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编号:10273552
rBCG-IL-2对小鼠肿瘤局部和全身免疫功能的影响
http://www.100md.com 《中国肿瘤生物治疗杂志》 2000年第3期
     作者:曾星 梅玉屏 黄羽 章国来 谭敏 张维彬

    单位:曾星 梅玉屏 黄羽 章国来 谭敏 张维彬(广州中医药大学第二临床医学院中心实验室 广州510120)

    关键词:重组卡介苗;肿瘤;免疫

    中国肿瘤生物治疗杂志000312 摘 要 目的: 将rBCG-IL-2应用于动物实验,观察其对肿瘤生长和免疫功能的影响。方法: 采用基因工程技术构建rBCG-IL-2,用黑色素瘤细胞株B16接种于小鼠小腿外侧皮下,再用rBCG-IL-2局部治疗,2周后处死小鼠,用ELISA法检测脾淋巴细胞培养上清中IL-2,IFN-γ和GM-CSF的含量和肉眼及镜下观察肿瘤生长和局部免疫效应细胞浸润情况。结果: rBCG-IL-2对肿瘤生长的抑制作用明显优于对照组,肿瘤细胞周围有较多的巨噬细胞和淋巴细胞浸润,肿瘤细胞减少。同时rBCG-IL-2还能诱导机体产生IL-2和IFN-γ。结论: rBCG-IL-2能通过诱导局部免疫效应细胞浸润和机体细胞因子的产生,抑制肿瘤生长,甚至清除肿瘤细胞。
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    《中国图书资料分类法》分类号 R392.11

    Systemic and Local Effects of rBCG-IL-2 on Immunity in Tumor-Bearing Mice

    Zeng Xing, Mei Yuping, Huang Yu, Zhang Guolai, Tan Min, Zhang Weibin

    (The Second Affiliated Hospital of Guangzhou University of TCM. Guangzhou 510120)

    Abstract Objective: To investigate the effects of rBCG-IL-2 on antitumor immunity of the host. Methods: Gene engineering technology was adopted to construct rBCG-IL-2. Melanoma cells line B16 was inoculated by hypodermic injection. IL-2, IFN-γ and GM-CSF in cultivated supernatants of lymphocytes isolated from spleen were determined by ELISA after treatment with rBCG-IL-2 two weeks later, the extention of tumor and local immune response cells were observed by pathologic methods. Results: The speed of tumor growth of rBCG-IL-2 group was more suppressed dramatically than that of the control group, the number of infiltrating lymphocytes and macrophages increased and the number of tumor cells decreased after treatment with rBCG-IL-2. rBCG-IL-2 could induced the host to express IL-2 and IFN-γ. Conclusion: rBCG-IL-2 can suppress even dispel the extension of tumor through inducing the host to express cytokine and enhance the number of immune response cells.
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    Key words recombinant BCG; tumor; immunity

    近年来,BCG联合细胞因子用于膀胱肿瘤灌注,比单用BCG疗效更佳[1]但联合用细胞因子存在半衰期短,用量大及毒性强的缺点。研制表达细胞因子的重组卡介苗可望提高疗效是目前研究的热点。本研究把IL-2基因掺入BCG得到rBCG-IL-2,这种rBCG-IL-2就可在适当时间和部位产生IL-2,达到联合治疗的目的。

    1 材料与方法

    1.1 材料

    BCG为上海生物制品所产品。B16细胞株购自武汉大学ATCC中心。分枝杆菌培养基MIDDLEBROOK7H9和ADC营养液购自美国DIFFICO公司。DMEM和RPMI 1640培养基及胎牛血清购自美国PROMEGA公司。IL-2,MG-CSF,IFN-γ ELISA试剂盒购自深圳晶美生物工程有限公司,美国ENDOGEN公司和法国DIACLONE RESEARCH公司。
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    1.2 动物

    NIH小鼠,体重28~32 g,购自中山医科大学动物中心。

    1.3 重组卡介苗的构建

    BCG菌种接种到MIDDLEBROOK7H9培养基中,培养至OD600约0.5~0.8时停止培养,冰浴1.5 h后用10%甘油洗涤2次,再分别加入PZSⅢ和PZSⅢ~Ⅰ质粒DNA 1~5 μg。在电压2.5 KV、电流25 mA、电阻200 Ω条件下进行电穿孔转化,在含卡那霉素培养基平板上筛选转化子和鉴定,最后获得rBCG-IL-2[2]和rBCG菌株。

    1.4 动物接种及脾淋巴细胞上清的制备

    体外培养的黑色素瘤细胞株,经PBS调整浓度至5×105/ml,取200 μl接种于小鼠左大腿外侧皮下,并在同部位分别注射rBCG-IL-2,rBCG和PBS 10 μl(rBCG-IL-2和rBCG分别用PBS调整浓度至0.1 mg/μl)。以后每3天补注射1次,第2周处死小鼠,测量肿瘤的大小,按公式:(长经+短经)/2[3],同时在无菌条件下,取出小鼠脾脏,制备单细胞悬液。用含10%胎牛血清的1640培养基培养,同时每瓶加PHA 30 μg,置37℃, 5%CO2孵箱培养,72 h收集上清,置-70℃冰箱保存待测。
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    1.5 脾淋巴细胞培养上清中IL-2和IFN-γ含量的测定

