国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

纳米材料对血液免疫功能细胞的作用及其在白血病免疫治疗中的新方法研究

中国医学科学院基础医学研究所 许海燕 教授


CXCR4拮抗多肽E5抗白血病活性的基础研究

美国最新癌症统计数据表明,近几年白血病的致死率依然很高,白血病细胞侵袭、浸润和耐药性的产生是导致复发和病人死亡的重要原因之一。骨髓基质微环境可以介导白血病细胞的迁移、侵袭、浸润和耐药性的产生,其中起关键作用的是基质细胞衍生因子1(CXCL12,也称为SDF-1)及其特异性受体CXCR4所组成的CXCR4/CXCL12轴。许多白血病细胞表面高表达CXCR4,通过与CXCL12的作用介导白血病细胞迁移、归巢至骨髓基质微环境,并受基质细胞保护免受化疗药杀伤,导致了预后残留与复发。

由于小分子合成多肽具有免疫原性低、成本低廉等优越性,我们利用CXCR4的序列特性,设计CXCR4拮抗多肽E5,并使用高表达CXCR4的四株急性髓系白血病细胞HL-60、NB4、THP-1、U937筛选出了一个具有拮抗功能的多肽。阻断效果研究显示,人工合成的E5多肽浓度高于40 μM时能显著诱导四种白血病细胞的凋亡,但对非恶性细胞如骨髓基质细胞MS-5和人脐静脉内皮细胞ea.hy926的活性没有影响,western blot检测caspase-3的激活结果也与凋亡结果一致。10 μM的E5对白血病细胞活性没有影响,但能显著抑制CXCL12或MS-5细胞诱导的白血病细胞迁移、粘附,且均具有浓度效应。在急性髓系白血病HL60小鼠模型上,E5也表现出对肿瘤发展的抑制作用,延长了动物的生存期。进一步的研究表明,E5对白血病细胞的作用机理是抑制CXCL12诱导的细胞微丝骨架重组,下调CXCR4信号通路相关的p38、Erk和Akt的磷酸化水平。我们已经与国家纳米中心联合申请了发明专利,并将此部分研究结果发表于Scientific Reports 2014;4 (6610); DOI:10.1038/srep06610。

基于CXCR4拮抗多肽E5对CXCR4/CXCL12轴的阻断效应及其破坏基质细胞对白血病细胞的作用,我们正在开展E5与多种白血病治疗用化疗药物的联合应用研究,以期提高白血病细胞对化疗药物的敏感性,提高治疗效率,降低白血病细胞产生耐药和形成微小残余的风险。


图1. 多肽对细胞凋亡的影响。
a. 浓度范围为1 µM至80 µM的E5处理HL-60、NB4、THP-1、U937、MS-5和ea.hy926细胞24小时后使用FITC标记的Annexin V和PI双染及流式细胞仪检测细胞凋亡率。(*: p <0.05; **: p <0.01; n=3)
b. 10 µM至90 µM的E5处理HL-60、NB4、THP-1和U937细胞24小时后利用western blot检测caspase-3信号通路的激活。


图2. 多肽对CXCL12诱导的微丝骨架蛋白重排的影响。
THP-1、HL-60、NB4、U937细胞分别与CXCL12和E5孵育,或经E5预处理后与CXCL12孵育。微丝骨架肌动蛋白由罗丹明标记的鬼笔环肽染成红色,细胞核由DAPI染成蓝色。上图为激光共聚焦显微镜下观察的照片,白色标尺代表10µM。


图3. E5对HL-60、NB4、THP-1、U937细胞内CXCL12激活的Erk、Akt和p38通路的影响。
第1列的细胞样品未经处理,第2列细胞与CXCL12孵育10分钟,第三列的细胞先经10µM多肽处理1小时后再与CXCL12孵育10分钟,第四列细胞仅与10µM多肽孵育。