人源性抗FGF-2中和性抗體的篩選，表達及鑒定.pdf

1、目的和背景：
　　 FGF-2又稱為堿性成纖維細胞生長因子(FGF-2),是成纖維生長因子家族的一員,最早由Gospodarowicz(1974)從牛腦垂體中提取的一種對BALB/C 3T3細胞等有明顯促進生長作用的細胞因子。FGF-2有五種分子量,從18kD到34kD不等。所有的FGF-2異構體都缺乏信號肽,是通過一種現(xiàn)在還不十分清楚的機制分泌到細胞外的,其中18kD FGF-2在體內(nèi)分布廣泛,存在于中胚層及神經(jīng)外胚層來源的細

2、胞及多種腫痛細胞中,對這些細胞有促增殖分化功能,參與了胚胎發(fā)育、血管生成、損傷修復、神經(jīng)再生、腫瘤生長、組織纖維化等多項生理及病理過程。
　　 FGF-2的生物學效應,除對成纖維細胞和血管內(nèi)皮細胞具有顯著的促增殖作用外,還參與腫痛發(fā)生和發(fā)展,特別對腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移具有重要作用。有相當部分的腫瘤(如乳痛、結(jié)腸痛、甲狀腺癌、肺癌、膀胱癌、食道癌等)存在FGF-2的高表達(表2)。已知其作用環(huán)節(jié)主要有(1)FGF-2能促進表皮、內(nèi)皮細

3、胞再生,促進血管內(nèi)皮細胞分裂,誘導其從基膜中分離出來,以刺激內(nèi)皮細胞向腫瘤組織趨化運動,并形成管狀結(jié)構,還提高組織中血纖維蛋白溶解酶原激活因子類及誘導內(nèi)皮細胞產(chǎn)生其他蛋白酶,從而促進毛細血管的形成；(2)FGF-2能促進多種生長因子的分泌,如VEGF、HGF、FGF-1等,這些因子相互調(diào)節(jié),共同促進腫瘤的生長；(3)腫瘤細胞存在FGF-2受體的高表達,通常比正常細胞上FGF-2R高10倍以上,許多腫瘤細胞(如神經(jīng)膠質(zhì)瘤、橫紋肌肉痛、白血

4、病、肺痛、黑色素瘤、肝癌等)既表達FGF2又表達FGFRs,因此FGF2可直接作用于腫痛細胞,使腫瘤組織的各種蛋白酶及膠原酸分泌增加,從而加速腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移過程；(4)FGF-2還與腫瘤的耐藥性有關,增強腫瘤對藥物誘導的細胞凋亡的抵抗能力[20]。
　　 FGF-2與腫瘤腫瘤生長、轉(zhuǎn)移、耐藥有關,用抗體阻斷FGF-2的活性被認為是一種治療腫瘤的有效方法。已有多株抗FGF-2抗體體內(nèi)外抑制腫瘤試驗的報道。在多種動物體內(nèi),一株中和性

5、的的單抗(GD2)能抑制FGF-2或腫瘤組織誘導的血管新生。在大鼠體內(nèi)內(nèi)GD2能抑制骨肉瘤的生長。另一株單抗,3H3,能抑制十二指腸潰瘍的血管新生,從而延遲潰瘍的愈合,同時它還能抑制一種轉(zhuǎn)染的致瘤性細胞在裸鼠體內(nèi)的生長。Aonuma等制備了兩株中和性單抗,2G11和1E6,前者識別的是FGF-2的肝素結(jié)合位點,后者識別的是FGF-2與受體結(jié)合的位點,體內(nèi)實驗證實1E6能抑制腫瘤生長,而2G11不具備抗瘤作用。國內(nèi),謝慶祥等[7]通過建立

6、裸鼠皮下移植膀胱癌動物模型進行研究,發(fā)現(xiàn)FGF-2抗體治療組皮下瘤體積和重量比對照組均顯著減少,瘤組織中增殖細胞核抗原(PCNA)指數(shù)和微血管密度(MVD)也顯著降低,表明FGF-2抗體對膀胱痛的生長具有明顯抑制作用,其主要通過抑制膀胱痛細胞增殖和減少腫瘤血管形成的途徑而在荷痛裸鼠體內(nèi)發(fā)揮抗腫瘤作用。林衛(wèi)等觀察了FGF-2抗體對人卵巢癌細胞的增殖、卵巢癌腹腔移植瘤裸鼠的生存率和人卵巢癌移植瘤血管生成和腫瘤生長的影響。研究結(jié)果顯示,FGF