    取-70℃保存的淋巴细胞培养上清,离心3 000 r/min 4℃ 5 min。取已包被抗小鼠IL-2单抗的酶标板,除空白孔外,每孔加入培养上清和不同浓度的标准品(31,25, 62.5, 125, 250, 500, 1 000 pg/ml)100 μl至相应孔中,零孔加标准品稀释液100 μl,对照孔加细胞培养基100 μl,室温2 h后洗板3次,除空白孔外,每孔加生物素化抗体100 μl,室温1h后洗板3次,除空白孔外,每孔加HRP标记酶结合物100 μl,室温30 min后洗板3次,若测定IL-2含量加底物A,B液各50 μl,测定IFN-γ加新鲜配制TMB底物100 μl,避光室温反应10 min后加2N H2SO4终止显色反应,即刻用450 nm波长测定其OD值,以标准浓度作横坐标,以减去空白孔的OD值为纵坐标,用计算机四参数法拟绘出标准曲线。
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    1.6 脾淋巴细胞培养上清中GM-CSF含量的测定

    将反应试剂50 μl加到已包被抗小鼠GM-CSF单抗的酶标板孔内,加入50 μl不同浓度的标准品(0, 10, 50, 250 pg/ml)及培养上清到相应孔内。标准品以培养基稀释,37℃水浴2 h,洗板5次拍干,加入100 μl交联试剂,37℃水浴1 h,再洗板5次,加TMB底物液100 μl暗处室温反应30 min,加入100 μl终止液终止反应,在450 nm和550 nm处读取OD值,以标准品浓度为横坐标,450 nm处OD值减去550 nm处OD值为纵坐标,以四参数法在计算机上拟绘出标准曲线。

    2 结 果

    2.1 rBCG-IL-2和rBCG对小鼠肿瘤生长抑制作用

    处死小鼠后,分别对注射了rBCG-IL-2,rBCG和PBS组小鼠的瘤体进行测量。发现rBCG-IL-2和rBCG组的肿瘤大小与PBS组比较,肿瘤生长显然受到一定程度的抑制,特别是注射rBCG-IL-2组抑制肿瘤生长更明显。病理切片也证明rBCG-IL-2和rBCG的癌细胞明显少于对照组(见图1)。
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    图1 rBCG-IL-2和rBCG对肿瘤局部免疫细胞的诱导作用(HE染色10×25)

    Fig.1 Effect of rBCG-IL-2 and rBCG on local infiltrating immune response cells of tumor

    A: rBCG-IL-2; B: rBCG; C: Control

    2.2 rBCG-IL-2,rBCG对肿瘤局部免疫细胞的诱导作用

    肿瘤局部病理切片观察发现,rBCG-IL-2组的肿瘤细胞周围有明显的吞噬细胞和大量淋巴细胞浸润,形成淋巴细胞巢,肿瘤细胞减少,甚致消失,并在其周围形成多层的长梭形细胞(图1A),rBCG组吞噬细胞浸润不明显,但有大量淋巴细胞浸润,肿瘤细胞存在,也有长梭形细胞形成(图1B),对照组以肿瘤细胞为主,有少量淋巴细胞浸润,没有长梭形细胞形成(图1C)。
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    2.3 rBCG-IL-2和rBCG对小鼠脾细胞培养上清中IL-2,IFN-γ和GM-CSF产生的影响

    处死小鼠后,无菌条件下取脾细胞培养,并检测培养上清中IL-2,IFN-γ和GM-CSF的含量,分别对每个检测指标中的3组比较及两两比较,采用多组资料的秩和检验及q检验,当不同检测指标的各实验组的秩和检验差异有显著性,经两两比较,结果见表1。

    表1 rBCG-IL-2和rBCG对小鼠脾细胞培养上清中IL-2,IFN-γ和GM-CSF产生的影响

    Tab.1 Effect of rBCG-IL-2 and rBCG on the production of IL-2, IFN-γ and GM-CSF

    in supernatants of cultured lymphocytes separated from spleens of the mice Cytokines
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    Control

    rBCG

    rBCG-IL-2

    HC

    P

    n

    min

    max

    n

    min

    max

    n

    min
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    max

    mIL-2(A)

    9

    10

    827

    9

    54

    1 212

    9

    412

    1 103

    8.4611

    <0.05
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    mIFN-γ(B)

    9

    31

    353

    9

    31

    1 000

    9

    45

    1 000

    9.7165

    <0.01

    mMG-CSF(C)
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    9

    0

    203.0

    9

    0

    250

    9

    23.6

    250

    6.1266

    <0.05

    P<0.05 q=4.0106, A1 with A3 compared; P<0.01 q=4.1522, A2 with A3 compared; P<0.01 q=4.8702, B1 with
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    B2 compared; P<0.01 q=4.1576, B1 with B3 compared; P<0.01 q=3.8712, C1 with C2 compared.

