抗肿瘤的基因转录调控药物 发明领域：
肿瘤基因治疗药物
背景技术：
肿瘤的基因治疗是分子水平的特异的先进治疗方式，但由于基因分子大，进入细胞困难，病毒载体操作复杂，实施困难，距实际应用还有许多问题要解决，而decoy核酸策略是通过基因转录调控实现肿瘤基因治疗的新方法。decoy核酸是人工设计及合成的双链寡聚核苷酸，分子相对基因小得多，可与靶转录因子具有高亲和性，可进入细胞作为decoy顺式元件，通过抑制特异的转录因子和调控区域的结合，而改变基因的表达，以达到治疗肿瘤目的。但目前decoy核酸的研究仅仅限于为数不多的几种转录因子，如：CREB、NFkaapaB、E2F等。
AP-2是一种序列特异性的转录因子、DNA结合蛋白，可以结合的保守序列5’-GCCNNNGGC-3’，激活或抑制许多基因的表达，如：激活与外胚层起源的眼、面部、体壁、四肢和神经管的发育相关的基因，抑制MCAM/MUC18，C/EBP-alpha、C-MYC等基因，控制角质细胞特异性的基因表达，在由PKA和PKC介导的信号传导通路的基因应答中出现，因此AP-2是个具有重要生理功能的转录因子。
AP-2与肿瘤的发生、发展、演化具有密切关系，首先，在多种肿瘤细胞中异常表达的基因存在AP-2地结合，如：肝癌细胞HepG2中的APOB、BGP、GFAP等基因，在宫颈癌Hela细胞中的CREBP1、C-MYC、CYCB1、MT2A等基因，结肠癌、乳腺癌、淋巴癌、小细胞肺癌、角质细胞癌、神经胶质瘤、黑色素瘤的肿瘤细胞中的某些基因，显示出AP-2存在的广泛性及与肿瘤的相关性。其次，在25％-30％乳腺癌中存在C-ErbB-2基因的过度表达：，而正是由于C-ErbB-2基因上游增强子结合了AP-2因子而被反式激活所致，另外乳腺癌中原癌基因HER-2也由于其启动子上结合了AP-2后，反式激活产生了过度表达。在由TNT引起的乳腺癌细胞凋亡时，AP-2则是首先被清除或降解，说明AP-2是影响凋亡的因子。此外在多种肿瘤中，如：皮肤间皮瘤、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、神经胶质瘤、结肠癌、口腔肿瘤、卵巢癌、头颈部肿瘤，MnSOD的表达水平下降，通过试验研究证实：MnSOD(SOD2编码的基因)是一种肿瘤抑制因子，SOD2的失活与恶性表型相关，SOD2基因启动子上富含GC而缺乏TATA盒或CAAT盒，并含重叠的SP1和AP-2结合位点，SP1是SOD2转录必需而AP-2则相反，是SOD2的负调控因子，AP-2通过与SP1结合下调SOD2表达，在肿瘤细胞中，SOD2突变产生新的AP-2结合位点，促使AP-2结合增多，抑制SOD2的表达，导致MnSOD表达下降，另外AP-2还通过对金属硫蛋白酶基因MT2A，胶原蛋白酶基因CLASET的调控，在肿瘤的浸润和转移中起重要的作用。AP-2还与黑色素瘤的发展有关
由于AP-2转录因子在基因调控中的重要性及肿瘤的紧密相关性，可将AP-2蛋白作为药物靶点，AP-2蛋白家族具有螺旋-间隔-螺旋结构，家族成员间形成同源或异源二聚体再与DNA结合，结合位点的DNA保守序列是5’-GCCNNNGGC-3’，可以设计药物通过影响AP-2的DNA结合活性，来改变其调控的下游基因的表达，治疗肿瘤及其它疾病，以AP-2为靶的decoy核酸用于肿瘤治疗尚无报导，本发明的decoy核酸是通过与转录因子AP-2特异结合，从而抑制其与多种基因的启动子结合，调控下游基因群表达，抑制肿瘤细胞的增殖，这是一种潜在的肿瘤基因治疗药物。
发明内容：
本发明的目的之一是提供肿瘤基因转录调控药物，其特征是一系列含特异序列5’-SCCNNNVSS-3’(序列1)的由15-40个核苷酸组成的decoy核酸，可特异性结合转录因子AP-2。调控异常表达的下游基因，从而抑制肿瘤细胞的恶性增殖，达到治疗肿瘤的目的。
本发明的另一目的是提供含有本发明decoy核酸药物组合物。
本发明的另一目的是本发明decoy核酸用于制备抗肿瘤药物的用途。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
本发明提供的以AP-2为靶的decoy核酸药物是通过从生物信息数据库采集的相关序列数据信息，结合计算机辅助，进行decoy核酸药物设计，再经药物合成、纯化及检测合格，通过抗肿瘤药物体外试验筛选，并在动物体内验证其抑瘤效果而完成。
