基本信息
- 项目名称：
- TNFα-Tumstatin54-132/IL-24基因修饰的间质干细胞抗肿瘤研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用慢病毒携带抗肿瘤融合基因TNFα-Tumstatin54-132修饰骨髓来源MSCs，体内外作用前列腺癌细胞研究及机制分析；采用腺病毒携带IL-24修饰脐带来源MSCs，体内外作用肺癌细胞研究及机制分析。
- 详细介绍：
- 探讨慢病毒携带抗肿瘤融合基因TNFα-Tumstatin54-132修饰骨髓来源MSCs，以及腺病毒携带IL-24修饰脐带来源的MSCs体内外抗肿瘤效应及机制。将TNFα-Tumstatin54-132慢病毒载体构建，转染骨髓来源MSC，体外将转基因的MSCs与人前列腺癌细胞株PC3, LNCaP 和内皮细胞株EVC-304体外共培养, 观察其抑制肿瘤细胞增殖及诱导凋亡效应，体内选择免疫缺陷(SCID)裸鼠制备PC-3致瘤动物模型，将TNFα-Tumstatin54-132融合基因转染的MSCs细胞通过肿瘤局部注射观察肿瘤生长变化情况。IL-24基因腺病毒载体构建，转染脐带来源MSC，体外将转基因的MSCs与人肺癌细胞株A549体外共培养, 观察其抑制肿瘤细胞增殖效应，体内选择免疫缺陷(SCID)裸鼠制备A549致瘤动物模型，将IL-24基因转染的MSCs 细胞通过肿瘤局部注射观察肿瘤生长变化情况。并分别通过western-blot检测增殖、凋亡及血管形成通路蛋白，分析研究体内外抗肿瘤机制。研究结果显示获得的抗肿瘤基因修饰的MSCs生物学特性仍然得以维持。TNFα－Tumstatin融合基因转染的MSCs（SPTT-MSCs）体外可抑制雄激素非依赖型和依赖型前列腺肿瘤细胞增殖并诱导其凋亡，同时可抑制肿瘤血管生成；体内SPTT-MSC可抑制裸鼠前列腺癌模型生长，抑制肿瘤细胞增殖、促进凋亡和降低血供； SPTT-MSC体内外抗肿瘤机制与抑制前列腺肿瘤细胞内ERK和AKT蛋白磷酸化，增加促凋亡蛋白Bax，降低抗凋亡蛋白Bcl-2表达，活化caspases-3/8蛋白有关。在此基础上，以脐带来源MSC作为肿瘤特异性抑制分子IL-24的转运载体, 转IL-24基因的MSC （IL-24-MSCs）体内外可以通过抑制肿瘤细胞增殖，诱导肿瘤细胞周期阻滞和凋亡，并阻断肿瘤血管新生等机制来发挥抗肺癌作用。体内外抗肿瘤机制是通过ERK1/2、JNK及AKT通路抑制细胞增殖、促进细胞凋亡及抗血管形成抑制肺癌。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- MSC作为肿瘤基因治疗的理想细胞载体，其体内注射后具有肿瘤趋向性，可将抗肿瘤分子药物以“浓缩”的方式靶向转运至肿瘤局部和转移位点，从而减少治疗的系统毒性。本研究分别利用骨髓和脐带来源的MSC作为细胞载体，将TNFα与Tumstatin基因融合，以慢病毒载体介导转染骨髓来源MSC；或以腺病毒载体介导白IL24转染脐带来源MSC，旨在发挥转入基因的靶向抗肿瘤作用，增强抗肿瘤活性和治疗特异性。
科学性、先进性及独特之处
- MSC目前成为细胞治疗应用中的首选种子细胞，具有向肿瘤和炎症部位趋向性，应用其转运治疗基因进行治疗具有靶向性。采用不同基因修饰方式携带具有抗肿瘤作用的融合基因或单基因，修饰两种不同来源成体干细胞MSC研究体内外抗肿瘤作用；将肿瘤抑素基因Tumstatin54-132与TNFα基因进行融合，获得的融合基因不仅带有TNFα活性的效应片段克服其单独应用的弊端，而且具有抗血管形成作用。
应用价值和现实意义
- 尽管肿瘤的早期诊断和治疗新方法不断出现，但依然存在肿瘤转移以及耐药的问题，因此亟待新的治疗手段。肿瘤分子生物学研究和基因工程的发展使得肿瘤基因治疗成为可能。以MSC为载体的治疗基因靶向转运作为一种新的生物治疗手段，为基于MSC肿瘤基因治疗提供了实验和理论依据，并为未来临床转化应用奠定了基础。
学术论文摘要
