为了测试靶向MUC1的免疫疗法,在人黏蛋白1(MUC1)转基因小鼠中建立了由N-丁基-N-(4-羟丁基)亚硝胺诱导的膀胱癌模型。给予MUC1靶向多肽疫苗后,通过检测血清细胞因子水平和T细胞特异性活性,证实了针对MUC1的细胞毒性T淋巴细胞反应。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
为了测试靶向MUC1的免疫疗法,在人黏蛋白1(MUC1)转基因小鼠中建立了由N-丁基-N-(4-羟丁基)亚硝胺诱导的膀胱癌模型。给予MUC1靶向多肽疫苗后,通过检测血清细胞因子水平和T细胞特异性活性,证实了针对MUC1的细胞毒性T淋巴细胞反应。
为评估免疫治疗和/或细胞毒化疗的效果,建立了人黏蛋白1(MUC1)转基因(MUC1.Tg)小鼠的侵袭性膀胱癌临床前模型。为诱导膀胱癌,对C57BL/6小鼠(MUC1.Tg和野生型)以3.0 mg/天、每周5天的剂量经口给予致癌物N-丁基-N-(4-羟丁基)亚硝胺(OH-BBN),持续12周。为评估OH-BBN在肿瘤发展过程中对血清细胞因子谱的影响,分别在处理前及之后每四周通过下颌下静脉采血收集全血。此外,每周对各组小鼠给予MUC1靶向肽疫苗或安慰剂,持续八周。在肿瘤发展期间及疫苗接种后,采用多重荧光微球免疫分析法检测血清细胞因子水平。实验终点时,进行干扰素γ(IFN-γ)/白细胞介素-4(IL-4)ELISpot分析以评估MUC1特异性T细胞免疫应答,并对肿瘤类型和分级进行组织病理学评价。结果显示:(1)MUC1.Tg小鼠和野生型小鼠中膀胱癌的发生率均为67%;(2)移行细胞癌(TCC)与鳞状细胞癌(SCC)的发生比例为2:1;(3)炎症性细胞因子水平随肿瘤发展时间逐渐升高;(4)给予肽疫苗可诱导Th1极化的血清细胞因子谱并引发MUC1特异性T细胞应答。所有MUC1.Tg小鼠的肿瘤均呈MUC1表达阳性,且MUC1.Tg小鼠和野生型小鼠中半数肿瘤具有侵袭性。综上所述,通过药理学家、免疫学家、病理学家和分子生物学家的协作,我们成功构建了一种免疫系统完整的表达hMUC1的转基因膀胱癌小鼠模型。
膀胱癌是第四大常见癌症,也是美国男性癌症死亡的第八位主要原因。在美国,预计2013年男性和女性中膀胱癌新发病例总数约为72,500例,死亡病例约为15,000例1。膀胱癌的发病率在男性中约为女性的三倍。在美国,移行细胞癌(TCC)占所有病例的90%以上,而鳞状细胞癌(SCC)的发病率低于2%2。乳头状TCC的总体5年相对生存率为91.5%,而SCC仅为30.9%2。尽管在诊断时非浸润性乳头状TCC约占病例的75%,但即使经过治疗,仍有超过50%的患者在5年内出现复发,其中高达30%的患者会进展为肌层浸润性膀胱癌3,4。非肌层浸润性膀胱癌的典型治疗方案包括经尿道膀胱肿瘤切除术(TUR),随后进行膀胱内化疗。对于高级别Ta或T1期肿瘤患者,可在化疗前再次行TUR3,4。对于低级别Ta期复发或高级别Ta或T1期病变患者,可采用TUR联合辅助化疗或免疫治疗,后者通常使用卡介苗(Bacillus Calmette-Guerin, BCG)3,4。研究表明,与膀胱内使用丝裂霉素C相比,膀胱内灌注BCG在延缓复发时间方面更具优势5。对于T2期肌层浸润性膀胱癌,推荐治疗方案为根治性膀胱切除术,可选择性联合新辅助化疗3。在SCC患者中,根治性膀胱切除术似乎是目前最有效的治疗方法6。鉴于现有最佳治疗手段下复发率仍然极高,显然迫切需要开发更有效的新疗法来应对膀胱癌。
拓展膀胱癌的新型免疫疗法是一种可能有助于延长无病生存期的策略。历史上,卡介苗(BCG)一直是膀胱癌唯一有效的免疫疗法。其作用机制被认为通过提高白细胞介素-2(IL-2)和γ-干扰素(IFN-γ)水平,非特异性地诱导T辅助细胞1型(Th1)免疫反应4。在癌症免疫治疗中,细胞免疫(即Th1免疫)至关重要,因为体液免疫(即Th2免疫)从未被证明对实体瘤有效,仅针对生长因子受体的抗体例外7。为了在BCG单药治疗的基础上进一步提升疗效,曾开展了一项II期临床试验评估IFN-α 2B与BCG联合免疫治疗,但结果尚不明确8。膀胱癌免疫治疗的另一种替代策略可能是靶向肿瘤相关抗原(TAAs),这类抗原的发现使癌症免疫治疗更具特异性7。
