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编号:10238393
HSV-tk基因对实验性血管成形术后再狭窄的抑制作用
http://www.100md.com 《首都医科大学学报》 1999年第2期
     作者:田泽君 叶丹 汪家瑞

    单位:叶丹 汪家瑞:首都医科大学宣武医院心内科;田泽君:现调河北医科大学第二医院心内科

    关键词:单纯疱疹病毒胸苷激酶基因;血管平滑肌细胞;再狭窄;基因治疗

    首都医科大学学报990109 提要:为探讨转染单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSV-tk)基因联合ganciclovir(GCV)治疗方案用于治疗冠状动脉成形术后再狭窄的可行性,构建了携带HSV-tk基因的复制缺陷型逆转录病毒,利用该病毒将HSV-tk基因转染至体外培养的血管平滑肌细胞(VSMC)和大鼠腹主动脉再狭窄模型的损伤动脉中,并均给予GCV,分别观察上述处理对VSMC的增殖和新生内膜的形成是否有抑制作用。结果:该方案使培养的VSMC增殖受抑制,抑制程度对GCV有剂量依赖关系;既往在恶性肿瘤中发现的旁观者效应,在培养的VSMC中也存在。同时,该方案使大鼠腹主动脉再狭窄模型的新生内膜面积减少。但单纯转染HSV-tk基因或单纯应用GCV无论在体外还是在体内均无上述抑制作用。提示本基因治疗方案对人类冠脉成形术后再狭窄有治疗价值。
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    中图分类号:R654.3

    Inhibitory Effect of the

    Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase

    Gene on Experimental Restenosis after

    Balloon Angioplasty

    Ye Dan,Wang Jiarui

    Department of Cardiology,Xuanwu Hospital,Capital University of Medical Sciences

    Tian Zejun*
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    *The Second Affiliated Hospital,Hebei Medical University

    Abstract: To investigate the feasibility of transduction with the herpes simplex virus thymidine kinase(HSV-tk) gene combined with ganciclovir(GCV) treatment,a recently proposed gene therapy strategy for restenosis after balloon angioplasty of the coronary arteries,a replication-defective retrovirus containing the HSV-tk gene was constructed,and the inhibitory effect of the strategy on both vascular smooth muscle cell(VSMC) proliferation and neointima formation was observed in vitro and in a rat aorta model of restenosis,respectively.The result showed that the strategy inhibited cultured VSMCs proliferation,which was dose-dependent on GCV.The bystander effect,which was previously demonstrated in malignancies,proved existent in cultured VSMC as well.In the rat aorta model of restenosis,the strategy was shown to reduce injury-induced neointimal expansion.In contrast,neither transduction with the HSV-tk gene nor GCV treatment independently produced the antiproliferative effect both in vitro and in vivo.The data suggests the potential utility of this gene therapy strategy for human restenosis after the balloon angioplasty.
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    Key words: herpes simplex virus thymidine kinase gene;vascular smooth muscle cell;restenosis;gene therapy

    经皮冠状动脉(简称冠脉)腔内成形术等冠脉成形术均存在着术后再狭窄(restenosis,RS)问题。目前解决这一问题的主要方法是预防性植入冠脉内支架,但这种方法仅能取得有限的效果,而且支架内再狭窄(in-stent RS)弊端更大[1]。近年来,国外采用转染单纯疱疹病毒胸苷激酶(herpes simplex virus thymidine kinase,HSV-tk)基因联合ganciclovir(GCV)的治疗方案,在几个实验性RS动物模型中均获得成功[2~4]。本研究以逆转录病毒载体介导基因转移,观察该方案对培养条件下血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的增殖和大鼠腹主动脉RS模型中新生内膜的形成是否有抑制作用。
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    1 材料和方法

