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编号:10214384
IL-2基因修饰对巨噬细胞杀瘤活性的影响
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 2000年第1期
     作者:邱实 闵志廉 雷虹 弭静 朱学军 赵勇 张明徽 曹雪涛

    单位:邱实(第二军医大学长征医院泌尿外科,上海 200003);闵志廉(第二军医大学长征医院泌尿外科,上海 200003);雷虹(基础医学部免疫学教研室);弭静(基础医学部免疫学教研室);朱学军(基础医学部免疫学教研室);赵勇(基础医学部免疫学教研室);张明徽(基础医学部免疫学教研室);曹雪涛(基础医学部免疫学教研室)

    关键词:巨噬细胞;白细胞介素2;细胞毒性;免疫

    第二军医大学学报000108 摘 要:目的:观察IL-2基因修饰对小鼠腹腔巨噬细胞免疫效应功能的影响。方法:通过重组腺病毒介导,在体外将IL-2基因转染至小鼠腹腔巨噬细胞,检测IL-2基因修饰的巨噬细胞TNF,IL-1和NO分泌水平及其杀伤活性。结果:IL-2基因修饰的巨噬细胞TNF,IL-1和NO分泌水平显著提高,对巨噬细胞敏感株L1210细胞以及Renca细胞的杀伤活性显著增强。结论:IL-2基因修饰可增强巨噬细胞的细胞毒效应。本研究为IL-2基因修饰的巨噬细胞治疗肿瘤提供了实验依据。
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    中图分类号:R 730.51 文献标识码:A

    文章编号:0258-879X(2000)01-0024-03

    Enhanced cytotoxicity of macrophages transfected with IL-2 gene

    QIU Shi

    (Department of Urology Surgery, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China)

    MIN Zhi-Lian1,(Department of Urology Surgery, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China)
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    LEI Hong

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)

    MI Jing

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)

    ZHU Xue-Jun

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)
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    ZHAO Yong

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)

    ZHANG Ming-Hui

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)

    CAO Xue-Tao

    (Department of Immunology, Department of Basic Medicine, Second Military Medical University)
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    ABSTRACT:Objective: To investigate the effects of macrophages transfected with IL-2 gene. Methods: IL-2 gene was transfected into murine peritoneal macrophages by adenovirus. Levels of TNF, IL-1 and NO in the supernatant of macrophages as well as cytotoxicity of macrophages to target cells L1210 and Renca cells were assayed. Results: The productions of TNF,IL-1 and NO in the supernatant of IL-2 gene-modified macrophages increased, cytotoxicity of the macrophages to L1210 cells and Renca cells also increased significantly. Conclusion: Transfection of IL-2 gene to macrophages can enhance their cytotoxicity, thus provide experimental basis for immunotherapy of tumor with IL-2 gene-modified macrophages.
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    KEY WORDS:macrophage; interleukin-2; cytotoxicity; immunologic

    [Acad J Sec Mil Med Univ, 2000, 21(1): 24-26]

    巨噬细胞(macrophage, Mφ)是重要的免疫效应细胞,在机体抗肿瘤免疫反应中起重要作用,但巨噬细胞必须活化后才能发挥抗肿瘤作用。IL-2能激活巨噬细胞[1],增强机体抗瘤免疫功能;基因转染可为巨噬细胞提供持续刺激因子,维持其活化状态。由于巨噬细胞处于非增殖期,应用逆转录病毒等载体难以转染或转染效率太低,而腺病毒载体可有效地介导细胞因子转染至巨噬细胞中[2],因此,我们选择以IL-2基因为目的基因,以腺病毒为基因转移方式,证明了IL-2基因修饰的巨噬细胞能持续稳定地分泌IL-2(另文报道)。在此基础上,本研究进一步观察了IL-2基因修饰的巨噬细胞的分泌功能和杀伤活性的变化。
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    1 材料和方法

    1.1 细胞株 小鼠肾细胞癌细胞(Renca)由美国国立癌症研究所Wiltroult博士馈赠;小鼠成纤维细胞L929、白血病细胞株L1210均由本室常规传代培养。

    1.2 试剂 表达小鼠IL-2基因的重组腺病毒载体Adex1 CA mIL-2 (Ad-mIL-2)、表达LacZ对照基因的重组腺病毒载体Adex1 CA-RxZ(Ad-LacZ)由日本癌症研究会分子生物治疗研究部Hirofumi Hamada博士惠赠。

