白介素-2研究进展

Strait Pharmaceutical Journal Vol 18 No．3 2006 白 介 素 一2研 究 进 展 郑建华(厦门伯赛基因转录技术有限公司 厦门 361003) 摘要： 白细胞介素一2是白细胞介素家族中的t-Jt-~员之一，它的生物学作用是以刺激T细胞增生为主，故又称T细胞生长因子，除此之外还 有其它重要功能。以重组白细胞介素一2(IL一2)为物质基础的肿瘤治疗研究，在近 2O年来一直都很活跃。本文对介素一2的结构、生物学功能，压国 内外相关研究作一介绍。 关键词 ：白介素一2，白介素 2受体，肿瘤治疗 ． 中圈分类号：R979．1 文献标识码：A 文章编号：1006—3765(2006)03—0001—03 Research Progresses of the Interleakin-2(IL一2) ZHENG Jian-hua(Xiamen Biosteed Gene Expression Tech．Co．Ltd，3 6 1 003 China) ABSTRACT： Interleukine一2 is fin important cytokine of interleukine family and it plays fin important role in the proliferation and differentiation of T—lymphocytes，as well as the regulation of the immune systems．In recent 20 years，the research of curing cancer basing on IL-2 was very active．Here will introduce some work on the structure and function of IL一2． KEY WORDS：IL一2；IL一2 receptor；Cancer-curing l 白介素一2的发现与命名 白介素一2(Interleukin一2，IL一2)是在研究 T细胞长时间生 长的条件下发现的。1976年 Morgan 等人用丝裂原(植物血 凝素(PHA)、刀豆蛋 白A(Con)A等)刺激 T淋巴细胞产生一 种因子，当时命名为 T细胞生长因子(TCGF)并于 1979年在 国家淋巴因子会议上正式命名为白细胞介素一2。 2 白介素一2的蛋白结构和理化性质 在体内白介素主要由活化的 I型辅助淋巴细胞 THI细 胞分泌，在白介素基因达的由 153残基组成的前体中，N端 2O个氨基酸残基组成信号肽，在分泌时被切除。天然人 IL一2 是一个 133个 氨基酸残基组成 的多肽，为分 子量大约有 15kDa的糖基化蛋白。等电点(PI)为 6．5～8．0，有 3个半胱氨 酸残基(Cys)，分别位于第 58、105和 125位。因此翻译后修饰 还包括 Thr位点的糖基化和在第 58位与第 105位残基形成 二硫键。糖基化与否对蛋白活性没有影响，而正确的二硫键对 活性是必须的，因此重组的IL一2通常将 125位游离的半胱氨 酸残基突变为丝氨酸或者丙氨酸，这样就有利于重组蛋白产 生正确的二硫键。 IL一2对热较稳定，56℃1h，37℃12h或 7O℃15min处理仍 保留活性，4℃可保存 1年以上，其活性在 pH2～9范围内保 持稳定。IL一2对蛋白酶敏感，对DNA酶、RNA酶和神经氨酸 酶不敏感。 3 白介素一2的来源及生物学活性 人的白介素一2产生细胞有末梢血淋巴细胞、脾细胞、扁 作者简介：郑建华，男 (1980一)。职称：助理师。联系 电话： l3O748OO433 桃腺细胞、骨髓细胞和人白血病来源的传代 jurkat细胞系。 白介素的生物学作用以刺激 T细胞增生为主，除此之外 还有其他重要功能如促 T细胞增殖；维护整个 NK细胞的活 化、分化和增殖，调节 NK细胞保持它的自然杀伤力；诱导细 胞毒性 T淋巴细胞产生和增殖；诱导淋巴因子活化淋巴细胞 产生；促 B细胞增殖分化作用；以及与其它 白介素等的协同 作 用 。 4 白介素一2与其受体 IL一2通过效应细胞膜上的IL一2受体发挥作用。IL一2受 体 (IL一2R)有 P55，P70，P64这 3个亚单位，分别命名为 IL一 2Ra(CD25)链，IL一2R13链(CD122)和IL一2R7链 。IL一2Ra链与 IL一2低亲和力结合，而且不具备信号传递功能；IL一2R7不单 独与 IL一2结合，只有在IL一2R的a、p和73者结合或 B和7结 合后才显示出与IL一2的高亲和性；信号传递功能与 B和 7有 关，更多的是与 7有关。 。3条链中 a链表达在静止 T细胞 中，B链表达在静止 T细胞、NK细胞、B细胞与前 T细胞中， 而且都在激活后显著提高表达水平 。 5 白介素一2的基因工程研究 1983年 Taniguchi首次成功 克隆 了人 的 白介 素一2的 cDNA使得 IL一2的大量生产和研究成为可能。 。目前利用 DNA重组技术，已经在大肠杆菌、酵母“ 、猴 C0S细胞和昆 虫细胞㈣中获得表达有活性 IL-2，目前人 IL-2已经全部采用 基因工程的方法生产。 