一种这样的肿瘤相关抗原是黏蛋白1(MUC1),它是一种在多种上皮细胞癌中过度表达的细胞表面糖蛋白,例如膀胱癌、乳腺癌、肺癌和胰腺癌9,10。在癌变过程中,MUC1的表达和修饰也发生了显著改变,导致糖基化不足,从而暴露出肽链核心中称为串联重复序列可变数目(VNTR)的抗原性氨基酸序列。尽管MUC1是一种自身分子,但由于正常情况下其VNTR优势表位区域被广泛的糖基化所遮蔽,这些区域通常不会暴露;因此,免疫系统将其识别为外来物质11,12。特异性识别MUC1表位的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)已从乳腺癌患者的肿瘤引流淋巴结13以及多发性骨髓瘤患者的血液和骨髓中分离得到14,15,这使得MUC1成为细胞免疫应答的潜在靶点。CTL可识别低糖基化形式MUC1中的免疫优势VNTR区域,从而导致肿瘤细胞的破坏16-19。然而,机体对癌变MUC1的天然细胞和/或体液免疫应答通常不足以清除肿瘤。为了增强针对MUC1已存在的微弱免疫反应,可通过疫苗接种引入合成的免疫优势肽段,以诱导足够强的CTL反应,从而产生临床获益18,20。已有研究表明,MUC1脂质体疫苗可提高肺癌患者的生存率21,22,诱导能够杀伤MUC1阳性肿瘤细胞的CTL,并引发Th1极化的细胞因子反应23,24。由于膀胱癌中MUC1表达水平较高9,11,25,因此是测试靶向MUC1免疫治疗的合理候选对象26,27。此外,MUC1在膀胱癌中具有作为预后因子的潜力28,其在移行细胞癌(TCC)中的表达与肿瘤分期和分级显著相关,且已发现转移性TCC仍持续表达MUC129。
为了评估靶向MUC1的免疫疗法在膀胱癌中的潜在应用价值,我们建立了一种免疫系统完整的、在C57BL/6近交系背景上携带人源MUC1(hMUC1)表达的转基因(MUC1.Tg)膀胱癌小鼠模型30。人源MUC1在其自身启动子的调控下作为自身蛋白表达,其组织表达模式与人类中观察到的情况一致30,31。通过给予已知的膀胱致癌物N-丁基-N-(4-羟丁基)亚硝胺(OH-BBN)32诱导小鼠成瘤,随后对所形成的肿瘤进行hMUC1表达情况以及肿瘤类型和分级的评估。为评估致癌物在肿瘤发生过程中对Th1/Th2细胞因子水平的影响,定期采集血清样本进行多重分析。随后,对小鼠给予靶向MUC1的多肽疫苗治疗,并通过多重荧光微球免疫分析法和ELISpot检测血清细胞因子水平及免疫应答反应。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
所有动物研究和实验均在加州大学戴维斯分校机构动物护理和使用行政咨询委员会批准的协议下进行。
1. MUC1.Tg 小鼠的繁殖与传代
2. 研究设计
3. 分子生物学/蛋白质印迹
以下实验步骤采用标准Western Blot方法检测小鼠膀胱肿瘤组织中MUC1的表达情况(数据未显示)。
4. 多重荧光微球免疫测定
5. 干扰素-γ/白细胞介素-4 ELISpot 制备与分析
6. 免疫组织化学(IHC)与苏木精染色 & 伊红(H&E) 染色
7. 统计学方法
对于多重荧光微球免疫分析,采用双尾Student t检验比较治疗组与对照组之间血清细胞因子浓度的平均值。对于ELISpot实验,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较培养基对照组、随机肽组和肽段处理组之间的斑点形成细胞集落。使用Dunnett多重比较检验以降低假阳性结果的可能性。所有分析中,p值≤0.05被认为具有显著性差异。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
