CN102031254B - 人miR-150反义核酸及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制microRNA-150表达的反义寡聚核苷酸及其应用。本发明所述的反义寡聚核苷酸，包括下述序列：5’-CACUGGUACAAGGGUUGGGAGA-3’，上述序列可特异性结合于人miR-150。本发明的反义寡聚核苷酸可以为核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸或者核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸的嵌合体，并可以对链中任一核苷酸进行修饰。本发明所述的miR-150反义寡核苷酸能够有效抑制人脑胶质瘤细胞U87中miR-150的表达，同时抑制上述细胞的生长和增殖，从而能够有效地治疗脑胶质瘤及其他miR-150高表达的肿瘤。

Description

人miR-150反义核酸及其应用

技术领域

本发明涉及生物医药领域。具体地，本发明涉及一种小分子microRNA(miRNA)的用途，尤其是涉及到该miRNA的反义寡聚核苷酸的应用。该反义寡聚核苷酸可与人miR-150互补，从而抑制人miR-150的表达。本发明还涉及含有该miRNA反义寡聚核苷酸的药物组合物。

背景技术

miRNAs是小的非编码RNA，长度为20-22bp，通常是由RNA聚合酶II(PolII)转录的，一般最初产物为大的具有帽子结构(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴(AAAAA)的pri-miRNA。这些pri-miRNA在RNase III Drosha和其辅助因子Pasha的作用下被处理成70个核苷酸组成的pre-miRNA前体产物。RAN-GTP和exportin 5将这种前体分子输送到细胞质中。随后，另一个RNase III Dicer将其剪切产生约为22个核苷酸长度的双链。这种双链很快被引导进入(miRISC)复合体中，其中含有Argonaute蛋白，并且成熟的单链miRNA保留在这一复合物中。成熟的miRNA结合到与其互补的mRNA的位点通过两种依赖于序列互补性的机制负调控基因表达，与靶mRNA不完全互补的miRNA在蛋白质翻译水平上抑制其表达。然而，最近也有证据表明，这些miRNA也有可能影响mRNA的稳定性。使用这种机制的miRNA结合位点通常在mRNA的3’端非翻译区。如果miRNA与靶位点完全互补(或者几乎完全互补)，那么这些miRNA的结合往往引起靶分子mRNA的降解。miRNAs在物种进化中相当保守，在动物，植物和真菌等中发现的miRNAs表达均有严格的组织特异性和时序性。

目前，只有很小一部分miRNAs的生物学功能得到阐明。这些miRNAs调节细胞生长和组织分化，与生物生长发育有关。一系列的研究表明：miRNAs在细胞生长和凋亡，血细胞分化，同源异形盒基因调节，神经元的极性，胰岛素分泌，大脑形态形成，心脏发生，胚胎后期发育等过程中发挥重要作用。例如，miR-273参与线虫的神经系统发育过程；miR-430参与斑马鱼的大脑发育；miR-181控制哺乳动物造血细胞分化为B细胞；miR-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌；miR-143在脂肪细胞分化起作用；miR-196参与了哺乳动物四肢形成，miR-1与心脏发育有关。另有研究人员发现许多神经系统的miRNAs在大脑皮层培养中受到时序调节，表明其可能控制着区域化的mRNA翻译。

miRNA表达与多种癌症相关，并且这些基因可能起到肿瘤抑制基因或是癌基因作用。最先在B细胞慢性淋巴性白血病(CLL)中发现有miRNA表达水平的改变，随后陆续在各种人类肿瘤中均检测到miRNA表达水平的变化。研究发现，miRNAs与肿瘤形成相关，既能发挥肿瘤抑制基因的作用(如mir-15a和mir-16-1)，也能起到癌基因的作用(如mir-155和mir-17-92簇)。目前认为，在肿瘤细胞中，有些miRNA成熟体或前体表达水平异常，而表达异常的miRNA通过影响靶mRNA翻译发挥作用，参与肿瘤形成过程，并起重要作用。如Ras原癌基因受let-7家族的调控，BCL2抗凋亡基因受miR-15a-miR-16-1簇调控，E2F1转录因子受miR-17-92簇调控，BCL6抗凋亡基因受miR-127的调控等。miRNAs的表达下调也和肿瘤发生有密切关系，这预示着miRNA具有癌基因的功能。例如，mir-143和mir-145在结肠癌中明显下调。有趣的是，其发夹结构的前体分子在肿瘤和正常组织中含量相似，这表明，可能是由于其加工过程受到破坏。但是，mir-143和mir-145的肿瘤抑制基因功能可能不仅仅局限于结肠癌，在乳腺癌、前列腺癌、子宫癌、淋巴癌等细胞系中其表达量也明显下调。另一个报道表明，miR-21在胶质母细胞瘤中表达增加。这个基因在肿瘤组织中表达量比正常组织高5-100倍。