    1.3 方法

    1.3.1 小鼠腹腔巨噬细胞的制备及IL-2基因的修饰 常规提取腹腔细胞,贴壁2 h后洗去悬浮细胞,可获得较纯的贴壁巨噬细胞。12 mmol/L利多卡因在37℃条件下消化巨噬细胞。按常规方法,将新鲜分离的腹腔巨噬细胞加至24孔板中(0.5×106个/孔),置37℃,5% CO2 孵箱中孵育1 h,弃去悬浮细胞,用RPMI 1640洗3次,每孔按50 MOI (mutiplicity of infection)加入稀释的腺病毒0.25 ml,每5 min 轻摇1次,使病毒与细胞充分接触,2 h后弃去病毒液,补充RPMI 1640至1 ml,FCS终浓度5%,置37℃,5% CO2 孵箱中培养;同时设立转染LacZ基因(LacZ-Mφ组)和未处理的巨噬细胞(Mφ组)为对照。
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    1.3.2 巨噬细胞TNF,IL-1和NO分泌水平的检测 于IL-2基因修饰后24 h,收集巨噬细胞(0.5×106个/孔)培养上清检测TNF,IL-1的水平。TNF的检测采用以L929为靶细胞的结晶紫染色法;IL-1活性以小鼠胸腺细胞作为检测细胞,用间接MTT法测定;NO检测根据Griess反应测定[3],其原理是在酸性溶液中亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应,生成重氮盐,再与α-萘胺发生偶合反应,生成紫红色偶氮色素,以NaNO2作为标准品,根据比色的结果计算NO2-的量,分别于IL-2基因修饰后第12, 24, 36, 48, 60小时检测巨噬细胞NO的动态分泌量。

    1.3.3 巨噬细胞杀伤活性的检测 分别以巨噬细胞敏感株L1210和Renca细胞作为靶细胞,采用间接MTT法[4],于转染后24 h检测巨噬细胞的杀伤活性,效靶比(E∶T)为50∶1;以Renca细胞作为靶细胞,分别于IL-2基因修饰后第12, 24, 36, 48, 60小时检测巨噬细胞杀瘤活性的变化。
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    1.4 统计学处理 采用未配对计量资料的t检验。

    2 结果

    2.1 IL-2基因修饰的巨噬细胞抗原提呈功能的变化 本室曾证明IL-2基因修饰的巨噬细胞持续稳定地分泌IL-2,IL-2基因修饰24 h后分泌量达高峰,106 Mφ为413.5 U/ml。通过FACS检测发现其表面分子MHCⅡ,B7-1,B7-2和CD40表达增加,通过混合淋巴细胞反应(MLR)检测证明其抗原提呈能力也显著提高(另文报道),表明IL-2基因修饰可促进巨噬细胞表面分子的表达,增强巨噬细胞的抗原提呈能力。

    2.2 IL-2基因修饰的巨噬细胞杀伤活性的检测 表1可见,IL-2基因修饰的巨噬细胞对L1210及Renca细胞杀伤活性与LacZ-Mφ组和Mφ组相比均有显著提高(P<0.05),而LacZ-Mφ组和Mφ组的巨噬细胞杀伤活性无明显差别。
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    表1 IL-2基因修饰后24 h巨噬细胞的杀伤活性

    Tab 1 Cytotoxicity of macrophages

    transfected with IL-2 gene

    (n=5, ±s,%) Group

    L1210

    Renca

    Mφ

    25±5.9*

    17±5.0*
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    LacZ-Mφ

    23±5.5*

    19±4.9*

    IL-2-Mφ

    43±8.7

    37±6.5

    *P<0.05 vs IL-2-Mφ group2.3 IL-2基因修饰的巨噬细胞TNF,IL-1,NO分泌水平的检测 如表2所示,IL-2基因修饰巨噬细胞24 h后,细胞培养上清中TNF,IL-1,NO较对照组均有明显升高(P<0.01)。从图1可见,巨噬细胞分泌的NO水平在IL-2基因修饰后36 h达到高峰;巨噬细胞杀伤活性随着NO分泌量的变化而变化,两者变化趋势一致。结果提示,IL-2基因修饰能增强巨噬细胞的细胞毒活性,并与其上述分泌的效应分子,特别是NO有着密切的关系。
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    表2 IL-2基因修饰后24 h巨噬细胞培

    养上清中TNF,IL-1和NO水平

    Tab 2 The levels of TNF, IL-1 and NO

    in the supernatant of the macrophages

    transfected with IL-2 gene

    (n=5, ±s) Group

    TNF

    (z/Uml-1)
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    IL-1

    (z/Uml-1)

    NO

    (ρB/ngml-1)

    Mφ

    0.45±0.15**

    0.45±0.21**

    180±25**

    LacZ-Mφ

    0.30±0.17**
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    0.30±0.18**

    160±29**

    IL-2-Mφ

    7.20±1.50

    8.90±1.70

    780±140

    **P<0.01 vs IL-2-Mφ group

    图1 IL-2基因修饰的巨噬细胞

    杀伤活性与NO的关系
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    Fig 1 Relationship between cytotoxicity of IL-2

