; E6通过降解P53, 降低细胞对DNA合成修复能力, 容易出现错误的基因结构; E7与pRb基因结合, 诱导中心体合成异常增多, 使得有丝分裂异常紊乱, 非整倍体细胞出现, 从而导致细胞的恶性转化[13, 14]。E6和E7两个癌基因在HPV阳性恶性肿瘤细胞中持续表达, 而在正常细胞中不表达, 因此, E6和E7蛋白属于肿瘤细胞中特异性的病毒抗原, 是HPV阳性肿瘤免疫治疗的理想靶抗原, 可将HPV E6和E7基因加以改造研制成治疗性疫苗; 但如果用野生型E7与E6基因直接作抗原, 构建E6E7融合基因, 有潜在致癌性; 因此, 需将野生型E7基因与pRB基因结合位点加以改造, E6降解P53基因位点加以改造, 使其发生突变, 敲除E7与E6基因的转化活性, 并将E7与E6各自的终止密码子加以改造, 这样所构建的突变型融合基因, 既保留了其抗原性, 又去除了其致癌性, 同时, 也保证了融合基因读码框的正确性。因此, 本项研究将E6基因结合p53、E7结合Rb活性部位锌指结构域内一些氨基酸序列加以改变, 消除E6结合p53、E7结合Rb基因的降解活性, 即E6第50位的亮氨酸在高危HPV中高度保守, 可能在E6转化过程中起重要作用; 第63位和第106位的半胱氨酸位于E6的一对锌指结构的两侧, 在对p53的结合中起重要作用。E7中第24位半胱氨酸和第26位谷氨酸位于一对锌指结构的两侧, 第92位半胱氨酸位于一个独立的锌指结构中[10], 因此, 我们将这些部位碱基序列加以改变, 消除E6终止密码子, 并保证E6与E7读码框的正确性, 使其形成融合基因, 分别构建了HPV58mE6E7和HPV58wE6E7融合基因的重组病毒。通过转染细胞形态学观察及软琼脂克隆实验证实所构建的重组病毒T-ORF75-HPV58-mE6E7已消除致癌活性。 |