    3 讨 论

    BCG治疗膀胱癌可能的主要机制是诱导TH1型应答,产生IL-2和IFN-γ。研究发现,BCG联合IL-2或IFN-γ治疗浅表型膀胱癌,可提高疗效[4]。若能把这些细胞因子基因掺入到BCG,构建成重组BCG,作为一种免疫治疗的新工具[5],就能保证这些细胞因子在适当的部位产生,从而诱导机体的体液免疫和细胞免疫,已有研究证实此法的可行性[6]。本研究应用基因工程技术获得能表达IL-2和不含IL-2基因片段的两株重组BCG即rBCG-IL-2和rBCG。并用这两株重组BCG局部治疗荷瘤小鼠,从局部免疫效应细胞浸润分析,rBCG-IL-2和rBCG组均较对照组有大量的淋巴细胞浸润。rBCG-IL-2组的肿瘤细胞周围有较多巨噬细胞浸润,而rBCG组较少。推测其机理是被巨噬细胞吞噬处理重组BCG抗原后,释放TNF,IL-6,IL-1等,刺激辅助性TH,释放IL-2和IFN-γ,刺激杀伤性T细胞即BAK细胞[7]。起到抗肿瘤的作用,而能表达IL-2的rBCG-IL-2,除上述激活途径外,还能直接激活T细胞和巨噬细胞,使巨噬细胞和淋巴细胞都增加,也证明了细胞因子抗肿瘤的主要作用机制是通过诱导局部免疫反应来达到治疗目的。另外,每间隔几天给药,还有利于存在于肿瘤局部的重组BCG特异性记忆T细胞重新启动免疫,更有效杀伤肿瘤细胞,从而出现rBCG-IL-2组和rBCG组的肿瘤大小明显小于对照组,镜下观察也发现癌细胞明显减少,甚至消失。此外,还发现注射这两株重组BCG,在癌细胞周围形成多层的长梭形细胞,对照组没有此现象,但它是由重组BCG对癌细胞的作用所致,还是通过免疫细胞的间接作用,有待进一步探讨,这种现象可能与限制肿瘤转移和抑制或约束肿瘤生长有关。虽然本实验是一种局部治疗,但检测的IL-2,IFN-γ和GM-CSF细胞因子水平来看,局部治疗也能诱导全身的免疫反应。rBCG-IL-2组测得的IL-2和IFN-γ含量均高于对照组,P<0.01,而对GM-CSF的产生无明显影响。研究表明,rBCG-IL-2除有类似BCG刺激局部免疫反应外,还能利用在局部表达的IL-2,绕过巨噬细胞处理抗原的过程,直接激活杀伤细胞,同时还能诱导机体产生IL-2和IFN-γ因子协同抗癌作用。
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    本课题国家自然科学基金(39870944),国家中医药管理局编号中医药科基(1977)7号和广东省中医药管理局奥中医(1998)076号资助

    曾星,女,40岁,研究员,医学博士,主要从事肿瘤生物治疗的基础研究.

    参 考 文 献

    1,史久华. 膀胱癌的卡介苗免疫治疗. 国外医学*预防*诊断*治疗用生物制品分册, 2000, 23(1): 7

    2,曾 星, 杨 明, 黄 羽, 等. 重组人白介素2卡介苗的构建及表达. 广州中医药大学学报, 1999, 16(1): 72

    3,曹雪涛, 章卫平, 郑玲莉, 等. 白细胞介素2基因转移的肿瘤细胞克隆的建立及其体内外生长特性的研究. 中国免疫学杂志, 1994, 10(5): 284
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    4,Fujimoto T, O'Donnell MA, Szilvasi A, et al. Bacillus calmette-guerin plus interleukin-2 and/or granulocyte/macrophage-colony-stimulating factor enhances immunocompetent cell production of interferon-γ, which inhibits B16F10 melanoma cell growth in vitro. Cancer Immunol, 1996, 42: 280

    5,O'Donnell MA. The genetic reconstruction of BCG as a new immunotherapeutic tool. Trends Biotechnol, 1997, 15(12): 512

    6,Abomoelak B. Humoral and cellular immune responses in mice immunized with recombinant mycobacterium bovis bacillus calmette-guerin producing a pertussis toxin-tetanus toxin hybrid protein. Infect Immun, 1999, 67(10): 5100

    7,Theanhaeuser A, Boehle A, Schneider B, et al. The induction of bacillus-calmette-guerin-activated killer cells requires the presence of monocytes/macrophages and T-helper type 1 cell. Cancer Immunol Immunother, 1995, 40: 130

    (2000-03-29收稿; 2000-06-02修回), 百拇医药