    gene-modified macrophages and production of NO

    ○: Level of NO; ●: Mφ cytotoxicity; n=5, ±s

    3 讨论

    巨噬细胞是重要的免疫效应细胞,具有独特的杀伤肿瘤细胞作用。首先,它在体外可特异性地杀伤肿瘤细胞而不损伤正常的组织细胞,许多体外实验表明,巨噬细胞可以有效地区别肿瘤细胞与正常的组织细胞,并能选择性地杀伤多种肿瘤细胞[5];其次,巨噬细胞杀伤肿瘤细胞的作用与肿瘤细胞的免疫原性,转移潜能和细胞周期无关,而且极少出现肿瘤细胞对巨噬细胞杀伤作用的抵抗性。因此,巨噬细胞在免疫监视和抑制肿瘤生长方面起到重要的作用。但人们也发现,肿瘤组织及其周围的侵润的巨噬细胞(肿瘤相关巨噬细胞,TAM)可促进血管增生,引起肿瘤细胞播散和转移。“巨噬细胞平衡”学说认为,TAM具有双重作用,既抑制又促进肿瘤生长。肿瘤组织内环境影响TAM的功能,肿瘤细胞分泌的活性因子能使TAM转化为“肿瘤支持细胞”;但是,如果单核细胞体外分化为成熟的巨噬细胞,并进一步活化后,已具有稳定的表型和功能,自体回输可避免此影响[6]。在临床方面,体外活化的巨噬细胞自体回输治疗肿瘤已经取得一定的疗效[7]。所以,用活化的巨噬细胞回输治疗转移性或对化疗不敏感性肿瘤的方法,为临床治疗难治性肿瘤提供了新的思路。IL-2能直接增强人体单核细胞细胞毒作用[8]。我们在以往的工作中,曾将IL-2基因转入巨噬细胞,发现巨噬细胞MHC-Ⅱ,B7,CD40表达增加,抗原提呈能力提高,说明IL-2基因修饰能增强巨噬细胞诱导特异性免疫反应的能力。
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    作为抗肿瘤的一种重要效应细胞,巨噬细胞非特异性免疫功能也直接影响着其抗肿瘤作用的强弱。巨噬细胞主要通过内吞和分泌一些效应分子发挥免疫效应功能,杀伤肿瘤细胞。具体机制如下:(1)通过释放炎性介质如TNF,IL-1,NO及丝氨酸酯酶等抑制肿瘤细胞的增殖及DNA合成,杀伤肿瘤细胞;(2)通过与肿瘤细胞的直接接触或分泌的生物活性因子如NO,TNF,IL-1的作用诱导肿瘤细胞的凋亡;(3)巨噬细胞Fc受体与覆盖于肿瘤细胞表面的IgG结合,发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC);(4)通过直接吞噬作用消毁肿瘤细胞。现在认为TNF和NO是巨噬细胞最重要的肿瘤杀伤效应分子,TNF和NO相互作用,相互协调,活化的巨噬细胞对一些TNF不敏感的肿瘤细胞的杀伤则通过NO的作用,NO又可使TNF杀伤原本对其不敏感的肿瘤细胞。本实验也发现IL-2基因修饰的巨噬细胞非特异性免疫力得到增强,表现在IL-2基因修饰的巨噬细胞分泌的TNF,IL-1,特别是NO明显提高,巨噬细胞细胞毒性增加,巨噬细胞细胞毒性与NO的分泌紧密相关。本研究结果为以后开展IL-2基因修饰的巨噬细胞回输治疗肿瘤提供了实验依据。■
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    基金项目:上海市优秀学科带头人计划资助项目(97XD1406)

    作者简介:邱实(1966~),男(汉族),博士,主治医师

    参考文献:

    [1]曹雪涛 主编. 白细胞介素2的基础与临床[M]. 北京:北京科学技术出版社, 1990. 90-93.

    [2]雷 虹,曹雪涛,于益芝,等. 重组腺病毒介导IFN-γ基因转染的巨噬细胞的体外免疫效应功能分析[J]. 中国免疫学杂志,1997,13(3):131-135.

    [3]Ding AH, Nathan CF, Stuehr DJ. Release of reactive nitrogen intermediates and reactive oxygen intermediates from mouse peritoneal macrophages[J]. J Immunol, 1988, 141(7): 2407-2412.
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    [4]于益芝,曹雪涛,雷 虹,等. 肿瘤抗原致敏的GM-CSF基因转染巨噬细胞对实验性肺转移肿瘤的治疗作用[J]. 中国科学(C辑),1997,27(5):451-456.

    [5]Killion JJ, Fidler IJ. Therapy of cancer metastasis by tumoricidal activation of tissue macrophages using liposome-encapsulated immunomodulators[J]. Pharmacol Ther, 1998, 78(3): 141-154.

    [6]Hennemann B, Beckmann G, Eichelmann A, et al. Phase Ⅰ trial of adoptive immunotherapy of cancer patients using monocyte-derived macrophages activated with interferon γ and lipopolysaccharide[J]. Cancer Immunol Immunother, 1998, 45(5): 250-256.
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    [7]Lesimple T, Moisan A, Toujas L. Autologous human macrophages and anti-tumour cell therapy[J]. Res Immunol, 1998, 149(7-8): 663-671.

    [8]Malkovsky M, Loveland B, North M, et al. Recombinant interleukin-2 directly augments the cytotoxicity of human monocytes[J]. Nature, 1987, 325(6102): 262-265.

    收稿日期:1999-07-11

    修回日期:1999-10-19, 百拇医药