IL-1是OA发病过程中重要的炎性细胞因子
[12-13]。IL-1对关节软骨细胞的作用主要表现为抑制透明软骨特征性Ⅱ型胶原的合成,促进Ⅰ,Ⅲ型胶原的合成,促使软骨细胞变性。IL对关节软骨的破坏作用主要表现在它可以促进胶原酶的合成和分泌,提高软骨基质中溶蛋白酶的活性。研究证实IL-1能刺激成纤维细胞、软骨细胞和滑膜细胞分泌前列腺素E2、胶原酶,加速软骨基质中蛋白多糖和Ⅱ型胶原的降解并抑制其合成,抑制Ⅱ型前胶原mRNA的表达,参与病变软骨的破坏
[14-15]。IL-1Ra为滑膜细胞分泌的IL-1受体的天然拮抗剂,IL-1Ra不能抑制IL-1的合成
[16],但可以抑制IL-1的活性。
绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)是目前最常用的报告基因之一,是一种生物发光蛋白,激发波长490 nm,检测波长530 nm;其产生的荧光无种属特异性,不干扰细胞的特性,可耐受光漂白,表达时不需要其他刺激因子、底物或其他基因的产物协作。因此GFP的检测极其方便,广泛应用于荧光显微镜、流式细胞仪等对活细胞的高效特异的检测。荧光的强度与GFP的表达量和细胞的生长状态有关。本实验采用的pEGFP-C1是含绿色荧光蛋白报道基因的真核细胞表达载体,具有很强的复制能力,其多克隆位点位于EGFP基因编码区和SV40多聚腺苷酸尾之间,外源基因插入到pEGFP的C端,同时以GFP为报告基因,与pEGFP形成融合蛋白一同表达,提高外源基因在真核细胞的表达;同时也不影响目的基因的结构和功能[17-20]。因此,作为真核细胞的表达载体,pEGFP-C1能保证重组其上基因的有效表达。
根据NCBI上已报道的人类IL-1Ra的开放读码框序列设计基因克隆的特异性引物,以肝组织反转录产物为模板,获取IL-1Ra片段。由于PCR产物不稳定,很容易降解,pGEM-T载体可以方便地把PCR产物连进载体,并且很稳定,可以长时间保留和利于基因测序。将获取片段连接到pGEM-T载体,转化到DH5α菌株,挑2个左右的单克隆(蓝白斑筛选)扩大培养。收菌后,提取其中两管菌的质粒,经Bgl Ⅱ和Xho Ⅰ酶切验证后,送Invitrogen测序,测序结果分析表明,通过PCR成功的从肝组织中克隆到人类IL-1Ra的开放读码框,获得pGEM-T-IL-1Ra克隆,说明克隆质粒完全符合预先的设计要求。由于pGEM-T-IL-1Ra质粒用Bgl Ⅱ和Xho Ⅰ进行双酶切,而pEGFP-C1用Bgl Ⅱ和Sal Ⅰ(是Xho Ⅰ的同尾酶)进行酶切;因此将构建的pGEM-T-IL-1Ra和经过Bgl Ⅱ和Xho Ⅰ双酶切后的片断连接到pEGFP- C1(已用Bgl Ⅱ和Xho Ⅰ双酶切)载体上,而不会发生移码。本组构建pEGFP-C1-IL-1Ra表达质粒,pEGFP-C1 4.7 kb,IL-1Ra cDNA 1 782 bp。凝胶上的电泳条带位置符合设计要求,故所提取的重组人pEGFP-C1-IL-1Ra是正确的,为下一步基因转染软骨细胞提供了良好的基础。
在基因治疗中,载体的选择至关重要。从目前OA基因治疗的情况看,载体的选择是OA基因治疗的瓶颈也是研究的热点。载体是指能将外源性遗传物质转入靶细胞,并使之能在靶细胞内表达的无致病能力的病毒或DNA结构,分为病毒类载体和非病毒类载体。转基因载体的病毒种类繁多,包括:乳头瘤病毒、腺病毒、牛痘病毒、腺相关病毒、疱疹病毒、反转录病毒等[21-24]。病毒载体具有转染率高,表达稳定等特点,但易于整合到靶细胞染色体内,故安全性差,尚需慎用。非病毒载体包括裸DNA、脂质体-DNA复合体、聚合物-DNA复合体等,该类载体不仅可直接用于运载目的基因进行基因治疗,也可包裹反义寡核苷酸或反义表达质粒进行反义治疗。这种技术依赖于DNA的阴离子性能。为了进行脂质转移,脂质体首先与DNA混合,使之形成一个非共价键连接的脂质体-DNA复合物,这种复合物加入到靶细胞中,吸附到细胞膜上,然后将DNA传送至胞浆中。非病毒载体易合成、稳定实用、生物安全性高、转运容量大、可同时传输多种治疗基因,但转染率低,表达时间 短[25-28]。
本实验在LipofectamineTM2000脂质体介导下将IL-1Ra基因转染兔关节软骨细胞,通过荧光显微镜观察有绿色荧光蛋白表达,荧光定量PCR鉴定证实在转染后的软骨细胞中转基因得到表达,转染组与未转染组的IL-1Ra表达水平有显著性的差异。虽然IL-1Ra基因转染软骨细胞可获得表达,但荧光显微镜观察显示转基因的表达率仍较低,说明脂质体的转染效率不高,明显低于病毒载体的转染,其转染效率和DNA与脂质体的比例以及DNA的用量、转染时与细胞的生长周期密切相关[29-30]。所以实验中掌握好这些因素对转染率至关重要。本实验在基因转染前细胞达80%~90%的融合,这时的细胞大部分处于S期或G2期,目的是尽可能提高转染率。从荧光显微镜观察,转染后24h细胞的表达率最高,转染第6天后随着时间的延长,基因表达量和转染率逐渐降低,说明目的基因随着细胞的分裂而逐渐丢失并不能长期表达。
通过本实验所用的脂质体介导转染法可以将重组人IL-1Ra基因转染入软骨细胞内,软骨细胞可以有效的表达外源基因,能够作为基因治疗OA过程中的受体细胞,为下一步在体外、体内OA模型防止软骨退变的实验研究提供基础。