本发明的药物的设计是依据各种生物信息数据库，如：转录因子数据库TRANCFAC和凯基人类基因调控数据库、真核细胞启动子数据库EPD和蛋白质数据库SWISS-PROT和基因数据库GENEBANK等提供的各种相关序列结构，特别是转录因子AP-2特异结合的保守序列作为药物decoy核酸的参考序列，结合计算机辅助DNA设计软件及转录因子结合位点搜索软件，进行decoy核酸药物设计，使其易加强药物的稳定性及与靶因子AP-2的亲和力。
本发明的药物K200系列由能与转录因子AP-2结合的含一段特异序列SCCNNNVSS的15-40个碱基的寡聚核苷酸组成。此系列寡聚核苷酸可以是单链、双链中的任意一种，其分子可以存在发夹、假结、茎环、哑铃、十字结构中任意一种二级结构。核酸分子中具有硫基、甲基、酰胺基中任意一种基团修饰的磷酸二酯键。5’或3’端可以连接上胆固醇等脂溶性基团，以增加药物的透膜性。即凡是含有SCC NNN VSS的15-40个核苷酸的寡聚核酸都属于该药物发明包括的内容，既可以包括5’-NNNGCCNNNGGCNNN-3’序列(序列2)，也可以包括5’-NMKCCCSCNGGCGNN-3’序列(序列3)，还可以包括5’-NNHGCCBNVRGSNNN-3’(序列4)和5’-NNYGCCBNVGGCDNN-3’序列(序列5)的单链和双链核酸等等。更具体地可以包括药物200系列，如：药物K201是由31个核苷酸组成的序列6，药物K202是由22个核苷酸组成的序列7，药物K203由21个核苷酸组成的序列8，药物K204是由16对核苷酸组成的序列9，药物K205是由21个核苷酸组成的序列10，药物K206是由17对核苷酸组成的序列11，药物K207是由20对核苷酸组成的序列12，药物K208是由22个核苷酸组成的序列13，药物K209是由18对核苷酸组成的确良序列14，药物K210是由23个核苷酸组成的序列15，药物K211是由21个核苷酸组成的序列16，药物K212是由20个核苷酸组成的序列17，药物K213是由22个核苷酸组成的序列18，药物K214是由20对核苷酸组成的序列19，药物K215是由16对核苷酸组成的序列20，药物K216是由20个核苷酸组成的序列21，药物K217是由19个核苷酸组成的序列22，药物K218是由15对核苷酸组成的序列23，药物K219是由23个核苷酸组成的序列24，药物K220是由21对核苷酸组成的序列25，上述decoy核酸均属于本发明包括的内容。
上述20种K200系列decoy核酸药物经DNA全自动合成仪合成，硫代化修饰，用90％氨水于55℃处理15小时脱去保护基团，再经纯化和冻干而得。药物经HPLC分析纯度达95％。体外药效试验，用肺癌细胞A549和NCI-H460、肝癌细胞系SMMC-7721和Bel-7402，神经胶质瘤细胞系U251，乳腺癌细胞系MCF-7，鼻咽癌细胞系CNE，结肠癌细胞系HCT8。进行体外筛选试验，将细胞加入96孔培养板，用RPMI 1640完全培养液培养24h后，加入脂质体和上述decoy核酸组成的药物混合物，继续于37℃，5％CO2中培养48h。用MTT比色法测定细胞的成活率。筛选结果表明上述decoy核酸对这些肿瘤细胞都有不同程度的抑制作用，例如K201、K202、K207、K212、K217对肺癌细胞A549的抑制率超过50％，而K201、K202、K206、k207、K215、K217、K218对肝癌SMMC-7721的抑制率均超过50％。体内药效试验是采用人肿瘤细胞NCI-H460异植T细胞免疫缺陷裸小鼠为实验模型，decoy核酸K201与生理盐水配制成药物组合物，不同剂量组经静脉或瘤周给药20天，测量瘤体积及重量，计算药物对肿瘤生长的抑制率，结果证明药物在动物体内对肿瘤有显著的抑制作用。这些decoy核酸都可开发成为抗肿瘤药物。
本发明的优点：
本发明的药物的作用靶点——转录因子AP-2是个肿瘤治疗的新靶点，该靶点因参与多种基因的调控，影响基因表达，并且与肿瘤发生发展有密切相关性，是与众不同、极具开发价值的药物靶点。以此为药物靶点尚未见相关报导及发明。
作用于AP-2靶点的药物可以设计成多种选择，本发明采用decoy核酸策略，此类decoy核酸转录调控由于机理新颖，作用靶点特异清楚，药物序列是特异的，不同于其它转录因子的decoy核酸序列，体内外试验证明对肿瘤有明显的抑制作用，药效显著。与肿瘤的基因治疗药物相比，此种decoy核酸分子小，更适于成药，易操作实施。与反义核酸药物相比，因此双链结构比单链的反义核酸更药物在体内更稳定，用量也较少，靶点也完全不同，是全新药物。