miRNAs是天然的反义作用因子，能够调控与真核生物生存和增殖相关的多种基因。在肿瘤治疗方面，miRNA的应用前景光明。在利用miRNA作为治疗靶点方面，已有实验数据支持：如在吉西他滨(gemcitabine)治疗的过程中，出现miRNA表达谱的变化；调控部分miRNA的表达水平(如使miR-21过表达)，能增进胆管癌细胞对化疗药物的敏感性。通过引入与具有癌基因特性的miRNA互补的合成的反义寡聚核苷酸——抗miRNA寡聚核苷酸(AMOs)——可能有效的灭活肿瘤中的miRNAs，延缓其生长。临床上，可以通过经常的或者持续的2’-O-甲基化或者锁核酸(LNA)等修饰的反义寡聚核苷酸给药使miRNA失活。这些修饰使得寡核苷酸更稳定，比其他治疗手段毒性更低。使用antagomirs(与胆固醇偶联的AMOs)，注射小鼠后可以在不同器官有效抑制miRNA活性，因而可能成为一种有希望的治疗药物。相反的，过表达那些具有肿瘤抑制基因作用的miRNAs，如let-7家族也可以用于治疗某些特定的肿瘤。

反义寡聚核苷酸(Flanagan WM.Antisense comes of age.Cancer&MetastasisReviews 1998；17(2)：169-76)是指一段可以与其靶基因的碱基互补的核苷酸。反义寡聚核苷酸可以抑制相应基因的表达。

近三十年，尽管临床上肿瘤的综合治疗已很普遍，但以手术为主，放化疗为辅的综合治疗对肿瘤患者的生存率提高并不明显，5年总体生存率仍然较低，徘徊在30％～55％左右，并没有显著提高，中晚期患者的5年生存率更低，约为20％。而且这些方法都存在各自的局限性，特别是对中晚期和复发患者疗效不佳。因此，寻找更安全有效的治疗途径是提高肿瘤患者生存率和生存质量所亟待解决的难题。

发明内容

本发明要解决的主要问题就是提供一种新的miR-150的反义寡聚核苷酸(抑制剂)，用于高效、低毒或无毒地抑制miR-150的表达，进而治疗与miR-150过度表达有关的疾病，包括各种实体肿瘤、各种白血病等。

本发明要解决的另一问题就是提供上述反义寡聚核苷酸在细胞中抑制miR-150表达和抑制细胞生长和增殖的应用。

本发明要解决的再一问题是提供包含上述反义寡聚核苷酸的药物组合物。

本发明人通过广泛而深入的研究，设计并合成了一种专一性针对miR-150的反义寡聚核酸，并在培养细胞中验证具有抑制miR-150表达和抑制细胞生长的效果。研究显示，这些反义核酸能够抑制肿瘤细胞的生长和恶性增殖能力。

本发明设计了一种可以特异性结合于miR-150的反义核酸分子，在培养细胞U87中，验证对miR-150表达特异性抑制的反义核酸对细胞生长能力、增殖能力的影响。反义核酸分子长度可以包含13~22个核苷酸残基，均有不同程度的抑制人肿瘤细胞生长能力、增殖能力的特性，其中最短的反义核酸长度为13个碱基，不同长度的反义核酸均具有良好的肿瘤细胞生长及增殖抑制活性。因此，上述反义核酸均可用来制备抑制肿瘤细胞生长能力、增殖能力的制剂，其中优选miR-150高表达的肿瘤细胞。在此基础上完成了本发明。

