肿瘤防治研究  2014, Vol.41 Issue (4): 294-296.   PDF    
来源于成纤维细胞激活蛋白α的多肽疫苗FAPτ的抗肿瘤效应
衣艳梅1,杜 军2,陈 东1,唐雯莹2    
1.524023 广东湛江,广东医学院基础医学院组织学与胚胎学教研室;
2.中山大学药学院微生物与生化药学实验室
摘要目的了解来源于成纤维细胞激活蛋白α的多肽疫苗– FAPτ的抗肿瘤效应。方法 将抗原FAPτ与氟氏不完全佐剂混合均匀,在第1、14、21天于小鼠背部皮下多点注射进行免疫,于第17天给小鼠接种肿瘤细胞,记录小鼠肿瘤体积变化曲线及存活率曲线。肿瘤接种22天后对小鼠进行尾静脉取血并取脾脏分离脾脏淋巴细胞。ELISA检测小鼠血清内FAPτ抗体滴度;脾脏淋巴细胞体外经抗原FAPτ再次刺激,流式细胞仪检测CD8+T细胞内IFN-γ的产生。结果FAPτ免疫组小鼠肿瘤生长速度低于PBS对照组,存活率高于PBS对照组。FAPτ 免疫组小鼠血清内产生较高的抗体滴度;其脾脏CD8+T细胞内有更高水平的IFN-γ表达。结论多肽疫苗FAPτ能够有效激活机体的体液免疫应答和CD8+T细胞免疫应答,显示出较强的抗肿瘤活性。
关键词: FAPτ     多肽疫苗     抗肿瘤效应     免疫应答    
Anti-tumor Effect of Polypeptide Vaccine FAPτfrom Fibroblast Activation Protein α
YI Yanmei1,DU Jun2,CHEN Dong1,TANG Wenying2    
1.Department of Histology and Embryology,School of Basic Medical Science,Guangdong Medical College,Zhanjiang 524023,China;
2.Department of Microbial and Biochemical Pharmacy, School of Pharmaceutical Science,Sun Yat-sen University
AbstractObjective To detect the anti-tumor effect of polypeptide vaccine-FAPτ  from fibroblast activation protein α. Methods The antigen FAPτwas mixed uniformly with Freund’s incomplete adjuvant and then immunized in multiple locations on the back of mice on day 1, 14 and 21. Tumor cells were implanted into the mice on day 7. Curves of tumor volume change and mice survival were recorded. Murine serum and splenic cells were collected on day 22 after the implantation. Antibody titer of FAPτ was detected by ELISA. IFN-γ expression in CD8+T cells was detected by flow cytometer. Results The tumor growth rate was reduced while the survival rate was increased in mice immunized with FAPτ vaccine compared that in with PBS control group. Similarly, high level of antibody titer and IFN-γexpression in CD8+T cells were detected in mice immunized with FAPτ.Conclusion By activating humoral immune response and CD8+T cell immune response effectively, FAPτhas strong anti-tumor activity.
Key words: FAPτ     Polypeptide vaccine     Anti-tumor effect     Immune response    

0 引言

肿瘤和间质之间的相互作用是肿瘤发生侵袭 和转移的重要条件。肿瘤可分泌多种因子诱导间 质细胞活化,而活化的间质细胞又通过分泌细胞 因子和基质蛋白酶等促进肿瘤的增殖、浸润与转 移[1]。此外,相对于肿瘤细胞容易突变产生抗肿瘤 药物的耐药性,间质细胞还具有基因型相对稳定 的特质,因此选择这群细胞表面抗原为靶标,进 而切断间质对肿瘤细胞的支持促进作用,不失为 一种富有前景的肿瘤免疫治疗策略。

成纤维细胞激活蛋白α(fibroblast activation protein α,FAPα)是高表达于肿瘤间质成纤维细 胞表面的特异性标志物。FAPα是一种丝氨酸蛋白 酶,具有胶原酶和二肽酶的活性,通过参与肿瘤-宿主界面基质的降解和重建,对肿瘤的生长、浸 润和转移具有重要意义[2, 3]。近年来,FAPα作为一 种极具潜力的抗肿瘤靶标分子正备受关注。这是 因为:(1) FAPα在90%以上的上皮性肿瘤间质细胞 中恒定表达,正常组织仅限于胚胎及愈合创口; (2) FAPα阳性的间质细胞构成了50%~ 95%肿瘤基 质成分,靶位十分丰富;(3) FAPα阳性间质细胞主 要分布于肿瘤血管周围,这为以FAPα为靶标的肿 瘤免疫治疗能够有效阻断肿瘤组织血液供应提供了有利条件[4, 5]。在前期实验中,通过分子克隆的 方法我们制备了来源于FAPα的多肽FAPτ。本研 究重点探讨FAP?τ的抗肿瘤活性。 1 材料与方法 1.1 实验动物和试剂