    1.1 材料

    除细胞培养部分(购于华美公司北京分公司)外,其余材料均由北京医科大学心血管基础研究所提供。

    1.2 方法

    携带HSV-tk基因复制缺陷型逆转录病毒(RV-tk)的构建:用EcoRⅠ和PvuⅡ双重酶切pHSV-106质粒得到HSV-tk基因(1.9 kb);逆转录病毒载体pLXSN用EcoRⅠ和HpaⅠ双重酶切并给予去磷酸化处理;用T4DNA连接酶将HSV-tk基因插入到pLXSN中,得到重组HSV-tk基因逆转录病毒载体质粒pLTKSN(7.7 kb)。经过lipofectin包裹,转染PA317包装细胞和G418筛选,得到双嗜性RV-tk(滴度2×107 CFU/L)。
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    对培养的VSMC增殖抑制作用的观察:应用组织块种植法培养自发性高血压大鼠主动脉VSMC,取5~10代,行RV-tk感染及G418筛选,用于下述实验(细胞均以2×107 L-1接种于24孔板):①GCV质量浓度与抑制效应之间的关系:接种转基因的VSMC 12 h后,换用含不同质量浓度的GCV培养液,第5天计数细胞。②转染HSV-tk基因或(和)给予GCV对VSMC增殖的影响:转基因和未转基因的VSMC均在接种12 h后,换用含2.0 mg/L GCV或不含GCV的培养液,以后每天计数细胞,共5 d。③旁观者效应的观察:将转基因的VSMC与未转基因的VSMC按不同比例混合,12 h后换用含2.0 mg/L GCV的培养液,第5天计数细胞。

    对大鼠腹主动脉RS模型中新生内膜形成抑制作用的观察:取Wistar大鼠10只,自左颈外动脉插入特制球囊导管至腹主动脉,剥脱内皮,然后夹闭损伤节段远端,向损伤部位注入3 mL RV-tk/lipofectin混合液,15 min后解除夹闭。将大鼠随机分为治疗组〔5只,GCV 60 mg/(kg.d),腹腔内注射,7 d〕和对照组(5只,以生理盐水代替GCV,注射方法同治疗组),21 d后取腹主动脉,计算机图像分析测定新生内膜和中膜的面积。
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    1.3 统计学处理

    多组间均数的比较系在经对数变换取得方差齐性后,采用方差分析继以NK法两两比较或采用2×2析因分析,回规分析系在曲线直线化处理后进行;2组间均数的比较采用两样本均数比较的t检验。

    2 结果

    2.1 对培养的VSMC增殖抑制作用的观察

    GCV质量浓度与抑制效应间的关系:在GCV质量浓度0.1~2.0 mg/L范围内,抑制的程度与GCV质量浓度有正性依赖关系,回规方程=31.6(0.25)x(P=0.003);质量浓度为2.0 mg/L时可取得完全的抑制作用(表1)。

    表1 GCV质量浓度与抑制效应的关系* ρ(GCV)/
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    (mg.L-1)

    细胞计数/

    (×107 L-1)

    存活率/%

    0

    27.6±4.2

    100.0

    0.1

    25.8±4.3

    93.5

    0.5
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    19.9±3.6

    72.1

    1.0

    9.2±1.4

    33.3

    1.5

    5.1±0.9

    18.5

    2.0

    1.5±0.3

    5.4

    2.5

    1.8±0.3
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    6.5

    *除0.1 mg/L组与0组比较、2.5 mg/L组与2.0 mg/L组比较P>0.05外,其余各组间两两比较均P<0.05

    转染HSV-tk基因或(和)给予GCV对VSMC增殖的影响:单纯转染HSV-tk基因和单纯给予GCV(质量浓度2.0 mg/L)均无显著抑制作用;2者联合则具有完全抑制作用(表2)。

    表2 转染HSV-tk基因或(和)给予GCV对VSMC增殖的影响* 组别

    细胞计数/(10×7 L-1)

    F

    P

    HSV-tk
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    28.1±4.0

    0.925 9

    0.512 3

    GCV

    23.7±3.6

    1.156 1

    0.476 9

    HSV-tk+GCV

    1.3±0.2

    526.521 5

    0.000 1

    *均系第5天细胞计数值
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    旁观者效应观察:在2.0 mg/L GCV存在下,当转基因的细胞占混合细胞的20%时,可使50%以上的混合细胞死亡,占60%时可取得与100%转染时一致的、完全的抑制效应(表3)。

    表3 旁观者效应观察* 转基因细胞在混合

    细胞中所占比例/%

    细胞计数/

    (×107 L-1)

    存活率/%

    0

    24.4±3.8

    100.0
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    5

    23.4±3.5

    95.9

    10

    17.0±2.9

    69.7

    20

    10.5±1.7

    43.0

    40

    9.0±1.4

    36.9

    60
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    2.3±0.4

    9.4

    80

    1.7±0.3

    7.0

    100

    2.0±0.3

    8.2

    *除5%组与0组比较、60%和80%组与100%组比较P>0.05外,其余各组间两两比较均P<0.05

    2.2 对大鼠腹主动脉RS模型中新生内膜形成抑制作用的观察

    中膜面积(A)在治疗组与对照组之间无显著性差异;内膜面积(A)与A的比值治疗组显著低于对照组(表4)。
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    表4 HSV-tk基因治疗方案对大鼠腹主动脉