因decoy核酸的核心序列在6～12个碱基对之间，链短易降解，双链不稳定，常温下易解链。无二级空间结构不易与蛋白结合，因而设计药物时需适当增加碱基，加长链长，增强稳定性及与转录因子AP-2的亲和性，其中以回文结构、发夹、十字、茎环、哑玲状等结构最佳，因此decoy核酸被设计成含有上述核心序列的15～40个碱基之间，可合成出单链，自交或杂交形成双链及其二级结构，因核酸在细胞内极易被核酸酶降解，因此需修饰保护，抗降解，提高稳定性。硫代修饰为较常用的方法。又因核酸不易进入细胞，因此可在序列任意一端或两端连接上脂溶性基团，如胆固醇等，或采用脂质体方法，增加其药物分子的透膜性和生物利用度。
综上所述，本发明所述的以转录因子AP-2为靶点的decoy核酸对肿瘤细胞均有抑制作用，在抗肿瘤药物开发上有相当大的应用前景，本发明的decoy核酸药物可以与药用载体合用，药用载体包括生理盐水等常用载体和缓冲液及脂质体、聚合物等，制成各种注射剂、口服的胶囊或片剂、滴剂、栓剂、外用涂剂等。并可以与化疗药物或放疗联合用药，协同提高药效。
附图说明：
图1：K200系列的decoy核酸对肺癌细胞A549和肝癌细胞SMMC-7721的生长抑制图
图2：K201 decoy核酸在人肺癌细胞NCI-H460异植裸鼠体内对肿瘤的生长抑制图
如图1所示：将肺癌细胞株A549和肝癌细胞SMMC-7721分别接种于96孔培养板，阴性对照组仅加培养基，空白对照组加入0.6μl/孔空脂质体，阳性对照组加入含脂质体及CRE的decoy核酸、其余实验组均加入0.6μl/孔脂质体和终浓度为200nM的不同decoy核酸，培养48小时后，MTT染色，酶标仪于λ490nm测定其OD值，并计算细胞存活率，以空白对照组数值为100％，作出细胞生长抑制图.。从图1中可见：CRE代表阳性对照组，其余的20组均为K200系列decoy核酸实验组，白色柱体代表肺癌细胞株A549，黑色柱体代表肝癌细胞SMMC-7721。实验结果显示这20组decoy核酸对肺癌细胞株A549和肝癌细胞SMMC7721均显示出不同程度的抑制作用，其中K201、K202、K207、K212、K217对肺癌细胞A549的抑制率超过50％，而K201、K202、K206、k207、K215、K217、K218对肝癌SMMC7701的抑制均超过50％。说明以转录因子AP-2为靶点的各序列K102系列decoy核酸在体外对肿瘤细胞有抑制作用，可以用于抗肿瘤。
如图2所示：将皮下接种人肺癌细胞NCI—H460的裸鼠分成四组，每鼠每日静脉注射药物，剂量分别为1.0mg/kg(图中标识为菱形)，5.0mg/kg(图中标识为方形)，10.0mg/kg(图中标识为三角形)，对照组为生理盐水(图中标识为圆形)。给药共20天，每5天测量肿瘤的体积，图3中横坐标代表给药天数，纵坐标代表肿瘤的体积，如图所示：静注生理盐水的对照组肿瘤体积增长迅速，而三个剂量的药物组的抑瘤率分别为59.51％、67.57％和73.51％。试验说明：本发明的药物KGCGS201 decoy核酸在动物体内有明显的抗肿瘤作用，可以发展成肿瘤治疗药物。
具体实施方式：
实施例1 K200系列decoy核酸药物的制备及分析
20种K200系列decoy核酸药物序列分别是：
药物K201：5’-CGCCCGCCGG CG CCCCAGGC GCCGGCGGGC G-3’(序列6)单链。
药物K202：5’-CGCCCGCGGCCGGCCGCGGG CG-3’(序列7)单链。
药物K203 5’-CTGACCGCCTGAGGCGGTCAG-3’(序列8)单链。
药物K204：5’-CTCGCCTGAGGCGTTAC-3’(序列9)双链。
药物K205：5’-CCTGTAGCCTGAGGCTACAGG-3’(序列10)单链。
药物K206：5’-CATCGCCCCGGGGCATC-3’(序列11)双链。
药物K207：5’-ACTGACCGCCCGCGGCCCGT-3’(序列12)双链。
药物K208：5’-CGCCCCGGGGCGGCCGCCCCGG-3’(序列13)单链，
药物K209：5’-ACGCCGGGGGCGGGGTCA-3’(序列14)双链。
药物K210：5’-GTGCCAGGGGCGGCCCCTGGCAC-3’(序列15)单链。
药物K211：5’-CCCCGCCCCTGAGGGGCGGGG-3’(序列16)单链。
