技术领域
本发明属于生物医学技术领域，涉及一种单克隆抗体，特别涉及一种抗人IL-13Rα2单克隆抗体(FMMU-IL-13Rα2-7)的重链和轻链可变区，包括其氨基酸序列及其核苷酸序列。
背景技术
恶性肿瘤是危害人类健康的重大疾病，针对其的治疗手段目前仍处于研究和探索阶段。继传统的手术治疗、放疗、化疗和免疫治疗之后，以结合基因工程和蛋白质工程技术为代表的靶向抗体药物治疗正成为治疗肿瘤的新兴研究领域，受到基础医学和临床医学研究领域科研工作者的广泛关注。
人IL-13Rα2是特异性高表达于人神经胶质瘤、头颈部肿瘤、卵巢癌和肾癌等恶性肿瘤细胞表面的肿瘤特异性标志物，在恶性肿瘤的靶向治疗中发挥重要作用。人IL-13Rα2作为人神经胶质瘤、头颈部肿瘤、卵巢癌和肾癌等恶性肿瘤细胞的治疗靶点早在1988年已引起美国FDA的注意，该组织先后制备了针对人IL-13Rα2治疗靶点的药物IL-13-PE38和针对人IL-13Rα2的单链抗体ScFv-PE融合分子。尽管IL-13-PE38已在神经胶质瘤、头颈部肿瘤、卵巢癌和肾癌等恶性肿瘤细胞的治疗中取得了疗效并已被美国FDA批准进入临床I/II期治疗，但由于在治疗肿瘤过程中，IL-13-PE38不仅与肿瘤细胞表面特异性表达的人IL-13Rα2结合，它还可以与表达于正常组织细胞表面的IL-13Rα1结合，损伤正常组织和细胞。由于缺乏严格的靶向性，限制了IL-13-PE38的进一步应用。为解决针对人IL-13Rα2的特异性靶向问题，美国FDA应用噬菌体展示库技术获得针对人IL-13Rα2的单链抗体，进而构建IL-13Rα2(ScFv)-PE38真核表达载体并表达获得了人源化的IL-13Rα2(ScFv)-PE38抗体制剂，但后续研究发现该分子与人IL-13Rα2亲和力较低，需要大剂量使用才能达到有效的杀伤肿瘤细胞的效果。
抗体单体分子是由两条相同的重链(H链)和两条相同的轻链(L链)，通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。H链和L链包括氨基(N)端和羧基(C)端，靠近N端的可变区(V区)由高变区/互补决定区(HVR/CDR)和骨架区(FR)组成；靠近C端为恒定区(C区)。重链可变区(VH)和轻链可变区(VL)形成的蛋白质折叠是抗原结合部位，其中的CDR/HVR是抗体与抗原决定基互补结合的部位，C区引发抗原抗体识别后的反应。抗体根据FR/C区不同可分为人源、鼠源等，鼠源性抗体在人体内使用时具有免疫原性，易引起人体的免疫反应，这些免疫反应可引起对鼠源性抗体的清除以及免疫复合物介导的超敏反应。为了克服鼠源性抗体的缺陷，需要构建高亲和力的特异性的嵌合抗体、单链抗体或人源化抗体。
在构建人源化抗体过程中，采用噬菌体抗体库等技术获得的人源化抗体亲和力不高，使用剂量大。为提高抗体的亲和力，最为重要的是获得具有良好特异性和亲和力的鼠源性亲本抗体，克隆其轻链和重链可变区基因，然后将可变区基因克隆入相应载体构建相应的基因工程抗体重组DNA，表达基因工程抗体来实现人源化。因此，筛选出特异性分泌高亲和力鼠源性单克隆抗体的杂交瘤细胞克隆，从中克隆出高亲和力抗体的重链和轻链可变区基因，分析其氨基酸序列对进一步构建高亲和力和特异性的人源化基因工程抗体具有决定性的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高亲和力的抗人IL-13Rα2单克隆抗体的重链和轻链可变区，包括其基因及其氨基酸序列，为构建高亲和力的抗人IL-13Rα2嵌合或人源化基因工程抗体提供支持。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
