劉 洋,陳會英,2*,范雪楓,李佳琪,朱 桐,張樹彪,2
(1 大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遼寧大連 116600 2 大連民族大學(xué) 生物技術(shù)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧大連 116600)
腫瘤是威脅人類生命的主要疾病,近年來發(fā)病率呈上升趨勢。目前常用治療方式(手術(shù)、化療、放療)存在復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移等問題,亟待尋求新的技術(shù)提高腫瘤治療水平[1]。隨著2017年首個針對血液腫瘤的免疫療法獲得美國FDA 批準(zhǔn),免疫療法作為一種革新性的醫(yī)療手段,已成為最具市場潛力的腫瘤精準(zhǔn)治療方式[2-3]。腫瘤DNA 疫苗通過呈遞亞單位腫瘤抗原刺激患者免疫應(yīng)答,增強(qiáng)機(jī)體抗癌能力,達(dá)到預(yù)防腫瘤或者控制清除現(xiàn)有腫瘤的目的[4]。由于其包含的抗原具有高度限定性,能夠以低的反應(yīng)原性誘導(dǎo)集中的特異性反應(yīng),因此,腫瘤DNA 疫苗已成為腫瘤科研工作人員研究的熱點(diǎn)之一。盡管如此,由于DNA 亞單位抗原固有的免疫觸發(fā)缺陷,在臨床前腫瘤模型中,DNA 疫苗的治療效果仍然有待提高。
多糖作為一類由多個單糖分子通過糖苷鍵連接而成的天然高分子化合物,是構(gòu)成生命的四大基本物質(zhì)之一。研究表明,具有免疫調(diào)節(jié)活性的多糖,能夠輔助性增強(qiáng)疫苗的免疫活性[5]。靈芝多糖具有廣泛的生物活性,其中免疫調(diào)節(jié)活性被認(rèn)為是最重要的生物活性[6-8]。由于多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不同部位提取的多糖存在活性差異,因此本研究以怒江靈芝為例,利用苯酚-硫酸法[9]提取其菌托、菌柄、菌蓋等不同部位多糖,考察各部位提取物對小鼠的免疫活性調(diào)節(jié)作用,篩選具有顯著免疫促進(jìn)功能的多糖,研究靈芝多糖作為助劑在荷瘤小鼠動物模型中對DNA 疫苗的免疫治療促進(jìn)功能,為提升DNA 等核酸疫苗的免疫治療效果提供參考。
怒江靈芝濕品,瀘水怒豐生物科技有限公司;苯酚、濃硫酸、無水乙醇,購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純級;葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品,阿拉丁試劑有限公司;Balb/c 雌性小鼠(清潔級),體質(zhì)量18~22 g,北京維通利華實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)有限公司(實(shí)驗(yàn)動物研究及使用計劃編號P2021011);環(huán)磷酰胺,上海寶生物科技有限公司;蘇木素伊紅(HE) 染色試劑盒,北京索萊寶生物科技有限公司;4T1 細(xì)胞,中科院細(xì)胞庫;1640 完全培養(yǎng)基,碧云天生物技術(shù)有限公司;ELISA 試劑盒、CD3+、CD4+、CD8+、INF-γ 熒光標(biāo)記抗體,大連萬澤貿(mào)易有限公司;HER2/neu 質(zhì)粒DNA 疫苗,蘇州泓迅生物科技股份有限公司。
