1LacZ DNA 标记的腺病毒在高氧性肺损伤基因治疗中的转染和致炎作用【摘要】 目的观察 LacZ DNA 标记的腺病毒在高氧性肺损伤基因治疗中的转染和致炎作用。方法装载 LacZ DNA 的腺病毒在小鼠高氧模型开始前 2 天经鼻腔送入体内， X-gal 染色和 -半乳糖酶活性测定用于确定 LacZ DNA 在肺内转染的分布及其蛋白表达产物的活性; 小鼠肺干/ 湿重比和支气管肺泡盥洗液(BALF) 内的蛋白浓度的测定用于鉴定腺病毒在基因治疗过程中可能存在的致炎作用。结果 X-gal 染色显示 LacZ DNA 在高氧前及后均可广泛转染在肺各级支气管和肺泡上皮细胞，-半乳糖酶活性的测定提示了 LacZ DNA 可成功地翻译成其蛋白质表达产物并表现为高表达;同时，腺病毒的致炎作用在高氧吸入 48h 后示小鼠肺干/湿重比和 BALF 蛋白浓度均较其他对照组明显升高，但其升高的程度可在 24h 后迅速缓解上升趋势。结论腺病毒为载体的基因治疗可有效地转染标记基因，同时，腺病毒虽在基因治疗的过程中有一定的致炎作用，但是暂时的，其仍是有效的 DNA 载体。 【关键词】 腺病毒;基因治疗;LacZ;高氧性肺损伤 ;载体AbstractObjectiveTo investigate the effects of gene transfer and endogenous inflammation of adenovirus marked 2by LacZ DNA to hyperoxia lung injury in gene therapy. MethodsAdenovirus encoded LacZ DNA was intranasal administered to mice at 2 days earlier before 100%O2 inhalation, X-gal staining and activity measurement of -gal protein translated from LacZ DNA were applied to determine the level of LacZ DNA transfer and its protein expression; meanwhile, mouse lung wet/dry ratio and protein concentration in bronchus alveolar fluid were measured to valuate the degree of inflammation reaction from adenovirus.ResultsX-gal staining showed LacZ DNA could transfer broadly in series of lung bronchus and alveolar epithelial cells no matter before or after 100%O2 inhalation; -gal protein activity measurement presented LacZ DNA could successfully translated into its protein expression with high level expression; meanwhile, endogenous inflammation of adenovirus showed mouse lung wet/dry ratio and protein concentration in bronchus alveolar fluid were significantly increased at the 48h of 100%O2 inhalation compared to control groups, but lost the pattern of continue increasing after anther continual 24 h of 100%O2 inhalation.ConclusionBeing vector of gene therapy, adenovirus could successfully transfer target DNA, while, 3adenovirus would bring some degree of endogenous inflammation, but it is temporarily, it is still a validity vector in gene therapy.Key wordsadenovirus;gene therapy;LacZ;hyperoxia lung injury;vector基因治疗(gene therapy)是指将外源正常基因通过载体导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，从而达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。携带基因进入细胞内表达的载体有病毒载体和非病毒载体,其中病毒载体又分腺病毒、腺病毒相关病毒、逆转录病毒载体等;非病毒载体包括脂质体、磷酸钙、基因枪等。腺病毒是基因治疗的主要载体，并占所有基因治疗研究中的 28%1，2。急性肺损伤(ALI) 是严重威胁生命安全的常见急危重症，其病死率在我国高达 60%70%。传统的 ALI治疗方案对挽救生命和疾病转归影响有限3，因此，尝试新的治疗手段如基因治疗已是目前研究的热点。然而，关于腺病毒自身的致炎作用在以其为载体的基因治疗对 ALI 治疗效果影响的报道尚少见。本研究在建立小鼠 ALI 疾病模型的基础上，观察了腺病毒的转染和致炎作用对小鼠 ALI 基因治疗效果的影响及意义。