(1)制备一组小鼠抗人IL-13Rα2单克隆抗体，从中筛选出具有高亲和力的抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7；实验证实该单克隆抗体能够特异性地结合人IL-13Rα2，所述的证实实验包括ELISA检测、流式细胞仪检测及病理切片免疫组织化学检测；
(2)克隆该单克隆抗体轻链和重链可变区基因；所述的单克隆抗体轻链和重链可变区基因序列分别如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示；
(3)获得该单克隆抗体轻链和重链可变区基因序列和氨基酸序列，确认该基因序列和相应蛋白序列的惟一性；所述的单克隆抗体可变区氨基酸序列如SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2所示，并分析出其CDR区；轻链的3个CDR序列分别为，CDR1：Gln-Ser-Leu-Val-His-Ser-Asp-Gly-Asn-Thr-Tyr，CDR2：Thr-Val-Ser，CDR3：Ser-Gln-Cys-Thr-His-Val-Pro-Phe-Thr；重链的3个互补决定区(CDR)序列分别为，CDR1：Gly-Tyr-Thr-Phe-Thr-Asn-Tyr-Trp，CDR2：Ile-Tyr-Pro-Gly-Asn-Asp-Asp-Ser，CDR3：Ala-Thr-Gly-Thr-Glu-Phe-Thr-Tyr。
(4)设计构建以人IL-13Rα2为靶点的基因工程抗体或疫苗。
本发明的技术效果：
本发明筛选出高亲和力抗人IL-13Rα2的单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7，并克隆出其轻链和重链可变区，测序后得到其独特的核苷酸序列，为构建具有良好药用价值的抗人IL-13Rα2嵌合抗体、单链抗体或人源化抗体奠定了基础。
附图说明
图1是抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7与胶质瘤细胞系U251表面人IL-13R α2结合的流式细胞仪检测结果图(FITC：异硫氰酸荧光素，横轴为细胞数，纵轴为荧光强度)；图1a为抗葡萄球菌肠毒素D(SED)单克隆抗体对照图，图1b为FMMU-IL-13Rα2-7单抗结果图。
图2是抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7与胶质瘤细胞系U87表面人IL-13Rα2结合的流式细胞仪检测结果图；图2a为SED对照图，图2b为FMMU-IL-13Rα2-7单抗结果图。
图3是抗人IL-13R α2单克隆抗体(FMMU-IL-13Rα2-7)检测胶质瘤石蜡切片中人IL-13Rα2表达的免疫组织化学染色图。
具体实施方式
下面对本发明作详细说明。
可变区基因的完整核苷酸序列，尤其是其功能性片段的核苷酸序列(如CDR等)以及抗体可变区的氨基酸序列，是嵌合抗体、单链抗体或人源化抗体构建的基础。为此，申请人用重组人IL-13Rα2免疫BALB/c小鼠，制备了一组小鼠抗人IL-13Rα2单克隆抗体，克隆并从中筛选出能分泌高亲和力人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7的杂交瘤细胞株，该株杂交瘤细胞具有稳定分泌抗体的能力。
克隆该单克隆抗体轻链和重链可变区基因；所述的单克隆抗体可变区基因序列如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示；获得该单克隆抗体轻链和重链可变区基因序列和氨基酸序列，确认该基因序列和相应蛋白序列的惟一性及其CDR序列；所述的单克隆抗体可变区氨基酸序列如SEQ ID NO.1和SEQID NO.2所示.