- 探讨慢病毒携带抗肿瘤融合基因TNFα-Tumstatin54-132修饰骨髓来源MSCs，以及腺病毒携带IL-24修饰脐带来源的MSCs体内外抗肿瘤效应及机制。 TNFα-Tumstatin54-132慢病毒载体构建，转染骨髓MSC，同时IL-24基因腺病毒载体构建，转染脐带MSC，体外将转基因的MSCs与PC3, LNCaP，A549 和EVC-304体外共培养, 观察其抑制肿瘤细胞增殖及诱导凋亡效应，体内选择免疫缺陷裸鼠制备致瘤动物模型，将基因转染的MSCs细胞通过肿瘤局部注射治疗，分析研究体内外抗肿瘤机制。转染的MSCs体外可抑制肿瘤细胞增殖并诱导其凋亡，同时可抑制肿瘤血管生成；体内可抑制裸鼠癌模型生长，抑制肿瘤细胞增殖、促进凋亡和降低血供；SPTT-MSC体内外抗肿瘤机制与抑制前列腺肿瘤细胞内ERK和AKT蛋白磷酸化， IL-24-MSCs体内外与ERK1/2、JNK及AKT通路相关。 MSCs是抗肿瘤治疗的理想细胞载体，抗肿瘤基因修饰MSCs，使其靶向运载抗肿瘤药物到达肿瘤部位，通过抑制肿瘤细胞的生长及血管形成发挥抗肿瘤效应。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 本研究工作经中国科学院上海科技查新咨询中心分析达到国内同行的领先水平。
参考文献
- Studeny M, Marini FC, Dembinski JL, et al. Mesenchymal stem cells: potential precursors for tumor stroma and targeted-delivery vehicles for anticancer agents. J Natl Cancer Inst, 2004, 96:1593-1603. Xin H, Kanehira M, Mizuguchi H, et al. Targeted delivery of CX3CL1 to multiple lung tumors by mesenchymal stem cells. Stem Cells, 2007, 25:1618-1626. Loebinger MR, Eddaoudi A, Davies D, et al. Mesenchymal stem cell delivery of TRAIL can eliminate metastatic cancer. Cancer Res, 2009, 69:4134-4142.
同类课题研究水平概述
- 间质干细胞（Mesenchymal stem cells, MSCs）是近年来国内外学者十分感兴趣的成体干细胞之一，存在于多种组织，主要包括骨髓、脂肪组织、骨骼肌、肝脏、脐带、脐血及外周血等。MSCs分离纯化、体外扩增容易并且增殖能力强，具有向骨、软骨、肌腱、韧带、脂肪细胞、心肌细胞及神经细胞等多向化得潜能，已成为临床再生医学、组织工程的种子细胞。国内文献有：刘峰等研究骨髓间充质干细胞对小鼠Lewis肺癌皮下移植瘤的作用；王艳俊等研究重组腺病毒载体介导IL-12基因在间充质干细胞中的表达；鲁民等研究TNFα-Tumstatin45-132分子构建、生物学特征预测和活性验证；赵亮等研究重组融合蛋白Tumstatin-TNF-α分泌型真核表达载体的构建及其在中国仓鼠卵巢细胞中的表达；王国庆等研究携带小鼠beta防御素2的间充质干细胞对小鼠恶性腹水的抑制作用；张肇林等对TNF-α增加骨髓间充质干细胞在肝缺血组织黏附的实验研究；姜晗防等研究小鼠骨髓间充质干细胞接种小鼠肝癌组织诱发肝癌细胞坏死；乔纯等对慢病毒-TNFα-Tumstatin的分子构建及抗肿瘤作用的研究。 国外文献有：Studeny M等报道将腺病毒介导IFN-β转染的MSC体外与人黑色素瘤肺转移性细胞A375SM共培养，明显抑制A375SM细胞生长； Luo et al研究Tumstatin45-132融合人TNF-α，希望产生一种具有特殊靶标的生物功能的蛋白质用于癌症治疗，该研究发现Tumstatin45-132-TNF-α功能蛋白阻止内皮细胞增殖的范围比TNF-α单独时大，导致抑制L929鼠成纤维细胞的凋亡。国外有腺病毒介导IFN-β转染的MSC体外与人黑色素瘤肺转移性细胞A375SM共培养并抑制A375SM细胞生长、用逆转录病毒将胞嘧啶脱氨酶（CD）转染人脂肪组织来源的MSC，发现CD-MSC保持定向迁移至肿瘤细胞HT-29的能力、Tumstatin45-132-TNF-α功能蛋白阻止内皮细胞增殖的范围比TNF-α单独时大，导致抑制L929鼠成纤维细胞的凋亡的报道，但并未见到利用TNFα-Tumstatin54-132融合基因和IL-24单基因分别修饰MSC抗肿瘤作用的应用分析比较的报道。