41 材料与方法1.1 材料动物：本所研究使用的小鼠均获得美国宾夕法尼亚大学动物部批准。小鼠随机性分为 4 组：(1)氧气吸入前对照组(Con组)15 只;(2)LacZ DNA 标记的腺病毒治疗组 (AdLacZ 组)20 只;(3)磷酸盐缓冲液(PBS)治疗组(PBS 组)20 只;(4)无治疗组(无治疗组)20只。1.2 方法1.2.1 经鼻腔通道的治疗方法在 100% O2 暴露前 2 天，根据小鼠体重将腺病毒浓缩制剂用缓冲剂调整到每只小鼠给药 50 l，并将总容量分为 4 次在小鼠麻醉状态下呈垂直位时经鼻腔吸入。1.2.2 高氧性肺损伤模型各组小鼠随机取样后，将他们同时暴露于 100%O2 灌注的氧舱内以制造高氧性肺损伤动物模型。氧舱内氧流量为 68 L/min，舱内氧气交换频率是 67 次/ h， CO20.2%，湿度约 45%，并维持约 12h 的白天黑夜交替。在 100% O2 吸入后的 24、48 和 72h，分别收集肺组织和肺泡灌洗液等标本以备检测之用。1.2.3 标本的收集和处理在高氧吸入前及后的 24、48 和572h，应用苯巴比妥(50mg/kg)腹腔深度麻醉小鼠后，暴露小鼠主气管并行气管插管和机械通气。沿胸腹中线切开皮肤和腹部皮下组织以暴露腹腔脏器和腹主动脉。隔断腹主动脉放血以减少肺部血流量，随后，打开胸腔，分离心脏及肺旁结缔组织，并经右心室穿刺，肺泡灌流液以 2030cm H2O(1cm H2O=0.098 kPa)水压经右心室灌流肺组织，至肺组织内血液冲洗干净。分离出的肺组织在液氮中快速冷藏，并将肺标本保存在-80的冰箱内以备用。另外，在机械通气后及肺泡灌流之前，用注射器灌洗肺泡 3 次，并收集支气管-肺泡灌洗液。灌洗后的肺组织经由主气管灌入 4%的甲醛溶液至肺泡内以备用于肺组织的细胞化学染色。1.2.4 X-gal 染色 -半乳糖酶(X-gal)染色4 可以提供 LacZ DNA 整合到肺上皮细胞 DNA 后的蛋白表达分布的影像学分析。新鲜整体肺组织在福尔马林液内固定并彻底漂洗后，在 X-gal 复合试剂(K4Fe(CN)6-3H2O，K3Fe(CN)6，2mM MgCl2 and 0.5mg/ml of X-gal)内孵育过夜。次日，PBS 漂洗后，观察肺组织 X-gal 颜色后的蓝色深浅程度及范围并摄片记录。染色后的整体肺组织依次通过 10%、20%和 30%蔗糖溶液再次固定。随后，将肺组织包埋在OCT 复合物并在液氮中迅速冷冻成型。沿气管纵轴将肺组织切成厚度为 10m 的切片; 核红试剂复合染色后，可在荧光显微镜下观察摄片(200 倍)。61.2.5-半乳糖酶活性测定510mg 肺组织在 0.25mol/L Tris-HCl 的均浆缓冲液中快速匀浆。 200l 邻硝基酚半乳糖甙反应底物和 900l 含 -巯基乙醇的裂解试剂混匀后加入 100 l 肺组织匀浆并孵育在 37至产生 O-硝基吡喃(ONP)，该产物可在波长420nm 的分光光度仪测定。同时，以牛 球蛋白为标准物测定肺组织均浆内的蛋白浓度，-半乳糖酶的活性表达为单位/ 毫克蛋白(U/mg)。1.2.6 肺干/湿重比测定小鼠经苯巴比妥腹腔深度麻醉后，暴露气管并行气管插管和机械通气。开胸后，直接留取肺组织，在迅速吸收肺组织外液体后，称重后即纪录为肺湿重，并送入烘干箱内烘干，约 72 h 后，至反复测量肺重量无变化后，记录为肺干重。1.2.7 支气管肺泡盥洗液内蛋白浓度测定小鼠经气管插管收集支气管-肺泡灌洗液，收集到的灌洗液离心后取其上清液用于蛋白浓度测定，方法采用以牛 球蛋白为标准物的蛋白浓度测定法。1.3 统计学分析数据表达为 (xs)。 使用美国 Sigma Stat 统计分析软件用于显著性差异分析，t 检验用于两组之间显著性差异统计学分析;One-way ANOVA 检验用于多组之间的显著性差异统计学分析。72 结果2.1 腺病毒为载体的 LacZ DNA 在肺内转染的分布及表达活性小鼠在 100%O2 吸入前 2 天经鼻腔吸入装载 LacZ DNA 的腺病毒, 并在 100%O2 吸入开始时，收集标本并应用 X-gal 染色以了解LacZ 基因在肺内转染的分布;同时，在 100%O2 吸入开始时及后24、48 和 72h 分别收集肺组织以测定 LacZ DNA 表达蛋白 -半乳糖酶的活性。X-gal 染色结果显示 LacZ DNA 可在整肺和肺各级支气管上皮细胞和肺泡上皮细胞的广泛转染和分布如蓝色颗粒所示(图 1A、 B);LacZ DNA 的蛋白表达产物 -gal 的活性在 100%O2吸入前即可被测出，同时，在高氧吸入 24、48 和 72 h，-半乳糖酶的蛋白表达活性呈现持续有效的肺内高表达(分别为3.728、4.034、3.688 U/mg)，并且，在高氧吸入后 72 h，该蛋白活性的表达仍维持为高氧吸入前水平的 2 倍以上 (表 1)。表 1-半乳糖酶的活性2.2 腺病毒载体在高氧性肺损伤基因治疗中的致炎作用肺干/湿重比随高氧暴露时间的延长，呈时间-依赖性升高。100%O2 吸入 48h 后，AdLacZ 组小鼠的肺干 /湿重比和无治疗组小鼠相比，差异有显著性;但在继续 O2 吸入 24h 后，虽然，AdLacZ 组的肺干/ 湿重比仍维持在较高水平，但和其他两对照组相比，差异无显著性(图2)。AdLacZ 组小鼠的支气管- 肺泡灌洗液内的蛋白浓度，在高氧吸8入的 24h 和 48 h，和无治疗组相比，差异有显著性;而在高氧吸入后的 72 h，各组小鼠的支气管-肺泡灌洗液内的蛋白浓度的数值已基本上维持在相似的水平。3 讨论基因治疗是 21 世纪新兴的分子生物学医学，它是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用,从而达到治疗疾病目的的生物医学高新技术。自 1989 年 R