在膀胱癌中,对新型免疫疗法及其联合方案进行临床前评估需要建立合适的动物模型。在我们的转基因小鼠模型中,使用化学致癌物OH-BBN诱导后,小鼠出现膀胱癌的比例较高,且以移行细胞癌(TCC)为主,部分为鳞状细胞癌(SCC),这与人类膀胱癌的病理特征相似。为确定肿瘤组织学类型、MUC1表达状态以及对肽疫苗治疗的免疫反应,在OH-BBN诱导8周后(第28周),处死21只MUC1.Tg小鼠和18只野生型小鼠,采集血液、膀胱和脾脏组织(图1)。MUC1.Tg小鼠(14/21)和野生型小鼠(12/18)的膀胱癌发生率均为67%。苏木精-伊红(H&E)染色证实存在TCC和SCC,其中TCC占主导,比例约为2:1。在这些肿瘤中,我们观察到从低级别到高级别的非浸润性肿瘤,以及高级别的浸润性肿瘤。所有MUC1.Tg小鼠的膀胱癌标本经免疫组化(IHC)检测均显示MUC1表达阳性(图2)。需要注意的是,用于MUC1免疫组化检测的抗体可同时识别正常和癌变的人源MUC1蛋白。
在模型构建过程中,我们对第8至28周间的血清炎症性细胞因子水...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
在人源MUC1转基因小鼠中成功诱导出浸润性移行细胞和鳞状细胞膀胱癌,为免疫治疗的开发提供了一种临床前模型。免疫治疗研究需要采用自发性、免疫系统完整的模型,以便评估随着时间推移肿瘤进展所引发的炎症反应以及对免疫治疗所产生的免疫应答。在自发性肿瘤发展模型中,肿瘤微环境保持完整,肿瘤生长速率更具代表性,从而能够评估治疗的抗肿瘤效果。此外,可通过生物标志物对免疫系统进行测量和监测,进而评价治疗的有效性。
文献中描述的用于测试免疫疗法的其他荷瘤小鼠模型包括异种移植模型和移植模型。尽管这些模型使用方便,并已在癌症研究中被广泛采用,但在开展免疫治疗研究时仍需考虑一些重要局限性。异种移植和移植肿瘤均非自发形成,且其增殖所处的微环境不能代表肿瘤原始来源组织的真实情况。此外,异种移植和移植肿瘤的生长速度较自发性肿瘤更快,限制了对治疗免疫效应的研究时间。最重要的是,这些模型需要免疫系统受损的宿主。
除了我们的模型外,还有多种其他化学诱导的膀胱癌模型。例如,N-[4-(5-硝基-2-呋喃基)-2-噻唑基]甲酰胺(FANFT)和N-甲基-N-亚硝基脲(...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
DPV、GTW、SMG、CJK、AMG 和 GKH 宣称不存在利益冲突。MWD 是来自默克股份公司(Merck KGaA)资助项目的首席研究员,MW 为默克股份公司(Merck KGaA)的员工。
作者感谢加州大学戴维斯分校小鼠生物学项目为小鼠的繁育工作提供的支持。本研究获得了德国达姆施塔特默克公司(Merck KGaA)资助项目的资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| <强>试剂 | |||
| N-丁基-N-(4-羟基丁基)-亚硝胺(OH-BBN) | TCI America | B0938 | |
| 20 G 穿刺针 | Popper & Sons, Inc. | 7921 | 不锈钢 |
| 肽疫苗 | N/A | N/A | 研究性药物 |
| BD 微量采血管 | BD | 365957 | |
| 组织包埋盒 | Simport | M490-12 | |
| 10% 中性缓冲福尔马林 | Fisher Scientific | SF100-4 | |
| 裂解缓冲液 | 皮尔斯 | 87787 | |
| 蛋白酶抑制剂 &磷酸酶抑制剂混合物 | 赛默飞世尔科技 | 78444 | |