JA3003N 型電子天平,上海精密科學(xué)儀器有限公司;UV-2800 型紫外-可見分光光度計、IR Prestige-21 紅外光譜儀,島津公司;HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋,國華電器有限公司;3111 細(xì)胞培養(yǎng)箱,Thermo 公司;680 酶標(biāo)儀,Bio-Rad 公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海亞榮生化儀器;IX73 熒光顯微鏡,奧林巴斯株式會社。BC-30 全自動血細(xì)胞分析儀,深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司;1260 Infinity II 凝膠滲透色譜儀,安捷倫科技有限公司。
1.2.1 靈芝多糖提取和分析 準(zhǔn)確稱取怒江靈芝濕品菌蓋、菌柄、菌托各2 g,粉碎機(jī)粉碎后,沸水浴煎煮2~4 h,冷卻后定容至100 mL,過濾,凍干。用10 mL 80%乙醇洗滌沉淀3 次,將沉淀配制成體積分?jǐn)?shù)5%的水溶液并進(jìn)行反復(fù)凍融,初步去除蛋白,配制Sevag 溶液,與糖溶液以體積比2∶1 的比例混合,回收糖溶液,重復(fù)此操作直至中間層無蛋白析出,最后將糖溶液裝于3 500 u 的透析袋中,流水透析24 h,去除葡萄糖、無機(jī)鹽等小分子雜質(zhì),采用DEAE cellulose-52 離子交換柱(4.5 cm×80 cm) 和Sephadex G-100 凝膠柱(2.6 cm×100 cm)進(jìn)行分離、凍干[6]。取1/10 份凍干粉,用10 mL 2 mol/L 硫酸溶解后,加水定容至50 mL,采用1 mL 體積分?jǐn)?shù)4%苯酚溶液和5 mL 濃硫酸,以葡聚糖為標(biāo)準(zhǔn)品配置標(biāo)準(zhǔn)溶液,參照文獻(xiàn)[9]的方法,計算多糖含量。采用TSKPWXL 4 000 凝膠色譜 柱,以0.3 mol/L 的NaNO3和0.1 mol/L 的NaH2PO3(pH 7.0)為流動相,激光光散射檢測器和示差檢測器測定多糖分子質(zhì)量。KBr 壓片法在400~4 500cm-1波長范圍內(nèi)進(jìn)行傅里葉紅外光譜測定。
1.2.2 靈芝多糖免疫功能促進(jìn)作用考察
1.2.2.1 免疫抑制小鼠模型建立 選取4 周齡體質(zhì)量約20 g 的Balb/c 雌性小鼠,隨機(jī)分為空白組、模型組、蓋多糖組、柄多糖組、托多糖組共5組,每組10 只。除空白組外,所有組小鼠均連續(xù)3 d 腹腔注射環(huán)磷酰胺0.2 mL(8 mg/mL),構(gòu)建免疫抑制小鼠模型??瞻捉M灌胃等體積(劑量為每千克體質(zhì)量10 mL)純凈水;模型組灌胃等體積純凈水;蓋多糖組、柄多糖組、托多糖組分別灌胃等體積怒江靈芝濕品菌蓋、菌柄和菌托多糖提取物(200 mg/kg)。持續(xù)灌胃28 d。
1.2.2.2 體質(zhì)量和免疫器官指數(shù)測定 處死小鼠前,稱取小鼠體質(zhì)量;處死小鼠后,半小時內(nèi)無菌取出脾臟和胸腺,根據(jù)公式(1)和(2)考察免疫器官指數(shù)。
1.2.2.3 單核-巨噬細(xì)胞功能測定 隨機(jī)抽取小鼠,每組5 只,持續(xù)灌胃25 d 后,腹腔注射60 mg/mL 淀粉肉湯1 mL;灌胃結(jié)束后第2 天,腹腔注射雞紅細(xì)胞生理鹽水懸液 (V雞紅細(xì)胞∶V生理鹽水=1∶200)1 mL。半小時后,處死小鼠,取50 μL 腹腔液,滴于清潔的載玻片上,濕盤內(nèi)37 ℃孵育30 min后,取出載玻片,用預(yù)溫的生理鹽水漂洗3 次,干燥5 min,瑞吉染色,顯微鏡觀察并計數(shù),考察巨噬細(xì)胞吞噬指數(shù),計算公式如下:
1.2.2.4 淋巴細(xì)胞免疫功能測定
