应用RNAi技术抑制HBV复制和表达的实验研究

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乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)属于嗜肝DNA病毒科。HBV感染除了导致急、慢性肝炎外,还与肝硬化(hepatic cirrhosis)和肝细胞癌(Hepatocarcinoma carcinogenesis,HCC)的发生密切相关,严重危害人民的健康,在治疗上缺乏理想的抗病毒药物。重组干扰素(INF-γ)、核苷类似物如拉米夫定(lamividine)等药物因疗效和副作用等各种问题限制了临床应用;反义寡核苷酸(antisenceoligonucleotide,ASON)、核酶(ribonuclease,RNase)以及脱氧核酶(deoxyribozyme,DRz)等基因治疗的研究因许多难以克服的问题而难以深入进行,仍需探索新型有效的抗HBV感染的药物和方法。 RNA干扰(RNA interference,RNAi)是生物体内普遍存在的一种基因表达的调控机制,基于此理论的RNAi技术具有普遍性、高特异性和高效性等特点,已经广泛应用于基因功能研究和感染性疾病、恶性肿瘤等疾病治疗的研究。RNAi的关键是细胞内的Dicer酶切割dsRNAs产生21-23核苷酸(nucleotide,nt)的小干扰RNA(small interference RNA,siRNA),siRNA可介导对细胞靶mRNA特异性的降解导致基因表达的转录后沉默。体外合成siRNA用于转染哺乳动物细胞,可避免长的双链RNA(double stranded RNA,dsRNA)(>30nt)所产生的干扰素反应(interferon response),同时具有合成方便快捷、转染效率高、沉默效果迅速等优点。 HepG2.2.15细胞是体外研究HBV复制较为理想的细胞感染模型。HepG2.2.15细胞是来源于HepG2细胞,整合了ayw型HBV全基因组,能够部分模拟HBV的生活周期,表达各种HBV产物并能分泌HBV Dane颗粒的稳定的人类肝癌细胞株,更接近于人体肝细胞内环境的实际情况,被研究者广泛应用于HBV复制的研究。 本实验应用化学合成siRNA经阳离子脂质体转染HepG2.2.15细胞,通过检测细胞培养上清中HbsAg和HbeAg浓度、DNA拷贝数、细胞内mRNA等核酸和蛋白的表达水平评估RNAi作为一项新技术应用于抗HBV感染的价值,为进一步动物实验乃至应用于临床提供理论基础和实验依据。实验方法和结果如下: 一、HepG2.2.15细胞内HBV S基因的鉴定 1.HepG2.2.15细胞的培养HepG2.2.15细胞在含10﹪胎牛血清(FCS)的DMDM培养基中(含青霉素100U/ml,链霉素100U/ml,G418 380ug/ml),37℃,5﹪C02培养。3-4天换液一次,6-7天传代一次。 2.HepG2.2.15细胞病毒抗原分泌规律 HepG2.2.15细胞接种后第一天在培养液上清中即可检测到抗原分泌,随着培养时间延长,病毒抗原分泌量逐渐增加,至接种后第6-9天达到高峰,此后抗原分泌逐渐趋于稳定。 3.HepG2.2.15细胞内HBV的鉴定针对HBV S区合成引物PCR扩增所得片段琼脂糖凝胶电泳结果大约在600bp的位置,与预期结果相符;测序结果与GeneBank中HBV序列进行BLAST比对,与序列号U95551的基因序列完全一致。 二、siRNA的设计合成及其转染条件的优化 1.siRNA序列的合成根据GenBank中报道的HBV核苷酸序列(U95551),参考siRNA的设计原则,在siRNA设计网站http://www1.qiagen.com/Produets/GeneSilencing/CustomSiRna/SiRnaDesigner.aspx,确定P+S区(1805-1826)、P+X区(413-434)两个位置作为干扰靶点并对其进行MFOLD二级结构分析,将针对此靶点设计出的siRNA靶序列进行BLAST(http://www.ncbi.ntm.nih.gov/blasV)同源分析证实为HBV特异序列。针对该靶序列分别合成siRNAs,并筛选出有效序列。 2.siRNA转染的优化通过对在不同时间、不同细胞密度、不同siRNA与脂质体的比例情况下的转染得到如下结果:细胞传代后24h-48h,达到20-30﹪汇合度时进行转染效果最好:转染时siRNA与脂质体比例为2.5ul.1ul时所获得的干涉效果最佳。 三、siRNA对HBV复制和表达的抑制作用 1.siRNA对病毒蛋白表达的特异性抑制作用本实验针对HBV的P+S区(1805-1826)、P+X区(413-434)设计合成的2个siRNAs转染细胞后,对HBV的蛋白表达表现出不同的抑制作用。对转染24h、48h、72h的细胞上清中HBsAg、HBeAg的表达均有强弱不等的抑制作用,72h抑制率达高峰;2个siRNAs对HBsAg的抑制率分别为81﹪、78﹪,对HBeAg的抑制率分别为35﹪、49﹪。 2.siRNA对细胞内HBV mRNA的抑制作用提取转染后的HepG2.2.15细胞内总RNA,RT-PCR检测显示,实验组比对照组条带明显减弱,在20nM、60nM、120nM等不同浓度下,抑制率随着浓度的增大而增大,提示siRNA对HBV的抑制效果呈剂量依赖性。 3.siRNA对细胞内HBV DNA的抑制作用检测转染后HepG2.2.15细胞上清中HBV DNA的拷贝数,抑制率达到30﹪-60﹪,并随时间的延长而增大,提示siRNA对HBV的抑制呈时间依赖性。 4.siRNA对细胞形态和生长状况的影响转染后的HepG2.2.15细胞内HbsAg、HbeAg减少;MTT检测显示,细胞光吸收度随siRNA浓度的增大而减小有显著性差异,表明siRNA对细胞生长有一定影响。 总之,本研究针对HBV两个不同位点设计的siRNA转染细胞后,能够在HepG2.2.15细胞内抑制HBV DNA的复制及多种HBV蛋白的表达,siRNA的抗HBV效应具有高效性、剂量依赖性和时间依赖性,有望为抗HBV感染提供一种新型的治疗方法。
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