药物K212：_5’-GCCGGGGCGGCCGCCCCGGC-3’(序列17)单链。
药物K213：5’-CCTCCTCCCCTGAGGGAGGAGG-3’(序列18)单链。
药物K214：5’-AATCTCCGCCCACCGGCCCTT-3’(序列19)双链。
药物K215：5’-CCCCGCCTCAGGCTCC-3’(序列20)双链。
药物K216：5’-GAAGGCCTGGCCAGGCCTTC-3’(序列21)单链。
药物K217：5’-GCGCGGGGCTGCCCCGCGC-3’(序列22)单链。
药物K218：5’-GGCCCCGGGCACGTG-3’(序列23)双链。
药物K219：5’-TGAGCGCGCCCGGGGCGCGCTCA-3’(序列24)单链。
药物K220：5’-TGGCCTGCGGCCAGAGGGCAC-3’(序列25)双链。
上述药物分别用Applied Biosystem 391 DNA合成仪合成并进行硫代化修饰，用90％氨水于55℃处理15小时脱去保护基，经反相柱(购自AmershamBiosciences)层析纯化并冻干而得白色粉末。经HPLC和毛细管电泳分析纯度达95％以上。质谱测序正确无误，硫代化程度合格后，-20℃保存。使用时灭菌水或生理盐水或磷酸盐缓冲液溶解成适当浓度，水浴加热至55℃-85℃，保持5分钟，然后在4-6小时内逐渐冷却至室温，使核酸形成稳定的发夹或二聚体结构，再置于4℃临时保存备用。
实施例2 K200系列20种decoy核酸对肺癌A549细胞和肝癌细胞SMMC7721的生长抑制
用含10％的新生牛血清及100U/mL青霉素、100μg/mL链霉素的RMPI1640培养液，置37℃、5％的CO2的培养箱培养，将生长状态良好的细胞经过胰酶消化，记数，接种于96孔细胞培养板中，每孔的细胞数量为10，000个，细胞置于37℃、5％CO2的培养箱培养过夜，在无血清的状态下，采用LipofectANINETM，并参照试剂盒说明书进行decoy寡核苷酸转染，decoy寡核苷酸的浓度为200nmol/L，每个浓度为4个孔，每孔总体积为100μL，并设置细胞对照孔，细胞对照孔内加入含相同浓度LipofectANINETM的RMPI1640培养液。转染5h后，换含10％的新生牛血清的RMPI1640培养基培养48h，然后用MTT的染色方法测定并计算细胞的增殖抑制率。分为阳性对照组、阴性对照组、空白对照组和20种K200系列的decoy核酸实验组，阴性对照组仅加培养基，空白对照组加入0.6μl/孔空脂质体，阳性对照组加入含脂质脂体及CRE的decoy核酸(序列是：5’-TGACGTCATGACGTCATGACGTCA-3’)、其余实验组均加入0.6μl/孔脂质体和终浓度为200nM的不同decoy核酸，以空白对照组数值为100％，作出细胞生长抑制图.。从图1中可见：CRE代表阳性对照组，其余的20组均为K200系列decoy核酸实验组的试验结果，这20种K200系列decoy核酸大多数对肺癌细胞株A549和肝癌细胞SMMC7721均显示出不同程度的抑制作用，其中K201、K202、K207、K212、K217对肺癌细胞A549的抑制率超过50％，而K201、K202、K206、k207、K215、K217、K218对肝癌SMMC7701的抑制率均超过50％。
实施例3 decoy核酸药物K201动物体内抗肿瘤药效试验
decoy核酸药物K201用生理盐水配制成适当浓度，置于4℃冰箱保存待用。
T细胞免疫缺陷裸小鼠(18～22g，6周，雌性，置于层流架中SPF条件饲养，自由摄取食物和水。将体外培养的肿瘤细胞接种于裸小鼠体内生长的第3代肿瘤作为瘤源进行试验，无菌条件下取生长旺盛的瘤源，以匀浆法制备成约1×107/ml细胞悬液，于裸小鼠皮下接种0.2ml/每鼠，接种24小时后，将裸鼠分成四组，给药组每日静脉注射药物0.1ml，剂量分别为1.0mg/kg，5.0mg/kg，10.0mg/kg，对照组为相应的生理盐水。待肿瘤可触及后，动态观察各组肿瘤的生长情况，每3天用游标卡尺测量各个肿瘤的大小，按下列公式计算肿瘤的相对体积：V＝L×W2×1/2，式中V为肿瘤的体积(单位为mm3)，L、W分别为瘤体最长和最短的的两个径(单位为mm)，并称体重一次。连续给药20天后，处死各组动物，剖取肿瘤称重。