1)淋巴細(xì)胞增殖能力測定 無菌取脾,置于RPMI-1640 培養(yǎng)液中,研磨為勻漿,網(wǎng)篩(200 目)后收集濾液,離心15 min(1 000 r/min),棄上清,加入4 mL 紅細(xì)胞裂解液,冰浴10 min 后離心5 min(1 000 r/min),棄上清,RPMI-1640 培養(yǎng)液洗滌2 次,加入5 mL RPMI-1640 培養(yǎng)液(含10%胎牛血清),調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度為2×106個/mL。在96 孔板中按照每孔100 μL 接種該細(xì)胞懸液,分別加入5 μL 的刀豆蛋白(ConA,5 μg/mL)或脂多糖(LPS,10 μg/mL),37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)48 h,采用MTT 法[10]測定ConA 活化的T 細(xì)胞和LPS 活化的B 細(xì)胞的增殖性能。
2)NK 細(xì)胞殺傷活性測定 以小鼠脾細(xì)胞懸液(2×106/mL,含NK 細(xì)胞)為效應(yīng)細(xì)胞,以腫瘤細(xì)胞(YAC-1,2×105/mL)為靶細(xì)胞。效靶細(xì)胞殺傷試驗(yàn)孔分別加入100 μL 效應(yīng)細(xì)胞和100 μL 靶細(xì)胞;效應(yīng)細(xì)胞自發(fā)釋放孔加入100 μL 效應(yīng)細(xì)胞和100 μL 培養(yǎng)液;靶細(xì)胞自發(fā)釋放孔加入100 μL 靶細(xì)胞和100 μL 培養(yǎng)液。分別于37 ℃,5% CO2培養(yǎng)箱中孵育48 h,采用MTT 法測定吸光度值(OD),并計算NK 細(xì)胞殺傷活性(4)。
3)體液免疫功能測定 每組剩余5 只小鼠斷頸處死后采血,分離出血清,采用ELISA 試劑盒測定小鼠血清白細(xì)胞介素2(IL-2),白細(xì)胞介素6(IL-6),腫瘤壞死因子α(TNF-α)和免疫球蛋白G(IgG)含量,所有操作均嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行。
1.2.3 靈芝多糖輔助DNA 疫苗的小鼠腫瘤免疫治療效果評價 選取4 周齡體質(zhì)量約20 g 的Balb/c 雌性小鼠,皮下注射4T1 細(xì)胞,構(gòu)建荷4T1瘤小鼠模型。瘤體積長到約100 mm3后,隨機(jī)分為對照組、DNA 疫苗組、靈芝菌蓋多糖組進(jìn)行研究,每組5 只。DNA 疫苗組分別在0 d 和14 d 以30 mg/kg 皮下注射DNA 疫苗進(jìn)行免疫。靈芝菌蓋多糖組在進(jìn)行DNA 疫苗皮下注射免疫2 次之前,使用30 mg/kg 免疫增強(qiáng)效果顯著的靈芝多糖連續(xù)喂食3 d。觀察21 d,檢測小鼠體質(zhì)量和瘤體大小。斷頸處死小鼠,快速取出脾臟,置固定液中固定24 h,水洗、乙醇脫水、二甲苯透明,石蠟包埋,切片(片厚4~6 μm),經(jīng)HE 染色后在顯微鏡下觀察脾臟組織形態(tài)變化。收集不同組小鼠脾臟單細(xì)胞懸液,采用CD3+、CD4+、CD8+流式抗體進(jìn)行標(biāo)記,采用流式細(xì)胞儀測定T 細(xì)胞及亞群;將細(xì)胞固定,破膜,然后用IFN-γ 抗體標(biāo)記細(xì)胞,在熒光顯微鏡上進(jìn)一步分析細(xì)胞CD4+、CD8+亞型。
利用SPSS 17.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。分析結(jié)果均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。比較采用單因素方差分析(One Way ANOVA)。方差齊性采用Levene 檢驗(yàn),若方差齊,采用最小顯著性差異法(LSD)進(jìn)行多重比較,若方差不齊,采用保守成對比較檢驗(yàn)法(Tamhane's T2)或最大t值成對比較檢驗(yàn)法(Dunnett's T3)進(jìn)行多重比較。如果P<0.05,表示試驗(yàn)結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)差異顯著性意義,P<0.01 則表示試驗(yàn)結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)差異極顯著性意義。