SPF级4~6周龄BalB/c雌鼠,购自中山大学实验 动物中心,动物生产许可证[SCSK(粤)2004-0011]。 RPMI 1640,FCS购自美国Gibco公司;PECD8单抗、抗小鼠IFN-γ抗体、FITC-IgG二抗、 细胞固定穿孔试剂均购自美国Beckman Coulter 公司;HRP-二抗购自博士德;氟氏不完全佐剂 (FICA)、IL-2、BSA 购自美国Sigma公司;其余主 要化学试剂均为国产分析纯试剂。 1.2 SDS-PAGE 检测FAPτ纯度

取FAPτ结晶10 μg,3% SDS溶解,12% SDSPAGE分离,经考马斯亮蓝染色后观察其条带。 1.3 小鼠免疫及肿瘤测量

小鼠免疫及肿瘤测量方法见参考文献[6]1.3.1 疫苗制备

将FAPτ在PBS中充分研磨,加 入同体积FICA乳化均匀,每只小鼠0.2 ml。PBS对 照组则没有FAPτ,制备方法同上。 1.3.2 实验分组及动物免疫

BalB/c小鼠20只,随 机分为2组,每组10只,分别为:PBS对照组,FAPτ 免疫组。首次免疫FAPτ 每只300 μg,加强免疫使 用半量。各组动物分别于第1、14、21天时进行背部 皮下多点免疫,见图1。第2、3次均为加强免疫。

图1 小鼠肿瘤接种及免疫时限表Figure 1TTumor implantation and immune time table
1.3.3 肿瘤接种及测量

小鼠第二次免疫3天后,于 左侧第四对乳腺脂肪垫处,以105/100 μl的体积接种 4T1肿瘤细胞。当肿瘤长径达到3 mm以上时测其长径 a和短径b,按v=1/2ab 2算出肿瘤体积,绘制肿瘤体积 变化曲线并记录小鼠死亡情况。当小鼠肿瘤体积超过 3 000 mm 3时将小鼠颈椎脱臼法处死,结束实验。 1.4 小鼠血清中FAPτ抗体滴度检测 1.4.1 小鼠血清制备

肿瘤接种后22天,各组小鼠经尾 静脉取血200 μl左右离心,取上层血清,4℃放置备用。 1.4.2 间接ELISA法检测小鼠血清中抗体滴度

以 每孔50 ng FAPτ包被ELISA板,4℃过夜;2% BSA 4℃封闭过夜;被检血清以1∶1000依次倍比 稀释,37℃孵育1 h;HRP标记二抗1∶8 000稀释,室温孵育1 h;每孔0.2 ml TMB溶液室温避光作用 30 min;2 M H2SO4终止反应;酶标仪450 nm处测 定显色反应结果。 1.5 小鼠脾脏淋巴细胞制备及流式细胞仪检测

肿瘤接种后22天,取小鼠脾脏,制成单细胞 悬液,NH4Cl裂解去除红细胞,用含10%FBS的 RPMI1640培养液重悬,CO2 孵箱内培养。FAPτ5 μg/ml体外再次刺激,同时加入IL-2 300 u/ml,72 h 后,收集细胞,并分别孵育以下抗体,PE-CD8单 抗,抗小鼠IFN-γ 抗体,FITC-IgG二抗,行流式细胞 仪检测。 1.6 统计学方法

用统计软件SPSS 13.0对结果进行双尾t检验分 析,P< 0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 FAPτ纯度检测

FAPτ行SDS-PAGE分离并经考马斯亮蓝染色后显 示,其纯度达90% 以上,足可用于下一步实验,见图2

图2 FAPτ经SDS-PAGE分离结果示意图Figure 2FAPτ polypeptide detected by SDS-PAGE
2.2 FAPτ疫苗对4T1荷瘤小鼠肿瘤生长的影响

在肿瘤接种后30天内,FAPτ疫苗免疫组小鼠肿瘤 生长速度显著低于PBS对照组,其差异具有统计学意 义(P= 0.027),见图3。小鼠存活率记录曲线显示,FAPτ 疫苗免疫组小鼠存活率较PBS对照组高,见图4

图3两组小鼠的肿瘤体积变化图Figure 3Changes of tumor volume of two groups

图4荷瘤小鼠存活率示意图Figure 4Survival rate of tumor-bearing mice treated during experiment
2.3 ELISA检测小鼠血清中特异性抗体滴度

结果显示,与PBS对照组相比,FAPτ免疫组 血清检测到较高滴度的抗体产生,见图5

图5ELISA检测小鼠血清中FAPτ特异性抗体滴度Figure 5FAPτspecific antibody titer in murine serum detected by ELISA
2.4 流式细胞仪检测小鼠脾脏CD8 +T细胞内IFN-γ表达

结果显示,在FAPτ免疫组小鼠脾脏内检测到 约5.73%的CD8+T细胞表达IFN-γ,而PBS 对照组 约1.33%的CD8+T 细胞表达IFN-γ,见图6

图6流式细胞仪检测小鼠脾脏CD8+T细胞内IFN- γ表达水平Figure 6IFN-γ expression in splenic CD8+T cells detected by flow cytometer
3 讨论