裸鼠在用药7天内，给药组和阴性对照组相比，肿瘤的体积并无差别，从第8天开始就出现差异，第14天就两者就有明显的差异，从图2中可以看出不论何种剂量的给药组瘤体积增长缓慢而阴性对照组瘤体积增长迅速。1.0mg/kg组使瘤体积倍增30倍，5.0mg/kg组使瘤体积倍增24倍，10.0mg/kg组使瘤体积倍增20倍，生理盐水阴性对照组使瘤体积倍增74倍。三个剂量药物组的抑瘤率分别为59.51％、67.57％和73.51％。而且给药期间，所有的裸鼠的体重都呈增长趋势，随着肿瘤体积的增大裸鼠的体重增加，到了停止给药的时候，给药组的裸鼠体重与生理盐水阴性对照组的裸鼠体重相差不大，而且在给药期间给药组的裸鼠未见异常现象，这也说明药物的毒性非常小。
【序列表】
<110>南京凯基生物科技发展有限公司
<120>抗肿瘤的基因转录调控药物
<160>25
<210>1
<211>9
<212>DNA
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<223>n＝a或g或c或t，s＝g或c，v＝a或g或c，，转录因子AP-2所结合的DNA保守序列。
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<212>DNA
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<223>n＝a或g或c或t，根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计，
双链或单链用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
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nnngccnnng gcnnn 15
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<223>n＝a或g或c或t，s＝g或c，m＝a或c，k＝g或t，根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计，双链或单链用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
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nmkcccscng gcgnn 15
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<213>人工序列
<220>
<223>根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计的单链，用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
<400>21
gaaggcctgg ccaggccttc 20
<210>22
<211>19
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计的单链，用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
<400>22
gcgcggggct gccccgcgc 19
<210>23
<211>15
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计的双链，用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
<400>23
ggccccgggc acgtg 15
<210>24
<211>23
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计的单链，用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
<400>24
tgagcgcgcc cggggcgcgc tca 23
<210>25
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>根据转录因子AP-2所结合的DNA保守序列设计的双链，用以结合AP-2来调控相关基因表达，作为肿瘤基因治疗的药物。
<400>25
tggcctgcgg ccagagggca c 21