本发明具体按以下步骤实施
1小鼠抗人IL-13Rα2高亲和力抗体的制备
1.1单克隆抗体的制备、纯化
重组人IL-13Rα2分子委托武汉三鹰生物技术有限公司制备。
按单克隆抗体制备方法(细胞和分子免疫学实验技术第一版，P9-P17)，用重组人IL-13Rα2免疫BALB/c小鼠(购自第四军医大学实验动物中心)，制备一组小鼠抗人IL-13Rα2单克隆抗体，从杂交瘤细胞株FMMU-IL-13Rα2-1～14中选择能分泌高亲和力的抗人IL-13Rα2单克隆抗体，发现FMMU-IL-13Rα2-7杂交瘤细胞株分泌的抗体具有较高的亲和力及与细胞表面天然表达的人IL-13Rα2分子结合的能力。
按小鼠腹水制备方法制备腹水(细胞和分子免疫学实验技术第一版，P9-P17)。腹水经硫酸铵沉淀后，采用Protein A亲和层析法纯化。用SDS-PAGE鉴定纯化抗体的纯度，纯化的抗体FMMU-IL-13Rα2-7纯度达到95％。
1.2抗人IL-13Rα2单克隆抗体效价测定实验
用IgG亚类检测试剂盒(美国Sigma公司)分别检测制备的FMMU-IL-13Rα2-1～14单克隆抗体的IgG亚类，间接ELISA法(细胞和分子免疫学实验技术，第一版，P44-46)检测FMMU-IL-13Rα2-1～14杂交瘤细胞株的腹水效价。以重组人IL-13Rα2为抗原，检测FMMU-IL-13Rα2-1～14单克隆抗体在免疫印迹法(分子克隆实验指南，第二版，P888-P897)中结合抗原的能力。用流式细胞术(细胞和分子免疫学实验技术，第一版，P78-P89)检测FMMU-IL-13Rα2-1～14单克隆抗体识别高表达人IL-13Rα2的胶质瘤细胞系U251细胞上天然IL-13Rα2的能力。
腹水效价实验结果如表1所示，第7、14杂交瘤细胞株产生的腹水效价最高，为10-7，表明其与抗原亲和力很高；将上述两株单克隆抗体用于免疫印迹实验均得到阳性结果。但第14株杂交瘤细胞株不能在流式细胞术检测中获得阳性结果，表明其可能不能识别细胞表面的天然IL-13Rα2分子。而第7株杂交瘤细胞株则能够识别细胞表面的天然IL-13Rα2分子，利用其可变区制备的基因工程抗体更有可能与细胞表面的天然IL-13Rα2结合并进一步发挥生物学作用。
表1人IL-13Rα2单抗的效价鉴定
克隆号 亚类 腹水效价 免疫印迹 流式细胞术 1 IgM(κ) 10-4 - - 2 IgG1(κ) 10-6 + ++ 3 IgG1(κ) 10-6 + - 4 IgG1(κ) 10-5 + - 5 IgG1(κ) 10-6 + - 6 IgG1(κ) 10-6 + - 7 IgG1(κ) 10-7 + ++ 8 IgG1(κ) 10-6 - + 9 IgG1(κ) 10-5 + + 10 Ig2b(κ) 10-6 - + 11 IgG1(κ) 10-5 + - 12 IgG1(κ) 10-6 - ++ 13 IgG1(κ) 10-5 + ++ 14 IgG1(κ) 10-7 + -
1.3抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7与胶质瘤细胞系U251和U87表面人IL-13Rα2结合
采用间接免疫荧光染色法结合流式细胞术检测FMMU-IL-13Rα2-7单抗与胶质瘤细胞系U251和U87表面天然IL-13Rα2分子的结合能力(细胞和分子免疫学实验技术，第一版，P78-80)，以FMMU-IL-13Rα2-7为一抗，FITC标记羊抗小鼠抗体为二抗，流式细胞仪分析。如图1、2所示，与SED对照相比，FMMU-IL-13Rα2-7单抗与高表达人IL-13Rα2的胶质瘤细胞系结合能力明显增强，说明FMMU-IL-13Rα2-7单抗特异性识别胶质瘤细胞表面的IL-13Rα2分子。
1.4抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7检测胶质瘤切片中人IL-13Rα2的表达
以FMMU-IL-13Rα2-7单克隆抗体为一抗，用免疫组织化学方法(病理学技术，第一版，P367-372)检测FMMU-IL-13Rα2-7识别胶质瘤石蜡切片中人IL-13R α2的能力。如图3所示，可见FMMU-IL-13Rα2-7单克隆抗体可特异性识别胶质瘤肿瘤细胞表面的人IL-13R α2分子。
2人IL-13R α2mAb轻链和重链可变区基因的克隆
2.1FMMU-IL-13Rα2-7杂交瘤细胞的培养
按常规方法复苏(细胞培养，第一版，P88)FMMU-IL-13Rα2-7细胞，用含10％小牛血清的RPMI 1640培养基于37℃，5％CO2孵箱中培养。
2.2总RNA的提取和cDNA第一链的合成
用TRIZOL Reagent(购自美国GIBCO公司)，按说明书提取总RNA。cDNA第一链合成试剂盒购自Fermentas公司(美国)，按产品说明书进行反转录合成cDNA第一链。
2.3PCR法扩增FMMU-IL-13Rα2-7V L和FMMU-IL-13Rα2-7V H基因