目前以FAPα为基础的肿瘤疫苗大多是选取 FAPα全部氨基酸序列或其膜外蛋白区域的氨基酸 序列,其抗原体积较大,抗原表位过多容易引发 机体的非特异性免疫应答。与大分子蛋白相比,小分子多肽具有诱发高度特异性免疫反应,毒性 小和成本低,制备简易,便于商业化等优势[7]。因此,我们选取了FAPα ?内富含T细胞表位的多肽 FAPτ,研究其抗肿瘤效应。

Lee等[8]证实FAP?α表达于小鼠乳腺癌肿瘤间 质,在细胞株内不表达。本实验室也证实了同样 的结果,因此,选择4Τ1乳腺癌作为肿瘤模型。 实验证实,在小鼠肿瘤接种后6~30天FAPτ 疫苗 能够显著降低小鼠肿瘤生长速度,显示出较强的 抗肿瘤作用;然而,肿瘤接种30天后,FAPτ 疫 苗免疫组小鼠肿瘤生长速度与对照组差异逐渐变 小(图3),究其原因如下:从30天到实验记录 结束,由于小鼠的死亡逐渐增加,致使样本数减 少,每组小鼠间肿瘤体积误差增大;其次,随着 免疫时限的延长,免疫效价逐渐降低,加之FAPα 在4T1乳腺癌内表达丰度不高及4Τ1肿瘤的高侵袭 能力,导致两组间差异变小。

Loeffler等[9]构建了FAPαDNA口服疫苗,该疫 苗显著增加了肿瘤组织对化疗药物的摄取量,抑制 了肿瘤生长并延长了荷瘤小鼠的存活时间。该组[10] 进一步利用4T1乳腺癌小鼠模型证实FAPαDNA疫 苗对肿瘤的生长和转移的抑制作用主要是通过调节 肿瘤免疫微环境中的极性,即促进肿瘤组织内Th2 细胞向Th1细胞的转化来实现的。然而,在肿瘤杀 伤过程中起主导作用的是CD8 +T细胞。肿瘤免疫治 疗策略主要以激活CD8+T细胞免疫应答为中心,特 别是诱生肿瘤特异性的CTL [11]。本研究组制备的抗 原为不溶性颗粒抗原,在体内主要激活CD8+T细 胞,因此,除了体液免疫应答外,我们重点检测了 CD8+T细胞免疫应答,并证实FAPτ?免疫组较对照 组能够显著激活CD8+T细胞应答。

参考文献
[1] Mueller M, Fusenig NE. Friends or foes - bipolar effects of the tumour stroma in cancer [J]. Nat Rev Cancer, 2004, 4(11): 839-49.
[2] Chen WT, Kelly T. Seprase complexes in cellular invasiveness[J]. Cancer Metastasis Rev, 2003, 22(2-3): 259-69.
[3] Acharya PS, Zukas A, Chandan V, et al. Fibroblast activation protein: a serine protease expressed at the remodeling interface in idiopathic pulmonary fibrosis[J]. Hum Pathol, 2006, 37(3): 352-60.
[4] Monsky W, Lin C, Aoyama A, et al. A potential marker protease of invasiveness, seprase, is localized on invadopodia of human malignant melanoma cells[J]. Cancer Res, 1994, 54(21): 5702-10.
[5] Garin-Chesa P,Old LJ,Rettig WJ.Cell surface glycoprotein of reactive stromal fibroblasts as a potential antibody target in human epithelial cancers[J].Proc Natl Acad Sci USA,1990,87(18): 7235-9.
[6] Zeng J, Cai S, Yi Y, et al. Prevention of spontaneous tumor development in a ret transgenic mouse model by ret peptide vaccination with indoleamine 2,3-dioxygenase inhibitor 1-methyl tryptophan[J]. Cancer Res, 2009, 69(9): 3963-70.
[7] Offringa R, van der Burg SH, Ossendorp F, et al. Design and evaluation of antigen-specific vaccination strategies against cancer[J]. Curr Opin Immunol, 2000, 12(5): 576-82.
[8] Lee J, Fassnacht M, Nair S, et al. Tumor immunotherapy targeting fibroblast activation protein, a product expressed in tumorassociated fibroblasts[J]. Cancer Res, 2005, 65(23): 11156-63.
[9] Loeffler M, Krüger JA, Niethammer AG, et al. Targeting tumor-associated fibroblasts improves cancer chemotherapy by increasing intratumoral drug uptake[J]. J Clin Invest, 2006,116(7):1955-62.
[10] Liao D, Luo Y, Markowitz D, et al. Cancer associated fibroblast promote tumor growth and metastasis by modulating the tumor immune microenvironment in a 4T1 murine breast cancer model[J]. PLoS One, 2009,4(11):e7965.
[11] Rosenberg SA, Yang JC, Restifo NP. Cancer immunotherapy: moving beyond current vaccines[J].Nat Med, 2004, 10(9): 909-15.