采用葡聚糖為標(biāo)準(zhǔn)品,根據(jù)波長485 nm 處的吸光度值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(R2=0.994),測得怒江靈芝樣品中菌蓋、菌柄、菌托多糖百分含量分別為2.95%,1.81%和1.61%,說明靈芝菌蓋部位多糖含量高于菌柄和菌托。經(jīng)GPC 測定,平均分子質(zhì)量分別為1.84×104(PI=1.13),1.92×104(PI=1.22),2.07×104u(PI=1.17),結(jié)果詳見表1。
表1 靈芝濕品中多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及分子質(zhì)量測定結(jié)果Table 1 Determination results of mass concentration and molecular weight of polysaccharides in Ganoderma lucidum wet products
怒江靈芝蓋、柄、托多糖的紅外光譜測定結(jié)果見圖1。從多糖紅外光譜可看出,在3 419,2 920,2 852 cm-1和1 638 cm-1處存在-OH 伸縮振動吸收峰、C-H 伸縮振動吸收峰和-OH 的彎曲振動吸收峰,在1 421,1 374,1 175 cm-1處存在CH2的變形吸收峰和1 316 cm-1處C-H 彎曲振動吸收峰以及環(huán)上C-O 吸收峰。1 070 cm-1處的吸收峰是醇-OH 的變角振動一起的。1 266 cm-1和1 269 cm-1處吸收峰是由于-COOH 中C=O 的對稱伸縮振動引起的,表明靈芝多糖含有-COOH 基團(tuán);在522,528 cm-1處的吸收峰是CCO 變形振動[11]。蓋部多糖在896 cm-1處強(qiáng)的特征吸收峰,說明蓋多糖主要為β-吡喃糖苷鍵多糖[12]。柄多糖和托多糖β-吡喃糖苷鍵多糖則逐漸減少。圖1結(jié)果表明,靈芝蓋、柄、托多糖存在結(jié)構(gòu)差異。
圖1 靈芝菌蓋、菌柄、菌托多糖紅外譜圖Fig.1 Infrared spectrum of polysaccharide in pleat,stem and cap of Ganoderma lucidum
采用怒江靈芝多糖提取物喂食免疫抑制小鼠,記錄小鼠體質(zhì)量,結(jié)果見表2。環(huán)磷酰胺處理的免疫抑制模型組小鼠凈體質(zhì)量低于空白組,而多糖組高于模型組和空白組,且蓋部多糖組小鼠體質(zhì)量高于托、柄多糖組。免疫器官指數(shù)是反映免疫功能的重要指標(biāo)[13],表2給出的脾臟指數(shù)和胸腺指數(shù)的計算結(jié)果表明,多糖組脾臟指數(shù)和胸腺指數(shù)高于空白組,而環(huán)磷酰胺處理的免疫抑制模型組脾臟指數(shù)和胸腺指數(shù)則低于空白對照組,蓋多糖組表現(xiàn)出更加明顯的免疫器官指數(shù)增強(qiáng)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,怒江靈芝蓋多糖具有改善小鼠免疫功能的潛在價值。
雞紅細(xì)胞吞噬結(jié)果表明(表2),與模型組相比,蓋多糖組小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬指數(shù)增加,且高于柄、托多糖組。淋巴細(xì)胞增殖作用考察結(jié)果見表3中,靈芝蓋、柄、托多糖對ConA 活化的T淋巴細(xì)胞的促增殖作用均較弱,而對LPS 活化的B 淋巴細(xì)胞的促增殖作用較強(qiáng),且蓋多糖組作用最為顯著。相對于柄、托多糖組,蓋多糖組脾NK細(xì)胞活性明顯增加,與空白組相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。細(xì)胞因子IL-2、IL-6、IgG 及TNFα 測定結(jié)果(表4)表明,與模型組相比,蓋多糖組細(xì)胞因子分泌增加。表2、3 和4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明靈芝蓋多糖具有免疫增強(qiáng)功能。