PCR法扩增试剂盒购自Takara公司，以cDNA第一链为模板进行PCR。反应体积50μl，反应条件为：95℃30s，58℃1min，循环35次；VL、VH的正、反向引物核苷酸序列为：
VL F：gggga tatcc accat gaagt tgcct gttag gctgt tg
VL B：gcgcc gtcta gaatt aacac tcatt cctgt tgaa
VH F：tgagg agacg gtgac cgtgg tccct tggcc ccag
VH B：aggts marct gcags agtcw gg
(IUB标准兼并碱基代码：s:c/g；m:a/c；r:a/g；w:a/t)
2.4PCR扩增产物的克隆和筛选
PCR产物经1.5％琼脂糖凝胶电泳，用小量胶回收试剂盒(购自美国Axygen公司)回收抗体重链和轻链可变区片段，用pMD18T试剂盒(购自日本Takara公司)将该片段按说明书插入pMD18T载体中。转化E.coliXL-10(购自北京中国普通微生物菌种保藏中心)，用EcoR I和Sal I限制性核酸内切酶(购自Takara公司)消化法筛选重组阳性克隆(酶切得到400bp片段)。用双脱氧核酸末端终止法测定基因序列，由北京奥科生物技术有限责任公司完成，测定结果如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。
3FMMU-IL-13Rα2-7轻链和重链可变区的氨基酸序列及同源性分析
3.1确定测序无误后，在GenBank+EMBL+DDBJ+PDB数据库中，进行核苷酸序列同源性分析(Blastn)。
分析结果表明，FMMU-IL-13Rα2-7单抗轻链可变区基因与小鼠抗血红蛋白3C4单克隆抗体免疫球蛋白轻链可变区同源性最高，同源性为319/336，同源性百分比为94％，(见BLASTN 1，说明书第13页)；FMMU-IL-13Rα2-7单抗重链可变区基因与小鼠Ig μ链B2基因V-D-J1区同源性最高，同源性为319/355，同源性百分比为89％，(见BLASTN 2，说明书第14页)。
3.2将可变区基因翻译成氨基酸序列，如SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2所示。
在non-redundant Genbank CDS translations+PDB+SwissProt+PIR+PRF蛋白质数据库中，进行氨基酸序列同源性分析(Blastp)。
分析结果表明，FMMU-IL-13Rα2-7单抗轻链氨基酸序列与免疫球蛋白轻链可变区(gb|AAA85498.1|)同源性最高，同源性为107/112，同源性百分比为95％，(见BLASTP 3，说明书第15页)；FMMU-IL-13Rα2-7单抗重链氨基酸序列与小鼠抗独特性抗体重链同源性最高，同源性为105/117，同源性百分比为89％(见BLASTP 4，说明书第16页)。
编码FMMU-IL-13Rα2-7mAb的轻链和重链可变区的基因的核苷酸序列和氨基酸序列同源性分析结果表明未发现与本发明相同的基因序列。
3.3利用IMGT/V-QUEST分析可变区结构，确定CDR区。
将测序所得FMMU-IL-13Rα2-7抗体轻链和重链可变区序列，在IMGT/V-QUEST网站(http://imgt.cines.fr/IMGT_vquest/vquest)分析，得出其CDR区。
FMMU-IL-13Rα2-7抗体轻链CDR区：
CDR1：Gln-Ser-Leu-Val-His-Ser-Asp-Gly-Asn-Thr-Tyr
CDR2：Thr-Val-Ser
CDR3：Ser-Gln-Cys-Thr-His-Val-Pro-Phe-Thr
FMMU-IL-13Rα2-7抗体重链CDR区：
CDR1：Gly-Tyr-Thr-Phe-Thr-Asn-Tyr-Trp
CDR2：Ile-Tyr-Pro-Gly-Asn-Asp-Asp-Ser
CDR3：Ala-Thr-Gly-Thr-Glu-Phe-Thr-Tyr
4.基因工程抗体设计
基于抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7的表达、纯化以及序列分析，设计构建以下生物制品
(1)抗人IL-13Rα2单链抗体的构建
将本发明的单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7的轻链和重链可变区基因插入表达载体pCONTAB 5E中，获得的单链抗体基因转化表达菌株，通过诱导该基因的表达，制备对恶性肿瘤有潜在治疗作用的单链抗体。
(2)人源化抗体的构建
将本发明的单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7轻链和重链可变区的CDR区移植到人源可变区的FR中，形成CDR移植抗体(CDR-grafted antibody)也称重构抗体(reshaping antibody)或人源化抗体(humanized antibody)。利用CDR移植技术改造抗体，可以获得保持鼠源性亲本mAb的特异性，同时更加接近人抗体的新型抗体，用于制备对恶性肿瘤有潜在治疗作用的人源化抗体。
