王中瑜
陽性脂質體(非病毒載體)介導的基因治療因其方法的簡單性,傳遞質粒的內在安全性,多次給藥產生的抗腫瘤作用的穩定性而備受研究者的青睞。如今許多研究表明,陽性脂質體與非編碼DNA形成的復合物(cationic lipid DNA complexes CLDC)能產生抗腫瘤作用。CLDC在全身或局部注射后可以引起細胞因子的釋放, 炎性細胞的聚集以及淋巴細胞的活化,從而產生非特異和特異的抗腫瘤免疫反應。也有研究報道CLDC經靜脈給藥后,在許多器官中可產生急性毒性反應,引起白細胞、血小板減少和轉氨酶升高。在CLDC的抗腫瘤和急性毒性反應作用中,細菌DNA中的非甲基化的CpG基序發揮了重要的作用。
許多研究都發現陽性脂質體與非編碼DNA復合物通過全身或者局部給藥可以抑制多種腫瘤在體內的生長,并延長荷瘤動物的生存期。
1.1 CLDC經靜脈給藥產生抗腫瘤作用 Dow等[1]采用尾靜脈注射法分別注射MCA-205、B16和CT26細胞建立肺轉移模型,然后靜脈給予陽性脂質體DNA(不編碼任何基因)復合物(CLDC),發現在這三種模型中肺轉移瘤的數量都明顯低于對照組,在CT26肺轉移模型中,CLDC治療組的生存期(35天)遠遠高于對照組(15天)。而單純脂質體或低劑量的DNA則沒有產生抗腫瘤作用。
Whitmore等[2]也通過實驗發現靜脈給與CLDC可以抑制小鼠皮下接種的C3纖維肉瘤的生長。
1.2 CLDC經腹膜內給藥產生的抗腫瘤作用 Lanuti等[3]研究發現經腹腔多次給予CLDC會抑制腹腔間脾瘤(AC29和AB12)生長,復合物不但可以延長荷瘤小鼠的生存期,而且可以保護小鼠免受下一次腫瘤的入侵。
關于陽性脂質體DNA復合物的抗腫瘤作用機制,研究者們作了多方面的探討,他們發現復合物在全身或局部注射后可以活化促炎癥反應,引起細胞因子的釋放,炎性細胞的聚集以及淋巴細胞的活化,從而產生了非特異和特異的抗腫瘤免疫反應。在這個過程中,細菌DNA中的非甲基化的CpG基序發揮了重要的作用。
2.1 免疫反應在CLDC抗腫瘤中的作用 CLDC產生的免疫反應有兩個階段,最初是一個即時產生的固有免疫反應,然后發展成一個獲得性免疫反應。前者以CD8+和NK細胞的產生為特征,可以使大部分腫瘤細胞被清除掉;而后者以產生腫瘤細胞特異的CTLs為特征,可以逐漸清除殘留的腫瘤細胞[1-5]。
2.2 非甲基化的CpG基序CLDC抗腫瘤中的作用 機體對CLDC反應的多樣性表明機體免疫系統的許多成分都被活化了,在這種活化效應中CLDC中的DNA尤其是DNA中的非甲基化的CpG基序可能起了主要作用[6-10]。
2.3 CLDC的直接抗腫瘤作用 哺乳動物DNA中的CpG二核苷酸大部分(60%~90%)被甲基化,這與完全缺乏甲基化CpG二核苷酸的細菌DNA形成對比,因此它們被用來研究非甲基化CpG在CLDC介導的抗腫瘤免疫反應中的作用[11-12]。
在靜脈給與CLDC24小時內,小鼠會出現昏睡,立毛等反應,這些反應提示CLDC對機體產生了一些不良的生理變化,而且這些反應高度依賴于CLDC的劑量,在劑量較低時,小鼠的這些反應通常很輕微,而且一兩天后就可以恢復正常;在劑量較高時,這些反應的發生率和致死率都很高。已有許多研究報道了CLDC經靜脈給藥在許多器官中產生的急性毒性反應[13-16]。
陽性脂質體與非編碼DNA復合物的抗腫瘤作用為腫瘤治療提供了一條新思路,但對其作用機制以及如何降低其毒副作用仍需進一步的研究。
[1]Dow SW,Fradkin LG,Liggitt DH,et al.Lipid-DNA complexes induce potent activation of innate immune responses and antitumor activity when administered intravenously[J].Immunol,1999,163:1552-1561.
[2]Whitmore M,Li S,Huang L,et al.LPD lipopolyplex initiates a potent cytokine response and inhibits tumor growth[J].Gene Ther,1999,6:1867-1875.
[3]Lanuti M,Rudginsky S,Force SD,et al.Cationic Lipid:Bacterial DNA Complexes Elicit Adaptive Cellular Immunity in Murine Intraperitoneal Tumor Models1[J].Cancer Research,2000,60:2955-2963.
[4]Pisetsky DS.Immune response to DNA in systemic lupus erythematosus[J].Isr Med Assoc,2001,3(11):850-853.
[5]Sakurai F,Inoue R,Nishino Y,et al.Effect of DNA/liposome mixing ratio on the physicochemical characteristics,cellular uptake and intracellular trafficking of plasmid DNA/cationic liposome complexes and subsequent gene expression[J].Control Release,2000,66(2-3):255-269.
[6]Krieg AM.The role of CpG motifs in innate immunity.Curr Opin Immunol[J].2000,12(1):35-43.
[7]Krieg AM.CpG motifs in bacterial DNA and their immune effects[J].Annu.Rev.Immunol.2002,20:709-760.
[8]Li S,Wu SP,Whitmore M,et al.Effect of immune response on gene transfer to the lung via systemic administration of cationic lipidic vectors.Am[J].Physiol,1999,276:L796-L804.
[9]Davis HL.CpG motifs for optimization of DNA vaccines[J].Dev Biol(Basel),2000,104:165-169.
[10]Suzuki Y,Wakita D,Chamoto k,et al.Liposome-Encapsulated CpG Oligodeoxynucleotides as a Potent Adjuvant for Inducing Type 1 Innate Immunity[J].Cancer Research,2004,64:8754-8760.
[11]Khazanov E,Simberg D,Barenholz Y,et al.Lipoplexes prepared from cationic liposomes and mammalian DNA induce CpG-independent,direct cytotoxic effects in cell cultures and in mice[J].Gene Med,2006,8:998-1007.
[12]Kamstock D,Guth A,Elmslie R,et al.LiposomeDNA complexes infused intravenously inhibit tumor angiogenesis and elicit antitumor activity in dogs with soft tissue sarcoma[J].Cancer Gene Therapy,2006,13(3):306-317.
[13]Tousignant JD,Gates,A.L,Ingram LA,et al.Comprehensive analysis of the acute toxicities induced by systemic administration of cationic lipid:Plasmid DNA complexes in mice[J].Hum.Gene Ther,2000,11:2493-2513.
[14]Loisel S,Le Gall C,Doucet L,et al.Contribution of Plasmid DNA to Hepatotoxicity after Systemic Administration of Lipoplexes Human Gene Therapy[J].2001,12:685-696 .
[15]Uyechi LS,Gagne L,Thurston G,et al.Mechanism of lipoplex gene delivery in mouse lung:binding and internalization of fluorescent lipid and DNA components[J].Gene Ther,2001 Jun,8(11):828-36.
[16]Tousignant JD,Zhao H,Yew NS,et al.DNA Sequences in Cationic Lipid:pDNA-Mediatedsystemic Toxicities[J].Human Gene Therapy,2003,14:203-214.