本发明的第一方面，提供了一种miR-150的反义寡聚核苷酸，所述反义寡聚核苷酸抑制人细胞内miR-150的表达。通常，所述反义寡聚核苷酸与5’-UCUCCCAACCCUUGUACCAGUG-3’中连续13~22个核苷酸序列互补。在本发明的一个优选实施例中，所述反义寡聚核苷酸的长度为18~22个核苷酸。更佳地，所述反义寡聚核苷酸的序列为5’-CACUGGUACAAGGGUUGGGAGA-3’。

从目前来看，核酸杂交中RNA与miRNA的杂交亲和力比DNA与miRNA杂交的亲和力要高，具有很高的药用价值。但是人工合成的DNA成本远远比合成RNA的成本低，也具有很好的市场潜力。而且也可以采用核糖RNA单体与脱氧核糖DNA单体嵌合相连而成的反义核酸作为药物进行开发。本发明设计的一系列反义寡聚核苷酸分子，既可以是DNA，也可以是RNA，还可以是DNA与RNA的嵌合体。上述分子均具有抑制miR-150表达的活性。

本发明设计的反义核酸，其序列具有特异性生物学活性，其对于某一基因互补的位点的反义核酸所互补的长度有很大关系，如互补的长些，则生物学活性会更高些，抑制效果也会更好一些，在增加或减少一个至数个碱基而互补于同一基因位点的反义核酸，同样也具有不同程度的生物学活性，也可达到不同程度的抑制肿瘤细胞生长与增殖的作用。本发明的研究表明，最短可达13个碱基仍然具有抑制miR-150表达的作用。反义核酸研究中，各种化学修饰方法很多。本发明采用硫代、甲氧修饰的反义核酸，主要是这两种修饰方式的反义核酸的药理学、药代动力学、毒理学等临床前研究是各种化学修饰反义核酸中研究最为全面的，修饰的反义核酸在体内可以有效地防止人体内大量核酸外切酶对反义核酸的酶切而降解，从而使反义核酸失去应有的生物学活性。此外硫代反义核酸还可激发RNA酶的活性，降解与其杂交的RNA链，因此优选这两种修饰方式的反义核酸在实验中应用。应当明确的是，任何能够增加反义核酸稳定性和生物利用度的修饰方法都可以应用，如胆固醇修饰、PEG修饰等。

本发明的上述反义核酸具有抑制miR-150表达的效果。当将上述反义核酸转染到表达miR-150的细胞株U87中后，能够有效抑制U87细胞的生长和恶性增殖能力。

本发明还提供了一种药物组合物，它含有安全有效量的本发明寡聚核苷酸以及药学上可接受的载体或赋形剂。这类给药载体包括但不限于各种可用于核酸给药的载体，如脂质体、可降解的高分子化合物、盐水、缓冲液、葡萄糖、水、甘油、乙醇及其组合。药物制剂应与给药方式相匹配。

在本发明的第三方面，提供了本发明的反义寡聚核苷酸的用途，用于制备治疗以下疾病的药物：

(A)治疗人体肿瘤生长；

(B)治疗人体与miR-150过表达有关的疾病。

如本文所用，“反义寡聚核苷酸”指反义的核苷酸寡聚物。反义寡聚核苷酸通过碱基互补(A-T，A-U，G-C)配对与双链DNA形成三链(反基因)，或与单链RNA形成杂交双链(反义)，从而阻断基因的复制、转录或转录后mRNA的加工和翻译。同时，双链RNA能被细胞内的核糖核酸酶H(RNase H)所降解，从而更有效地阻断靶基因的表达。由于反义核苷酸只能与反向互补的靶序列结合，具有专一性高，副作用小的特点。

本发明的反义寡核苷酸的长度没有特别限制，一般来说，为了达到杂交的专一性，反义寡聚核苷酸需要至少15个单体组成的核苷酸。通常反义寡聚核苷酸的长度为15~35bp，对于miRNA来说，较佳的为18~22bp。