(3)根据本发明的基因序列及其编码的氨基酸序列，制备针对人IL-13Rα2功能表位的如人鼠嵌合抗体、Fab抗体、疫苗或其他生物制品。
抗人IL-13Rα2单克隆抗体FMMU-IL-13Rα2-7氨基酸序列及基因序列
<110>中国人民解放军第四军医大学
<120>一种抗人IL-13Rα2单克隆抗体的可变区
<160>4
<210>1
<211>112
<212>PRT
<213>人工合成
<400>1
Asp Val Leu Met Thr Gln Thr Pro Leu Ser Leu Thr Val Ser Leu Gly Asp Gln Ala Ser
1 5 10 15 20
Ile Ser Cys Arg Ser Gly Gln Ser Leu Val His Ser Asp Gly Asn Thr Tyr Leu His Trp
21 25 30 35 40
Phe Leu Gln Lys Pro Gly Leu Ser Pro Lys Leu Leu Ile Tyr Thr Val Ser Asn Arg Phe
41 45 50 55 60
Ser Gly Val Pro Asp Arg Phe Ser Gly Ser Gly Ser Gly Thr Asp Phe Thr Leu Lys Ile
61 65 70 75 80
Ser Arg Val Glu Ala Glu Asp Leu Gly Ile Tyr Phe Cys Ser Gln Cys Thr His Val Pro
81 85 90 95 100
Phe Thr Phe Gly Ala Gly Thr Lys Leu Glu Leu Lys
101 105 110
<210>1
<211>114
<212>PRT
<213>人工合成
<400>2
Val Gln Leu Gln Glu Ser Gly Ala Glu Leu Ala Arg Pro Gly Ala Ser Val lys Leu Ser
1 5 10 15 20
Cys Lys Ala Ser Gly Tyr Thr Phe Thr Asn Tyr Trp Leu Gln Trp Val Lys Gln Arg Pro
21 25 30 35 40
Gly Gln Gly Leu Glu Trp Ile Gly Ala Ile Tyr Pro Gly Asn Asp Asp Ser Arg Tyr Ala
41 45 50 55 60
Gln Lys Phe Asn Val Lys Ala Thr Leu Thr Ala Asp Lys Ser Ser Ser Thr Ala Tyr Met
61 65 70 75 80
Gln Leu Ser Asn Leu Ala Ser Glu Asp Ser Ala Val Tyr Tyr Cys Ala Thr Gly Thr Glu
81 85 90 95 100
Phe Thr Tys Trp Gly Gln Gly Thr Thr Val Thr Val Ser Ser
101 105 110
<210>3
<211>336
<212>DNA
<213>人工合成
<400>3
gatgttctga tgacccaaac tccactctcc ctgactgtca gtcttgggga tcaagcctcc 60
atctcttgca gatctggtca gagccttgta cacagtgatg gaaacaccta tttacattgg 120
tttttgcaga agccaggcct gtctccaaag ctcctcatct acacagtttc caaccgattt 180
tctggggtcc cagacaggtt cagtggcagt ggatcaggga cagatttcac actcaagatc 240
agcagagtgg aggctgagga tctgggaatt tatttctgtt ctcaatgtac acatgttcct 300
ttcacgttcg gtgctgggac caagctggaa ctgaaa 336
<210>4
<211>342
<212>DNA
<213>人工合成
<400>4
ggtgcaactg caggagtctg gggctgaact ggcaagacct ggggcttcag tgaagttgtc 60
ctgcaaggct tctggctaca cctttactaa ctactggttg cagtgggtaa aacagaggcc 120
tggacagggt ctggagtgga ttggggccat ttatcctgga aatgatgatt ctaggtacgc 180
tcaaaagttc aatgtcaagg ccacattgac tgcagataaa tcgtccagca cagccacatg 240