表2 靈芝多糖對小鼠凈體質(zhì)量、脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)和吞噬指數(shù)的影響(n=5)Table 2 Effects of Ganoderma lucidum polysaccharides on body weight,spleen index,thymus index and phagocytosis index of mice (n=5)
表3 靈芝多糖對小鼠淋巴細(xì)胞增殖和NK 細(xì)胞活力的影響(n=5)Table 3 Effects of Ganoderma lucidum polysaccharides on lymphocyte proliferation and NK cell activity in mice (n=5)
表4 靈芝多糖對血清細(xì)胞因子的影響(n=5,pg/mL)Table 4 Effects of Ganoderma lucidum polysaccharides on serum cytokines (n=5,pg/mL)
DNA 疫苗具有較高的安全性和經(jīng)濟(jì)性,雖在腫瘤的免疫治療中被廣泛研究,但尚未臨床應(yīng)用,助劑有助于提高其免疫治療效果[14],有望進(jìn)一步推動臨床轉(zhuǎn)化。表皮生長因子受體2(HER2)是具有酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白,在多種腫瘤細(xì)胞表面過表達(dá),是一種重要的腫瘤基因標(biāo)志物和常用的分子治療靶點(diǎn)。約20%~30%的乳腺癌病例存在HER2 基因擴(kuò)增,影響乳腺癌的侵襲、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā),導(dǎo)致預(yù)后不良。赫賽汀是一種單克隆抗體藥物,通過抗HER2 分子靶向免疫治療,極大改善了HER2+乳腺癌病人的預(yù)后,是目前HER2+乳腺癌治療的首選。然而,赫賽汀的原發(fā)、繼發(fā)耐藥成為HER2+乳腺癌治療的瓶頸。本研究嘗試?yán)肏ER2 重組DNA 疫苗,選取免疫增強(qiáng)效果顯著的靈芝菌蓋多糖,以4T1 荷瘤小鼠為動物模型,考察靈芝多糖輔助DNA 疫苗的腫瘤免疫治療效果。
疫苗組和靈芝菌蓋多糖組小鼠接種疫苗后,精神狀態(tài)良好,進(jìn)食和活動正常,局部注射部位無硬結(jié)、出血或潰爛情況,無死亡。紀(jì)錄各組21 d 小鼠體質(zhì)量變化曲線和腫瘤生長曲線,結(jié)果見圖2。對照組小鼠體質(zhì)量增加不到3%;疫苗組小鼠在第9 天以后體質(zhì)量開始明顯增加,21 d 后體質(zhì)量增加約13%。靈芝蓋多糖組在6 d 后體質(zhì)量顯著增加,21 d 時體重增率約18%。腫瘤生長曲線結(jié)果表明,對照組腫瘤增長最快,21 d 后腫瘤體積超過700 mm3,靈芝蓋多糖組抑瘤效果最明顯,且生長緩慢,21 d 后腫瘤體積約300 mm3,顯著小于對照組,與疫苗組相比,增長速度也顯著降低。各組的抑瘤效果表明,靈芝蓋多糖具有較為顯著的促進(jìn)作用。
圖2 疫苗和靈芝多糖輔助疫苗對4T1 腫瘤的免疫治療效果Fig.2 Immunotherapeutic effects of vaccine and Ganoderma lucidum polysaccharide adjuvant vaccine on 4T1 tumor bearing mice