    RS模型中新生内膜形成的影响 组别

    A/μm2

    A/μm2

    A/A

    对照组

    3 042.4±304.8

    9 887.4±350.3

    0.31±0.04

    治疗组
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    1 995.4±212.6*

    10 151.2±363.0

    0.20±0.03*

    2组均n=5;*与对照组比较P<0.05

    3 讨论

    研究证明,抑制VSMC增殖是治疗冠状动脉成形术后RS的重要途径。然而,既往国际上进行的一系列大规模临床试验结果表明,许多在动物实验中证实具有抑制VSMC增殖,抗RS作用的药物,无一种能在临床上取得治疗效果[5]。其主要原因之一,是在临床试验中,由于人体耐受药物的剂量有限,所以使用的药物剂量偏低,在受试者受损动脉局部,药物质量浓度不能达到与实验动物一样高的水平[6]。转染HSV-tk基因联合GCV的治疗方案的原理是,首先将HSV-tk基因转染到受损动脉局部的细胞中,使这些细胞表达出HSV-tk蛋白酶,然后经静脉注入高剂量的一种称为GCV的无毒性药物前体,GCV在进入上述细胞中后,能在HSV-tk蛋白酶的作用下转变成抗细胞增殖的药物,使这些细胞的增殖受抑制,而其他部位的细胞不受影响。
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    PA317细胞是一种准许用于人类治疗的逆转录病毒载体包装细胞,当其基因组中整合有PLTKSN后,该细胞便能不断产生出双嗜性复制缺陷型逆转录病毒RV-tk。这种病毒携带有HSV-tk基因,并具有一次性感染哺乳动物细胞的能力。通过RV-tk的感染,HSV-tk基因连同其调控序列便能整合到哺乳动物细胞的基因组中,进而借助细胞的蛋白质合成机制合成HSV-tk蛋白酶。这一蛋白酶尽管称为胸苷激酶,但实际上也能将鸟苷类似物GCV磷酸化。磷酸化的GCV能终止细胞中DNA的合成,导致细胞死亡。存在于正常哺乳动物细胞中的胸苷激酶则不能将GCV磷酸化。旁观者效应是指在有效质量浓度GCV存在时,除转染HSV-tk基因的细胞增殖受到抑制外,周围未转染这一基因的细胞增殖也会受到抑制的现象,该效应是在用于治疗恶性肿瘤时发现的,具有重要意义。我们的研究证明,这一效应也存在于VSMC中。

    本实验表明,逆转录病毒载体介导转染HSV-tk基因联合GCV的基因治疗方案,在体外培养条件下对VSMC的增殖有抑制作用,抑制程度对GCV有剂量依赖关系。上述联用是产生抑制作用的必要条件,抑制范围可通过旁观者效应扩展至未转染HSV-tk基因的VSMC;在体内可减轻大鼠腹主动脉RS模型中新生内膜的面积。本实验结果为这一基因治疗方案用于治疗人类冠脉成形术后RS提供了佐证。
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    感谢北京医科大学心血管基础研究所汤健、周爱儒等教授为本实验提供了关键性材料和技术指导。

    参考文献

    1 King S B.The development of interventional cardiology.J Am Coll Cardiol,1998,31(suppl B):64B~88B

    2 Ohno T,Gordon D,San H,et al.Gene therapy for vascular smooth muscle cell proliferation after arterial injury.Science,1994,265:781~784

    3 Guzman R,Hirschowitz E A,Brody S L,et al.In vivo suppression of injury-induced vascular smooth muscle cell accumulation using adenovirus-mediated transfer of the herpes simplex virus thymidine kinase gene.Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91:10732~10736
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    4 Chang M W,Barr E,Seltzer J,et al.Adenovirus-mediated transfer of the herpes simplex virus thymidine kinase gene inhibits vascular smooth muscle cell proliferation and neointima formation following balloon angioplasty of the rat carotid artery.Mol Med,1995,1:172~181

    5 Faxon D P,Currier J W.Prevention of post-PTCA restenosis.Ann N Y Acad Sci,1995,748:419~428

    6 Riessen R,Isner J M.Prospects for site-specific delivery of pharmacologic and molecular therapies.J Am Coll Cardiol,1994,23:1234~1244, 百拇医药