tcaactcagc aatttggcat ctgaggactc tgcggtctat tactgtgcaa ctgggacgga 300
gtttacttac tggggccaag ggaccacggt caccgtctcc tc 342
FMMU-IL-13Rα2-7轻链和重链可变区的基因序列及氨基酸序列同源性分析
BLASTN1
Query ID：1c1|28345
Database：All GenBank+EMBL+DDBJ+PDB sequences(but no EST，STS，GSS，environmental samples or phase 0，1 or 2HTGS sequences)
7,567,972sequences；25,029,697,616 total letters
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gb|FJ265539.1|Mus musculus anti-hemoglobin 3C4 monoclonal antibodyimmunoglobulin light chain variable region mRNA，partial cds
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Sbjct 301 CCCACGTTCGGTGCTGGGACCAAGCTGGAGCTGAAA 336
BLASTN 2
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Database：All GenBank+EMBL+DDBJ+PDB sequences(but no EST，STS，GSS，environmental samples or phase 0，1 or 2HTGS sequences)
7,538,883sequences；24,955,484,671 total letters
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Description All non-redundant GenBank CDS translations+PDB+SwissProt+PIR+PRFexcluding environmental samples from WGS projects
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Query 1 DVLMTQTPLSLTVSLGDQASISCRSGQSLVHSDGNTYLHWFLQKPGLSPKLLIYTVSNRF 60
DV+MTQTPLSL VSLGDQASISCRS QSLVHS+GNTYLHWFLQKPG SPKLLIY VSNRF
Sbjct 1 DVVMTQTPLSLPVSLGDQASISCRSSQSLVHSNGNTYLHWFLQKPGQSPKLLIYKVSNRF 60
Query 61 SGVPDRFSGSGSGTDFTLKISRVEAEDLGIYFCSQCTHVPFTFGAGTKLELK 112
SGVPDRFSGSGSGTDFTLKISRVEAEDLG+YFCSQ THVPFTFG+GTKLE+K
Sbjct 61 SGVPDRFSGSGSGTDFTLKISRVEAEDLGVYFCSQSTHVPFTFGSGTKLEIK 112
BLASTP 4
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Database：All non-redundant GenBank CDS
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dbj|BAA19800.1| anti-idiotypic antibody heavy chain[Mus sp.]Length＝119
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Query：1VQLQESGAELARPGASVKLSCKASGYTFTNYWLQWVKQRPGQGLEWIGAIYPGNDDSRYA 60
VQLQ+SGAELARPGASVKLSCKASGYTFTNYW+QWVKQRPGQGL+WIGAIYPG+ ++RY
Sbjct：2VQLQQSGAELARPGASVKLSCKASGYTFTNYWMQWVKQRPGQGLDWIGAIYPGDGNTRYT 61
Query：61 QKFNVKATLTADKSSSTAYMQLSNLASEDSAVYYCATGTE----FTYWGQGTTVTVS 113
QKF KATLTADKSSSTAYMQLS+LASEDSAVYYCA G F YWGQGTTVTVS
Sbjct：62 QKFKGKATLTADKSSSTAYMQLSSLASEDSAVYYCARGEGNYAWFAYWGQGTTVTVS 118