| Pierce BCA 蛋白检测试剂盒 | Pierce | 23225 | |
| 小鼠细胞因子20重检测试剂盒 | Invitrogen | LMC006 | |
| 磁性微球珠 | Luminex | MC100xx-01 | xx 是珠子区域 |
| 抗小鼠 TNF- 捕获抗体 | BD Pharmingen | 551225 | |
| 抗小鼠 TNF- 检测抗体 | BD Pharmingen | 554415 | |
| 抗小鼠IFN-捕获抗体 | Abcam | ab10742 | |
| 抗小鼠IFN-γ检测抗体 | Abcam | ab83136 | |
| PBS,pH 7.4 | Sigma | P3813-10PAK | |
| Tween-20 | Fisher | BP337-500 | |
| 测定缓冲液 | Millipore | L-MAB | |
| 细胞因子标准品 | 默克密理博 | MXM8070 | |
| 多屏高通量筛选96孔滤板 | Millipore | MSBVN1210 | |
| SA-PE | Invitrogen | SA10044 | |
| 100 微米尼龙组织筛 | BD | 352360 | |
| 脾细胞分离培养基 | Lonza | 17-829E | |
| TNF- /IL-4 ELISpot 板 | R&D Systems | ELD5217 | |
| 兔抗MUC1单克隆抗体 | Epitomics | 2900-1 | |
| 山羊抗肌动蛋白单克隆抗体 | Sigma | A1978 | |
| 抗兔 HRP 抗体 | Promega | W401B | |
| 山羊抗小鼠 HRP 抗体 | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | SC-2005 | |
| PVDF膜 | 伯乐(BioRad) | 162-0174 | |
| Mini Protean TGX 预制胶 | 伯乐(BioRad) | 456-1083 | |
| Muse计数 &与活力检测试剂盒 | Millipore | MCH100104 | |
| MUC1 抗体 | BD Pharmingen | 550486 | IHC 抗体 |
| 动物研究过氧化物酶试剂盒 | Dako | K3954 | 免疫组化染色 |
| <强>仪器与软件 | |||
| 密理博板真空装置 | Millipore | MSVMHTS00 | |
| Luminex Lx200 | Millipore / Luminex | 40-013 | 由Luminex制造,Millipore经销 |
| Luminex Xponent 软件 | Millipore / Luminex | N/A | 版本 3.1;随 Luminex Lx200 提供 |
| Milliple Analyst 软件 | Milliplex / VigeneTech | 40-086 | 版本 5.1 |
| Muse细胞分析仪 | Millipore | 0500-3115 | |
| Muse Software | 默克密理博 | N/A | 版本 1.1.0.0;包含在 Analyzer 中 |
| 体视显微镜 | Unitron | Z730 | |
| Graphpad Prism 软件 | Graphpad Software Inc. | N/A | 版本 5.1 |
| Mini Protean Tetra Cell 凝胶装置 | 伯乐(BioRad) | 165-8001 | |
| Trans Blot SD 转膜槽和 PowerPac 电源 | BioRad | 170-3849 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。