7、-2抗體能明顯抑制卵巢癌細胞的增殖,卵巢癌的生長和血管生成,并呈濃度依賴性,提示FGF-2單抗有望成為卵巢癌生物治療的新方法。本實驗室前期制備了19株鼠抗FGF-2單抗,通過體外實驗證實,其中三株抗體能夠誘導B16細胞凋亡,近期的體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)其中一株抗體能夠明顯抑制黑色素瘤的生長和轉(zhuǎn)移,延長荷瘤小鼠的生存期,同時與化療藥物順鉑、紫杉醇等聯(lián)合使用能夠明顯抑制黑色素瘤的生長,而對于那些對化療藥物耐藥的腫瘤抗FGF-2單抗能逆轉(zhuǎn)其耐藥性。

8、r>　　 這些報道證實在多種試驗條件下,抗FGF-2抗體能阻斷血管新生和抑制腫瘤生長。但這些抗體都是動物來源的抗體,用于人類疾病的治療存在半衰期短、血清病發(fā)生率高、易在人體內(nèi)產(chǎn)生抗體導致不能重復使用等弊。制備全人源性的抗FGF-2抗體,是克服上述弊端有效方法。
　　 人源性抗體的制備技術主要有三種,第一種是通過表面展示技術從人源性抗體庫中篩選人源性抗體,第二種技術是通過免疫轉(zhuǎn)入人免疫球蛋白基因的轉(zhuǎn)基因鼠來獲得針對特異抗原的人源

9、性抗體,第三種技術是通過細胞分選技術,從某些病人骨髓細胞或外周血細胞中篩選特異性針對某種抗原的B細胞或記憶性B細胞,通過某些技術如與人骨髓瘤融合或用EB病毒使其永生化,使得這些B細胞能在體外無限繁殖,從而分泌人源性抗體。這三種技術中第二種技術需要購買或構建轉(zhuǎn)基因小鼠,需要耗費大量財力和物力。第三種技術需要特殊病人的血細胞,并且需要獲得人源性雜交瘤或刺激B細胞的永生化,這些技術目前還不成熟。表面展示技術具有極強的篩選功能,將序列互不相同的

10、一組多樣化的抗體表達到細菌,酵母,病毒表面,得到抗體展示庫因此,利用其表型與基因型的統(tǒng)一以及易于擴增的特性,可很容易的從庫中篩選出針對某種特異抗原的抗體。
　　 從噬菌體抗體庫中直接篩選獲得高親和力抗體,其主要影響因素是抗體庫容量大小和抗體基因的成熟度,其多樣性要能保證有這種抗體存,并且在經(jīng)過擴增后具有被篩選出來所要求的拷貝數(shù),因此增加噬菌體抗體庫的庫容量尤其重要。根據(jù)已有報道,從大于109的大容量天然抗體庫中,往往可以得到高親

11、和力的抗體,無需進行抗體親和力成熟。本研究所用的抗體庫為經(jīng)過單載體細胞內(nèi)重組法(Lxop-cre定位重組系統(tǒng))兩次重組配對后的人源性大容量抗體庫,重組后庫容約為6×1010,沉淀濃縮后滴度約為1013cfu/ml,具有良好的多樣性,可以充分滿足篩選的需要,在獲得高親和力抗體以及進行抗體性能改造方面具有較強的優(yōu)勢。
　　 在抗體的進化過程中,基因突變并不是隨機發(fā)生于可變區(qū)內(nèi)的,而是傾向性的集中在CDR區(qū)的某些位置,即突變熱點,有多

12、種類型,其中研究較詳細的熱點類型有AGY/RGYW和TAY(R=A/G,Y=C/T,W=A/T)。這些位點也常常是位于和抗原直接結(jié)合的區(qū)域中。針對這類位點引入突變,相較于這類位點之外的區(qū)域?qū)⒏赡艿玫接H和力提高的基因工程抗體,而且可以通過構建小型的突變庫來實現(xiàn)。Ho等研究發(fā)現(xiàn),CDR區(qū)的突變熱點分為胚系熱點和非胚系熱點,只有突變胚系熱點才能提高抗體的親和力。
　　 方法
　　 1.利用固相篩選技術從大容量噬菌體抗體庫(6

