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类风湿关节炎(rheumatoidarthritis,RA)是一种常见的慢性、全身性的炎性自身免疫病,其病因及发病机制尚不完全清楚,目前普遍认为细胞因子网络参与介导了整个病理过程。其中肿瘤坏死因子α(tumornecrosisfactor-alpha,TNFα)是最重要的炎症因子之一,它是巨噬细胞/单核细胞活化后产生的一种多功能细胞因子,与包括类风湿关节炎在内的众多自身免疫疾病密切相关。近年来以生物技术手段阻断TNFα与其受体的信号传导,在缓解和改善类风湿关节炎临床症状方面取得了明显的效果。这些药物主要是蛋白类药物,其中最成功的为Enbrel(即可溶性Ⅱ型肿瘤坏死因子受体:IgG1Fc融合蛋白,sTNFRⅡ:Fc)。但这类蛋白药物均为系统给药,价格昂贵且需长期使用,给患者带来了沉重的经济负担。而基因治疗则具有诸如在体内长期表达治疗基因、给药间隔长、局部给药可提高病灶药物浓度等优点,己成为极具应用前景的类风湿关节炎新型生物技术治疗手段之一。
重组腺相关病毒/肿瘤坏死因子受体:IgG1FC融合基因(rAAV/TNFR:Fc)是新近研发的以TNFα为靶位的拟用于RA基因治疗的药物,是通过基因重组将肿瘤坏死因子Ⅱ型受体胞外区结构域的cDNA与IgG1Fc段的cDNA连接,形成TNFR:FC融合基因,并以重组2型腺相关病毒(rAAV2)作为载体构建而成的基因治疗产品。通过关节腔注射rAAV2/TNFR:Fc,使其转染关节滑膜细胞,能使可溶性融合蛋白TNFαR:Fc在关节局部持续表达,结合TNFα从而降低TNFα的水平,发挥对RA的治疗作用。
在已确证体外有效性的基础上,本研究采用佐剂性和Ⅱ型胶原性大鼠类风湿关节炎模型,分别进行了携带人TNFR:Fc和大鼠TNFR:Fc融合基因的2型重组腺相关病毒(rAAV2)对大鼠类风湿关节炎模型治疗作用的研究。
rAAV2/人TNFR:Fc(rAAV2/hTNFR:Fc)对佐剂性大鼠RA模型的研究并未观察到减轻炎症的药效作用,体内表达研究表明rAAV2/hTNFR:Fc可在大鼠肌肉表达但一周后迅速下降,同时血清中可测到抗-hTNFR:Fc融合蛋白的抗体,证实了人源性TNFR:Fc融合基因在大鼠体内的表达可以引起机体免疫应答,因此在后续实验中采用rAAV2/大鼠TNFR:Fc(rAAV2/rTNFR:Fc)于AIA及CIA上进行类风湿关节炎的治疗研究。
体内表达研究表明,携带绿色荧光蛋白报告基因(GFP)或rTNFR:Fc基因的rAAV2载体可在大鼠肌肉、关节滑膜介导外源基因的表达,其中rAAV2/rTNFR:Fc在肌肉的表达可持续13周以上,在踝关节的表达可持续60天以上。
rAAV2/rTNFR:Fc对佐剂性大鼠关节炎模型,无论是造模同时给药还是模型成功后给药均未表现出明显的抗炎作用,而rAAV2/rTNFR:Fc对Ⅱ型胶原性大鼠关节炎模型表现出了明显的治疗作用。结果表明,rAAV2/rTNFR:Fc造模同时单侧踝关节给药各剂量组、肌肉给药组均可以不同程度改善大鼠的关节炎症,炎症缓解效果与剂量呈一定相关性,rAAV2/rTNFR:Fc单侧关节给药组表现出局部给药全身抗炎的作用,其中中剂量(3×1010vg)、高剂量(9×1010vg)组均表现出与肌肉给药(1.2×1012vg)组同样的治疗效果。与模型对照组比较,各给药组大鼠关节炎症评分下降;免疫组化结果表明关节给药各组滑膜均有治疗基因表达;病理结果表明各治疗组关节腔内滑膜增生、炎性细胞浸润程度减轻,修复增生的血管翳、肉芽组织减少;与模型对照组相比,治疗组大鼠脾细胞体外增殖能力、脾细胞体外培养上清一氧化氮含量均明显降低(P<0.05),说明给药组大鼠脾脏的激活与致敏状态得到一定程度缓解。ELISA检测发现治疗组大鼠踝关节腔内TNFα,IFNγ含量下降,IL-10含量上升,推测各治疗组大鼠的踝关节局部Thl/Th2平衡趋于恢复,紊乱的细胞免疫机制得到一定程度缓解。
本研究还对rAAV2/TNFR:Fc基因治疗的生物分布进行了初步探讨。大剂量关节腔注射rAAV2/hTNFR:Fc及rAAV2/rTNFR:Fc后,采用实时荧光定量PCR方法分别检测了给药结束,给药一个月,给药三个月后rAAV2/TNFR:FcDNA的组织分布,结果显示rAAV2/TNFR:Fc在给药部位的关节滑膜中持续存在且含量最高,此外在脾脏及淋巴结中有少量分布,随着时间的延长逐渐消失。其他脏器给药后24h及给药后1个月时,偶见个别动物有少量分布,在给药后三个月时均已检测不到。说明局部应用rAAV2/TNFR:Fc能够降低药物的全身性分布。为rAAV2/TNFR:Fc治疗类风湿关节炎的临床应用打下了基础。