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编号:10281547
γ-干扰素基因修饰肝细胞治疗血吸虫病肝纤维化实验研究
http://www.100md.com 《中华传染病杂志》 1999年第3期
     作者:张立煌 姚航平 曹雪涛 于益芝 陈洪 李敏伟

    单位:张立煌、姚航平、陈洪、李敏伟 310006 杭州,浙江大学附属第一医院传染病研究所;曹雪涛、于益芝 第二军医大学免疫教研室

    关键词:γ-干扰素;基因治疗;血吸虫病;肝硬化

    中华传染病杂志990307 【摘要】 目的 探讨γ-干扰素(IFN-γ)基因修饰的肝细胞经脾移植抗血吸虫病肝纤维化作用。方法 采用ELISA和免疫组化方法,动态分析日本血吸虫感染小鼠IFN-γ和Ⅰ、Ⅲ型胶原水平及其相互关系,并将小鼠IFN-γ重组腺病毒转染的肝细胞经脾移植到感染16周小鼠,分析IFN-γ基因治疗血吸虫病肝纤维化的作用。结果 感染4周时,小鼠IFN-γ水平明显升高,在感染12周时达高峰;但在16周以后IFN-γ水平明显下降,而Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成持续增高;IFN-γ基因修饰的肝细胞经脾移植后能稳定有效地表达,显著降低Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成、沉积,减轻肝纤维化程度。结论 IFN-γ可能与Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成、沉积有关;IFN-γ基因治疗能有效地发挥抗血吸虫病肝纤维化作用。
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    Study on the efficacy of IFN-γ gene-modified murine hepatocytes against hepatic fibrosis in Schistosomiasis japonica

    ZHANG Lihuang,YAO Hangping,CAO Xuetao,et al.

    The first Affiliated Hospital,Zhejiang University,Hangzhou 310003

    【Abstract】 Objective To investigate the efficacy of γ-interferon (IFN-γ) gene-modified hepatocytes against hepatic fibrosis by intrasplenic transplantion.Methods Levels of INF-γ as well as type Ⅰ and Ⅲ collagen in the mice infected by S.japonicum were dynamically analysed by ELISA and immunohistochemical assay.At the 16th week,the infected mice were intrasplenic transplanted with murine hepatocytes transfected with INF-γ gene-combinant adenovirus.Results At the 4th week of post-infection,murine INF-γ leve was increased markedly and reached to a peak at the 12th week,but decreased dramatically after the 16th week of post-infection,while the levels of type Ⅰ and Ⅲ collagen were increased continuously.Meanwhile,the intrasplenic transplanted IFN-γ gene-modified hepatocytes steadily expressed IFN-γ and obviously reduced the synthesis and deposition of type Ⅰ and Ⅲ collagen as well as the severity of hepatic fibrosis.Conclusion IFN-γ may play an important role in decreasing the production and deposition of type Ⅰ and Ⅲ collagen,while IFN-γ gene transplantation can inhibit hepatic fibrosis in Schistosomiasis japonica effectively.
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    【Key words】 γ-Interferon Gene-therapy Schistosomiasis Liver cirrhosis

    γ-干扰素(IFN-γ)是目前已知有确切抗肝纤维化作用的细胞因子。实验表明能明显抑制感染血吸虫小鼠贮脂细胞激活,减少胶原的合成[1]。晚期血吸虫病患者通常都有免疫功能低下,其血清IFN-γ水平明显低于正常人。动物实验和临床应用IFN-γ治疗血吸虫病肝纤维化和肝炎后肝纤维化均取得明显的效果[2]。但体内影响IFN-γ药效因素很多,如半衰期短、抗体的产生,与靶器官以外的器官、组织、细胞受体结合,大剂量应用有明显的毒副作用等。实验表明,脾内移植肝细胞能定向分布于肝脏,并同化入肝实质中存活,有效地表达外源基因[3],我们在分析血吸虫感染小鼠IFN-γ动态变化及其与胶原合成关系的基础上,将IFN-γ基因修饰的肝细胞经脾移植,探讨抗血吸虫病肝纤维化的作用。

, http://www.100md.com     材料与方法

    一、实验材料

    BALB/c小鼠,6~8周龄,雄性,购自上海必凯实验动物公司;小鼠正常胚胎肝细胞株BNL.CL2细胞购自美国ATCC;表达小鼠IFN-γ基因的重组腺病毒Ad-ex1 CA-mIFN(IFN-γ/Ad),表达LacZ基因的重组腺病毒Ad-ex1 CA-RXZ(LacZ/Ad)由日本癌症研究会分子生物治疗研究部Hamada博士惠赠;mIFN-γ ELISA检测试剂盒,抗小鼠IFN-γ、Ⅰ、Ⅲ型胶原单抗均购自Endogen公司;SABC试剂盒购自武汉博士德公司。