13、×1010)中篩選能特異性結(jié)FGF-2的克隆,經(jīng)過三到四輪的洗脫篩選,將得到的陽性克隆通過酶切鑒定,可變區(qū)多樣性分析,基因測序和序列比對,確定能特異性結(jié)合FGF-2的序列正確的陽性克隆。
　　 2.將測序正確的陽性克隆的基因插入到原核表達載體pComb3XSS中,在低溫培養(yǎng)條件下,利用IPTG誘導scFv基因的可溶性表達,離心后收集菌體,PBS重懸后超聲破碎,收集破碎上清,通過SDS-PAGE,Western-blot,ELIS

14、A鑒定上清中抗體的特異性,通過競爭ELISA檢測者幾株scFv能否抑制FGF-2與其高親和力受體FGFR1的結(jié)合。
　　 3.將能夠抑制FGF-2與其高親和力受體FGFR1的結(jié)合的44克隆通過重疊延伸PCR構建成全長的人源性抗FGF-2抗體,插入到真核表達載體pIGG 中,構建成真和表達載體pIGG-44,利用轉(zhuǎn)染試劑FuGene HD轉(zhuǎn)染HEK293T細胞,進行真核可溶性表達,收集細胞培養(yǎng)上清,通過SDS-PAGE,Weste

15、rn-blot,ELISA鑒定上清中抗體的特異性,通過硫酸銨沉淀和蛋白G純化抗體,通過夾心ELISA測定抗體的濃度。
　　 4.表達的全長的人源性抗體通過體外細胞實驗驗證抗體的中和FGF-2的活性,通過血管內(nèi)皮細胞促增值實驗,遷移實驗和成管實驗驗證抗體對血管內(nèi)皮細胞的作用,通過腫瘤細胞增殖抑制試驗驗證抗體對腫瘤細胞的增值抑制作用,通過Hoechst 33258染色觀察抗體作用后腫瘤細胞細胞核的變化情況,來觀察細胞是否發(fā)上了凋亡。

16、
　　 5.對具有中和活性的44號克隆進行親和力成熟,利用基因比對從Genebank中搜索出與44號克隆序列最接近的抗體胚系基因序列,然后通過IMTG中的抗體可變區(qū)基因在線分析工具V-QUEST,找出重鏈胚系基因中CDR區(qū)的突變熱點,并與44號克隆進行比較,確定這些熱點在44號克隆重鏈CDR區(qū)中的位置,隨后我們通過定點突變對重鏈可變區(qū)CDR1區(qū)中的三個胚系熱點進行定點隨機突變,構建噬菌體抗體突變庫,通過三輪洗脫篩選,每輪逐漸增加

17、洗脫次數(shù)和減少包被的FGF-2的量來得到親和力提高的抗體突變株,將高親和力突變株進行可溶性表達后,通過異硫氰酸銨洗脫法測定抗體的相對親和力。
　　 結(jié)論
　　 1.通過對人源性噬菌體抗體庫的篩選得到了七株不同的人源性抗FGF-2抗體,經(jīng)過體外實驗證實其中一株抗體能夠中和FGF-2的多種生物學作用,如促血管內(nèi)皮增殖作用,促細胞遷移作用,內(nèi)皮細胞成管作用等,更為重要的此株抗體還能誘導神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞株U87MG的凋亡。

18、　　 2.通過胚系熱點突變使此株中和性抗體的親和力提高了4倍,與此同時也提高了抗體的中和活性,從而證實了胚系熱點突變提高抗體親和力的可行性。
　　 本研究的創(chuàng)新處:
　　 1.成功篩選到三株人源性中和性抗FGF-2抗體,其中一株的抑制FGF-2與其高親和力受體FGFR1結(jié)合的效果最好,通過細胞實驗證實此株抗體能夠中和FGF-2的多種生物學作用,為FGF-2抗體藥物研究奠定基礎。
　　 2.成功利用CDR區(qū)胚系熱