9O年代初 IL一2在美国问世，1991年，中国科学院上海生 化研究所和军医医学科学院承接了“八五”重点攻关课—— 基因重组白细胞介素一2。中国科学院上海生化研究所根据在 ·】 ’ 维普资讯 http://www.cqvip.com 海峡药学 2006年 第 18卷 第 3期 表达质粒中PR与 PL正向串联与反向组合 ，其表达率基本相 同但加终止信号是有益的，且终止密码子与终止信号之间的 距离，以及 IL．2基因 3·端的长短，对表达效率影响很大，构 建了表达 IL·2的pLY-4质粒 ，表达水平可达 5O％，经纯化 后蛋白的比活性可以达到 1．6～2．2×1O 。此课题于 1994年 获一类新药证书．卫生部批准按照 GMP试生产，并在指 定医院进行临床试验，随后基因重组 白细胞介素一2通过卫生 部组织的第三期临床审定，首批获得正式生产文号。这是我国 继干扰素后第二个正式进入市场的基因工程高科技药品。 虽然以大肠杆菌作为宿主表达 IL-2取得了很大成功，但 是由于原核生物与真核生物之间的巨大差异，使得它的应用 受到了限制。从 1997年开始，发展了酵母细胞表达系统，特别 是巴斯德毕赤酵母 的应用使得 IL-2的品质进一步得到提 高。 。 进年来，虽然基因工程 IL一2应用于肝炎及某些癌症的治 疗已取得令人瞩目的成果，但大剂量、长时间用药对病人仍存 在一定的毒副作用，如发热、寒战、呕吐、头晕和毛细管综合征 等。因此有必要定向改造 IL·2的结构使其成为具有高活性、 低毒性的超级 IL一2或者具免疫功能的拮抗剂或部分拮抗剂。 如有报道的通过蛋白质工程技术将 125位Cys突变为Ala、18 位 Leu突变为 Met、19位 Leu突变为 Ser来提高蛋白的稳定 性和活性。 。而 15位突变为 Val和 26位突变为 Asp的改造 IL一2基本无生物活性却对 IL一2与受体结合有抑制作用，但拮 抗能力较低 ，是部分拮抗剂。 另外令人瞩目的研究方向还有IL·2的融合蛋白。中国科 学院上海生化研究所通过基因工程手段将 IL一2基因与毒素 基因连接起来构成融合基因，然后在原核中高效表达，得到 IL．2-PE(PE为绿脓杆菌外毒素)这样即以IL一2取代了毒素 中细胞识别结合区，从而重组毒素就不能与其它细胞结合，只 能 IL．2介导致含其专一受体的细胞相结合，再利用毒素的 杀伤作用达到治疗的 目的。1992年 Gillies等成功地表达了重 组抗神经节苷脂抗体(GD2)和 IL一2的融合蛋白 。随后国内 外都进行了大量的研究。 。融合蛋白表达成为了IL-2研究 的另外一条重要研究途径。 IL-2基因治疗药物，系从健康人细胞中获得人白细胞介 素 2基因 ，通过质粒的重组构建而成。它将人白细胞介素 2 基因转导至肿瘤细胞高效表达人白细胞介素 2，从而杀伤肿 瘤细胞。由于基因治疗仅处于临床试验阶段 ，国内外尚未有 基因治疗药品问世，但是相关研究也是近期的 IL一2的研究热 点。现在已有相当多的报道如：重组腺病毒人白细胞介紊“”、 白介素一2基因增强胞嘧啶脱氨酶基因“ 等。 6 白介素一2的化学修饰 对蛋白进行化学修饰后可以提高其抗酶消化的能力，延 长其在体内的作用时间，提高药效、并降低或消除其在体内的 免疫原性。对IL一2进行修饰的主要为 PEG，1992年有人利用 N一羟基丁二 酰胺 活化 PEG修饰 rIL·2，作用 时间提高 1O 倍n ，而且免疫原性下降，抗肿瘤性能提高，毒副作用有所降 低“ 。1994年 “ 和 1997年“ 及其后都有人用 PEG修饰 rIL一2得到生物活性基本不变而抗原性降低的修饰蛋白的报 ·2· 道 ；随后白介素一2的化学修饰研究与其它蛋白的化学修饰一 样成为了研究的热点。 除了PEG修饰外，其它改善 IL-2作用时间和效果的方 法也是研究的热点，如白细胞介素一2长循环脂质体“ 等。 7 白介素一2的临床应用 白介素一2是机体免疫调节网络中的核心物质，与其他细 胞因子有协 同和拮抗作用，共同完成机体免疫机能的平衡调 节作用；能刺激 NK细胞、CTL、LAK细胞的活化和增殖，也 能促使 T淋巴细胞、NK细胞产生干扰素、肿瘤坏死因子等。 所以在抗病毒、抗细菌感染和抗肿瘤等疾病治疗中能够进行 广泛应用 。 7．1 抗肿瘤治疗 在恶性肿瘤的发病机制中，由于免疫功能 低下肿瘤病人体内的 NK、CTL、LAK等杀伤细胞功能低下， 就不能正常地清除肿瘤细胞。而这些杀伤细胞的活化和增殖， 均是以白介素一2为基础的。当肿瘤病人的白介素一2含量较正 常的水平低时，就不能使 NK、CTL、LAK细胞活化和增殖， 肿瘤细胞逃逸得不到清除。此时必须提供外源白介素·2，帮助 病人完成免疫监视功能，这就是白介素～2治疗肿瘤的免疫学 基 础。 白介素一2治疗肿瘤在国内外均有很多报道。如何建平、 严婉英报道的将高剂量白介素一2(每次 100万～200万 IU)用 200mL生理盐水稀释后静脉滴注，或又 20mL生理盐水稀释 后腹腔注射 ，或用 5～10mL生理盐水稀释后瘤块局部注射。 并应用流式细胞仪检测 T淋巴细胞亚型和 NK细胞比值。17 例晚期恶性肿瘤中，CR0例，PR5例，MR4例，NC6例，PD2 例，有效率(CR+PR)为 29．4％。应用高剂量白介素一2后的 CD4 ／CD。 和 CD 的比值比应用前有所提高，经统计学处 理 尸