    二、血吸虫病肝纤维化模型

    80只BALB/c小鼠随机分为正常对照、感染和治疗组。除正常对照外,其余皮下感染日本血吸虫尾蚴25条。感染组分别在感染后4、8、12、16、20、24周解剖;治疗组在感染16周作肝细胞脾内移植。取各实验组部分肝组织用10%福尔马林固定,制成4μm厚石蜡切片,作免疫组化;同时取血清,-20℃保存,待检。
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    三、肝细胞体外基因修饰

    取对数生长期BNL.CL2细胞,经Hanks液洗2遍后,用无血清RPMI-1640调至1×106/ml,加至24孔板中,每孔1ml,待细胞贴壁后弃上清,按重复感染度(MOI)为1∶100加入病毒稀释液0.5ml,37℃5%CO2温箱中温育30分钟,洗去残留病毒液,补充RPMI-1640 1ml,37℃5%CO2温箱中温育,每隔4小时收集培养上清,-20℃保存待检。

    四、肝细胞脾内移植

    治疗组在感染后16周作肝细胞脾内移植。收集对数生长期的肝细胞,经Hanks液洗2遍后配成1×107/ml备用。乙醚麻醉小鼠,局部消毒后,于左肋下做1cm左右切口,暴露脾脏,脾内注射肝细胞0.2ml(2×106细胞/只),设BNL.IFN-γ治疗组、BNL.LacZ病毒对照组、BNL.CL2细胞对照组三个亚组,在移植后第4、8周解剖。
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    五、培养上清和血清IFN-γ水平检测

    按Endogen公司产品说明书,用ELISA法检测培养上清和血清中的IFN-γ水平。

    六、肝组织内IFN-γ、Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的检测

    采用SABC法,一抗为抗小鼠IFN-γ、Ⅰ、Ⅲ型胶原单抗,二抗为生物素化羊抗鼠IgG,继用SABC复合物,DAB显色,脱水、透明、封片后,用图像分析仪MIPS作阳性分布面积半定量分析。

    七、统计学处理

    组间均数比较采用双侧t检验。

    结 果

    一、重组腺病毒转染BNL.CL2细胞培养上清IFN-γ水平检测
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    mIFN-γ重组腺病毒转染4小时即可在培养上清检测到IFN-γ(5.64±2.16)ng/ml,24小时时达高峰(60.54±16.42)ng/ml,而转染LacZ基因的病毒对照和未转染的细胞对照未检测到IFN-γ。转染后14天,培养上清中仍可检测到IFN-γ(36.22±8.64)ng/ml,说明mIFN-γ重组腺病毒能有效地转染IFN-γ基因到肝细胞稳定表达。

    二、感染小鼠血清IFN-γ的动态变化

    正常小鼠血清IFN-γ含量仅(2.94±0.96)ng/ml,感染4周时血清中可检测到较高水平的IFN-γ(15.62±3.00)ng/ml,8周时为(21.66±3.72)ng/ml,12周时达高峰(28.92±3.86)ng/ml,随后明显下降,感染16周时降至(17.84±2.41)ng/ml,20周时为(14.32±2.73)ng/ml,24周时为(7.52±2.73)ng/ml。正常对照、感染后4、12、16、24周组间比较差异均有显著性(P<0.01)。
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    三、感染小鼠肝内IFN-γ、Ⅰ、Ⅲ型胶原的动态变化

    正常小鼠肝内IFN-γ散在分布肝窦壁附近,量稀少。感染4周时虫卵肉芽肿开始形成伴炎症反应,IFN-γ表达开始增加,随虫卵肉芽肿炎症加重,IFN-γ含量也明显增多,感染12周时达高峰,明显多于感染后4、8周时水平(P<0.01),主要分布在虫卵肉芽肿周围和肝窦壁。感染后16周虫卵肉芽肿成熟,炎症减轻,IFN-γ表达明显减少,与12周时相比差异也有显著性(P<0.01)。同时可见,随着感染时间的延长,Ⅰ、Ⅲ型胶原含量逐渐增多,并由感染初期的细线状逐渐增厚变宽,呈条索状或网状分布在虫卵肉芽肿和汇管区周围。见表1。

    表1 感染血吸虫小鼠肝内IFN-γ、Ⅰ、Ⅲ型胶原

    的动态变化(阳性面积百分比) 感染时间

    IFN-γ
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    Ⅰ型胶原

    Ⅲ型胶原

    正常对照

    1.09±0.39

    1.67±0.33

    1.93±0.61

    感染后4周

    2.82±0.49

    1.76±0.47

    2.08±0.64

    感染后8周

    3.96±0.87
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    4.08±0.79

    5.14±0.85

    感染后12周

    5.12±1.06▲▲

    6.70±0.94▲▲

    9.04±0.91▲▲

    感染后16周

    3.60±0.74*

    12.30±1.23*

    12.06±1.23*
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    感染后20周

    3.19±0.72*

    18.50±1.28*

    15.53±1.43*

    注:▲ 指与正常比较P<0.01,▲▲ 指与感染后8周比较P<0.01,* 指与感染后12周比较P<0.01

    四、肝细胞移植后血清IFN-γ水平

    移植后第4周,BNL.IFN-γ治疗组血清可见高水平的IFN-γ(81.54±11.19)ng/ml,与移植BNL.LacZ基因的病毒对照组(28.62±6.15)ng/ml和BNL.CL2细胞对照组(20.30±4.61)ng/ml比较差异有显著性(P<0.01);并且在移植后第8周,BNL.IFN-γ治疗组仍可测到高水平的IFN-γ(70.42±14.67)ng/ml,与移植后第4周时相比差异无显著性(P>0.05)。可见,移植后第8周仍有高效表达。
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    五、肝细胞移植后对肝内胶原合成的影响