附图说明

图1显示了miR-150反义寡聚核苷酸抑制肿瘤细胞U87细胞中miR-150的表达，A为转染miR-150反义寡聚核苷酸后miR-150的表达情况，B为转染阴性对照反义寡聚核苷酸后miR-150的表达情况；C为转染miR-150反义寡聚核苷酸后内参基因U6的表达情况，D为转染阴性对照反义寡聚核苷酸后内参基因U6的表达情况；E为miR-150在转染反义寡聚核苷酸后抑制效果柱状图，其中sample2表示转染miR-150反义寡聚核苷酸后的miR-150表达情况，NC表示转染阴性对照后miR-150表达情况。

具体实施方式

本发明的反义寡聚核苷酸，其序列与5’-UCUCCCAACCCUUGUACCAGUG-3’中连续13~22个核苷酸序列互补，并且宜不与其他基因的RNA序列互补。在本发明的一个优选实施例中，所述反义寡聚核苷酸的序列为5’-CACUGGUACAAGGGUUGGGAGA-3’。本发明提供的反义寡聚核苷酸为修饰产物，它含有至少两个，通常至少4个，较佳的至少6个，更佳的至少8个核苷酸没有毒性副作用的修饰的核苷酸，所述修饰方式包括2’位甲氧基取代、硫代修饰等。为了增加反义寡聚核苷酸的细胞摄取率，还可以在上述修饰的基础上对反义寡聚核苷酸进行胆固醇修饰或者PEG化修饰。上述修饰后的寡聚核苷酸能继续与靶序列有效配对，而且比普通的未经修饰的核糖核酸或者脱氧核糖核酸在体内具有更长的半衰期。

本发明具有如下优点：

1、反义寡聚核苷酸作用于特异性的靶位点，非特异性结合的位点很少，专一性高；

2、本发明提供的反义寡聚核苷酸经过适当的化学修饰，具有毒性低、副作用小和半衰期长等特点；

3、本发明提供的反义寡聚核苷酸具有很好的抑制效果，对miR-150的表达的抑制率达到60％，对肿瘤细胞生长的抑制率接近50％。

下面将结合实施例及附图进一步详细地描述本发明。然而应当理解，列举这些实施例只是为了起说明作用，而并不是用来限制本发明的范围。

实施例1、miR-150反义核酸抑制miR150的表达

实时定量荧光检测试验由上海吉玛制药技术有限公司完成，具体实验步骤包括：

细胞培养：U87细胞，10％FBS-DMEM培养基培养，37℃，5％CO2培养。

细胞转染：

1)转染前一天，在24孔板中用适量不含抗生素的培养基接种培养细胞，使转染时细胞的汇合度达到30～50％；

2)转染样品按照如下方法准备寡聚物-Lipofecta mine^TM2000复合物：

a.用50μl不含血清的Opti-

I培养基分别稀释miR-150反义寡聚核苷酸(序列为5’-CACUGGUACAAGGGUUGGGAGA-3’)、阴性对照、FAM标记的阴性对照，终浓度为50nM，轻轻混匀，每个转染设3个复孔；

b.使用前轻轻混匀Lipofecta mine^TM2000，然后取2μl稀释到50μl的Opti-

I培养基中，轻轻混匀后在室温下孵育5min；

c.孵育5min后，稀释的Lipofecta mine^TM2000分别与稀释的反义核苷酸及对照混合，轻轻混匀后在室温下孵育20min，以允许复合物的形成；

3)将复合物加入到每一个包含细胞和培养基的孔中，轻轻地前后摇动培养板混合；

4)37℃，5％CO₂培养箱孵育过夜，更换含10％胎牛血清的培养基继续培养24小时。

总RNA提取：

1)离心收集细胞，往离心管中加入500μl Ezol，将离心管上下颠倒混匀，室温放置10min。

2)加入200μl RNA专用的三氯甲烷，剧烈上下颠倒混匀，直至离心管中的液体彻底混匀，成乳白色状。

3)室温放置5min，12000rpm离心15min。

4)小心将上清转移至另一干净的1.5ml离心管中，避免吸动中层蛋白相和下层有机相。

5)往上清中加入500μl预冷的RNA专用的异丙醇，室温放置5min。10000rpm离心10min。

6)小心弃尽上清，加入1ml RNA专用的75％的乙醇洗涤沉淀，10000rpm离心10min。

7)小心弃尽上清，置于室温晾干乙醇，每管加入20μl DEPC水溶解，混匀。RNA逆转录：

将上述抽提得到的RNA分别用U6和hsa-mir-150两种RNA特异逆转录引物进行逆转录，制备cDNA模板。逆转录中所用的缓冲液和酶均为Promega公司产品。