采用鼠抗小鼠CD3、CD4、CD8 的單克隆抗體,經(jīng)間接免疫熒光染色,利用流式細(xì)胞儀檢測總T 細(xì)胞和誘導(dǎo)性T 細(xì)胞及抑制性T 細(xì)胞亞群。檢測結(jié)果表明,與對照組相比,疫苗組和靈芝蓋多糖組能夠有效促進(jìn)CD3+CD4+、CD3+CD8+細(xì)胞的擴(kuò)增。尤其是靈芝蓋多糖組,CD3+CD4+、CD3+CD8+T細(xì)胞比率分別增加了9.8 倍和4.3 倍,CD4+/CD8+比例明顯升高,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)體細(xì)胞免疫性能增加[15]。由于CD4+和CD8+T 細(xì)胞具有免疫激活功能的細(xì)胞亞型主要分泌INF-γ 細(xì)胞因子,因此采用INF-γ 抗體進(jìn)行雙標(biāo)記,確定CD4+和CD8+細(xì)胞亞型,根據(jù)熒光統(tǒng)計計數(shù)確定亞型含量(圖3),該結(jié)果表明具有免疫促進(jìn)功能的Th1 亞型CD4+T 細(xì)胞和Tc1 亞型CD8+細(xì)胞數(shù)量占絕對優(yōu)勢,并且與疫苗對照組相比,在兩次疫苗免疫前喂食不同劑量靈芝蓋多糖,顯著增加Th1 亞型CD4+T 細(xì)胞和Tc1 亞型CD8+細(xì)胞,說明靈芝多糖輔助疫苗促進(jìn)了機(jī)體免疫功能[16]。
圖3 荷瘤小鼠脾臟淋巴細(xì)胞測定結(jié)果(n=5)Fig.3 Spleen lymphocyte evaluation of tumor bearing mice (n=5)
免疫器官是免疫系統(tǒng)的重要組成部分,脾臟是十分重要的外周免疫器官,是免疫細(xì)胞居住和產(chǎn)生應(yīng)答的部位[17]。H&E 染色是通過觀察各種組織和細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行病變判斷和研究的重要手段[18]。對脾臟進(jìn)行HE 染色處理,利用顯微鏡進(jìn)行觀察,考察靈芝蓋多糖組小鼠的脾臟組織形態(tài),進(jìn)一步分析靈芝蓋多糖輔助DNA 疫苗的免疫促進(jìn)作用,結(jié)果見圖4。圖4a 模型組脾臟紅、白髓分界模糊、紅髓相對較少,脾小體形態(tài)結(jié)構(gòu)不完整,脾小體出現(xiàn)黏連、周圍邊緣區(qū)域不完整。靈芝蓋多糖組(圖4c),脾臟結(jié)構(gòu)變得清晰,紅髓增加,脾小體結(jié)構(gòu)完整,黏連減少,脾臟改善效果優(yōu)于DNA 疫苗組。該結(jié)果表明,靈芝多糖具有促進(jìn)DNA 疫苗免疫增強(qiáng)的作用。
圖4 脾臟H&E 染色的代表性結(jié)果Fig.4 Representative results of H&E staining of spleen
相對傳統(tǒng)疫苗而言,DNA 等核酸疫苗具有設(shè)計方便、安全性好等優(yōu)點(diǎn),是腫瘤治療的前沿技術(shù)。然而,DNA 疫苗在臨床過程中免疫應(yīng)答效率尚不足。本研究提取分離了靈芝蓋、柄、托各部位多糖,發(fā)現(xiàn)多糖結(jié)構(gòu)和分子質(zhì)量存在差異,蓋多糖分子質(zhì)量最小,對小鼠的免疫增強(qiáng)最大。因此,選取靈芝蓋多糖作為輔助試劑,在HER2/neu 質(zhì)粒DNA 首次免疫之前,喂食小鼠3 d 后,DNA 疫苗體液免疫指標(biāo)和細(xì)胞免疫指標(biāo)均有明顯的提升,小鼠體質(zhì)量略有增加、腫瘤體積減小,說明腫瘤生長被抑制,T 細(xì)胞表型和亞型分析結(jié)果表明,靈芝多糖進(jìn)一步促進(jìn)了疫苗的細(xì)胞免疫和體液免疫功能。該結(jié)果表明,靈芝蓋多糖能促進(jìn)小鼠對HER2/neu 質(zhì)粒DNA 疫苗的免疫應(yīng)答,本研究將為新型DNA 疫苗助劑的開發(fā)提供一定的理論參考。