    移植后第4周,BNL.IFN-γ治疗组肝内可见许多散在集落状IFN-γ着色阳性细胞,虫卵肉芽肿周围也有明显的IFN-γ表达,与同期单纯感染组、病毒对照组、细胞对照组相比,差异均有显著性(P<0.01)。同时可见,BNL.IFN-γ组肝内Ⅰ、Ⅲ型胶原含量明显减少,与同期感染组、病毒对照组和细胞对照组比较差异均有显著性(P<0.01);而感染组、细胞对照组和病毒对照组组间比较差异无显著性(P>0.05)。见图1。168.gif (5757 bytes)

    图1 肝细胞移植后对肝内Ⅰ、Ⅲ型胶原的影响
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    讨 论

    血吸虫病肝纤维化主要与虫卵肉芽肿及其某些细胞因子有关,其中IFN-γ既影响虫卵肉芽肿的形成,又抑制贮脂细胞的激活,减少胶原的合成[1,2]。本研究结果表明感染早期随着虫卵肉芽肿形成和炎症反应加重,血清和肝内IFN-γ水平均显著增加,这可能与较多的淋巴细胞浸润并释放IFN-γ有关。而在虫卵肉芽肿成熟,炎症反应减轻时,血清及肝内IFN-γ水平均明显减低。提示在感染早期IFN-γ作为炎症因子与虫卵肉芽肿形成有关,而在后期与胶原纤维的合成沉积相关。

    根据感染过程IFN-γ与Ⅰ、Ⅲ型胶原表达的关系,我们在感染后16周,即虫卵肉芽肿成熟,IFN-γ水平降低,而Ⅰ、Ⅲ型胶原表达明显增加时,将IFN-γ基因修饰的肝细胞经脾移植,分析其抗血吸虫病肝纤维化作用。结果表明,移植后第4周,BNL.IFN-γ治疗组血清和肝内IFN-γ表达水平均有显著增高,与同期(感染20周)的感染组、病毒对照组和细胞对照组比较,差异均有显著性,网状结构消失,纤维条索变细减弱。移植后第8周,BNL.IFN-γ治疗组仍有IFN-γ的高效表达,肝纤维化程度进一步减轻,可见有明显的抗肝纤维化作用。至于IFN-γ是如何发挥抗肝纤维化作用,除直接抑制贮脂细胞激活、增殖、合成细胞外基质外[1,4],可能是通过抑制其它细胞因子而影响肝脏细胞外基质的沉积[5],值得进一步研究。
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    肝脏靶向性基因治疗是目前基因治疗的研究热点之一,曹雪涛等[6]将白细胞介素-2基因修饰的肝细胞脾内移植到荷瘤小鼠,能明显增强小鼠肝脏抗肿瘤免疫功能。本研究结果表明,将IFN-γ基因修饰的肝细胞脾内移植后,即移行到靶器官肝脏,稳定地表达IFN-γ,抑制肝内胶原的合成,从而达到抗肝纤维化作用。为基因治疗血吸虫病肝纤维化作了积极的探索,并为重型肝炎、肝癌及遗传性肝病的基因治疗提供了理论依据。

    本课题受国家自然科学基金重点项目(编号:39730470)及国家杰出青年科学基金(编号:39825123)资助

    参考文献

    1 Czaja MJ,Weiner FR,Takahashi S,et al.γ-interferon treatment inhibits collagen deposition in murine schistosomiasis.Hepatology,1989,10:795-800.
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    2 贺永文,刘薇,曾令兰,等.γ干扰素对血吸虫病小鼠肝纤维化的影响.中华医学杂志,1996,76:371-374.

    3 ZHANG W,CAO X,HUANG X,et al.In vivo distribution and gene exprission of genetically modified hepatocytes after intrasplenic transplantation.Science in China,1997,40:554-560.

    4 Braoni GS,Ambrosio LD,Curto P,et al.Interferon gamma decreases hepatic stellate cell activation and extracellular matrix deposition in rat liver fibrosis.Hepatology,1996,23:1189-1199.

    5 Lukacs NW,Boros DL.Lymphokine regulation of granuloma formation in murine schistosomiasis mansoni.Clin Immunol Immunopathol,1993,68:57-63.

    6 曹雪涛,章卫平,王建莉,等.白细胞介素-2基因修饰的肝细胞脾内移植增强肝脏抗肿瘤免疫功能.中华医学杂志,1996,76:646-649.

    (收稿:1998-11-03 修回:1999-01-30), http://www.100md.com