(i).逆转录体系：

试剂名称	用量/管
		5×Reverse Transcription buffer	4μl
RT Primer Mix(U6，hsa-mir-150)(1μM)	1.25μl
		dNTP(10mM)	0.75μl
RNA	2μl
		RTase(200/μl)	0.5μl
DEPC H2O	至20μl

(ii).逆转录反应条件：

反应条件为：16℃30min；42℃30min；85℃10min。荧光定量PCR检测：

(1).cDNA模板的稀释：

将上述逆转录后得到的cDNA稀释3倍，往20μl的体系中加入40μl RNase/DNase free ddH₂O，混匀。

(2).荧光定量PCR体系：

试剂名称

用量/管

2×PCR Master Mix	10μl
		F Primer(20μM)	0.2μl
R Primer(20μM)	0.2μl
		Template	2μl
rTaq DNA polymerase(5U/ul)	0.2μl
		ddH2O	加至20μl

(3).反应条件：

(i)95℃3min；

(ii)95℃15s；

(iii)55℃30s；

(iv)72℃30s；

第ii至第iv步共40个循环。

实施例2、MiRNA反义寡聚核苷酸对人神经胶质细胞瘤细胞系U87抑制活性检测

细胞培养：

U87细胞，10％FBS-DMEM培养基培养，37℃，5％CO2培养。收集生长状态良好的U87细胞，离心计数，以2×10³每孔铺于96孔板内，37℃，5％CO2培养。

转染：

1)转染前一天，在96孔板中用适量不含抗生素的培养基接种培养细胞，使转染时细胞的汇合度达到30～50％；

2)转染样品按照如下方法准备寡聚物-Lipofecta mine^TM2000复合物：

a.用25μl不含血清的Opti-

I培养基分别稀释miR-150反义寡聚核苷酸、阴性对照、FAM标记的阴性对照，终浓度为50nM，轻轻混匀，每个转染设3个复孔；

b.使用前轻轻混匀Lipofecta mine^TM2000，然后取1μl稀释到25μl的Opti-I培养基，轻轻混匀后在室温下孵育5min；

c.孵育5min后，稀释的Lipofecta mine^TM2000分别与稀释的反义核苷酸及对照混合，轻轻混匀后在室温下孵育20min，以允许复合物的形成；

3)将复合物加入到每一个包含细胞和培养基的孔中，轻轻地前后摇动培养板混合；

4)37℃，5％CO₂培养箱孵育过夜，更换含10％胎牛血清的培养基继续培养72h。

MTT实验：

向上一步骤中得到的细胞中加入配制好的MTT(Sigma)5mg/ml(用0.9％的生理盐水配制)，每孔加入20μl孵育4小时后吸去培养基及MTT，每孔加入DMSO100μl并通过酶标仪读取OD570-OD630的吸光度值。

样品   阴性对照

0.36   0.76

0.41   0.70

0.44   0.71

计算抑制率：

$\mathrm{Inhibition\; rate}(\%)=\frac{\mathrm{NC}(\mathrm{OD}570-\mathrm{OD}630)-\mathrm{Micro\; RNA\; inhibitor}(\mathrm{OD}570-\mathrm{OD}630)}{\mathrm{NC}(\mathrm{OD}570-\mathrm{OD}630)}\×100\%$

计算得到细胞生长抑制率为43.67±7.97％。

Claims (2)

1.一种反义寡聚核苷酸用于制备治疗与miR-150过度表达相关的脑胶质瘤的药物的用途，其中，所述的反义寡聚核苷酸序列为与5’-UCUCCCAACCCUUGUACCAGUG-3’核苷酸序列互补的核糖核苷酸序列、脱氧核糖核苷酸序列或者核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸的嵌合体的序列。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的反义寡聚核苷酸序列为5’-CACUGGUACAAGGGUUGGGAGA-3’。

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