基因沉默策略及其应用研究进展
Advances and Applications in Gene Silencing
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摘要: 基因沉默 (Gene silencing) 是生物体中特定基因由于各种原因不表达或表达减少的现象, 是通过表观遗传控制基因表达的重要机制, 通过基因沉默技术探索疑难疾病的治疗方法是当下的研究热点.随着基因工程的迅速发展, 基因沉默技术不断有新技术出现取代已有的技术.对基因沉默技术所包括的核酶技术、反义寡核酸技术、基因敲除、RNA干扰技术及其应用进行介绍.Abstract: Gene silencing is a phenomenon in which the specific genes in organisms are not expressed or reduced for various reasons. It is an important mechanism to control gene expression by epigenetic control. At present, scientists intend to explore the treatment of difficult diseases through gene silencing technology, and the research has become a hot spot. With the rapid development of gene engineering, gene silencing technology has been replaced by new technologies. This paper aims to introduce the ribozyme technology, antisense oligonucleic acid technology, gene knockout, RNA interference technology and their applications in gene silencing technology.
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据Rebecca等[1]报告恶性黑色素瘤（malignant melanoma，MM）新发病率持续攀升，发病人数每年以3%～5%的速度增长。中国虽属于恶黑低发地区，但发病率也在不断上升，每年新发恶黑患者超过8 000，约百万分之八，而在我国，恶黑患者的5 a生存率仅为65%。
由于早期病变不明显，造成多数患者就诊时已错失手术最佳时机，部分患者甚至已发生局部组织侵袭或转移，晚期或手术无法切除的MM患者生存率低。鉴于晚期MM的5 a生存率低，缺乏较为有效的治疗方法，故分析MM的发生发展机制、了解有效的早期诊断和预后评价指标，以帮助患者选择有效的诊断和治疗方法、延长MM患者生存时间，具有较重要的临床意义。
本文在高通量组织芯片技术基础上利用免疫组化方法观察程序性死亡配体-1（programmed death ligand-1，PD-L1）、BRAFV600E、CD68在MM组织中的表达情况，分析其与患者病理临床特征及在预后评估中的价值，同时光镜下观察肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）百分比，分析其与临床病理各参数的关系，希望从中筛选出影响预后的因素，为临床医生正确估计患者的预后以及延长患者生存时间提供一定的依据。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
1.1.1 样本来源
收集中国医学科学院肿瘤医院病理科2007年1月至2011年12月期间进行手术切除的60例原发性MM组织样本（18例有淋巴结转移，42例无淋巴结转移，术前均未进行放化疗）。所有病例的病理切片均由两位病理学专家复阅，按照第七版AJCC恶性黑色素瘤组织学标准[2]进行分期，诊断意见统一。
所有患者以临床病例查询、电话及回院复查的方式进行随访，随访日期自病理报告确诊日期算起，至2022年7月，并严格记录随访情况。共随访到35例恶性黑色素瘤患者，失访25例；随访结局定义为死亡。
1.1.2 主要试剂
鼠抗人单克隆抗体PD-L1购自美国R&D，鼠抗人单克隆抗体BRAFV600E（VE1）和通用型二抗-HRP购自美国罗氏公司，抗体稀释液、过氧化物酶封闭液和Tris-EDTA缓冲液购自美国Dako公司，鼠抗人单克隆抗体浓缩型CD68和DAB显色液购自福州迈新生物技术开发有限公司，0.01M磷酸盐缓冲液、0.01M柠檬酸盐缓冲液等购自中杉金桥。
1.2 研究方法
1.2.1 组织芯片构建
光镜下选择切片上无退变、坏死以及不同分化程度的肿瘤区域进行打孔靶位的定位标记，每个病例在受体蜡块上设计2个靶位，60例样本设计成4块受体蜡块。
1.2.2 免疫组化染色
免疫组化染色步骤按试剂盒说明进行。PD-L1蛋白的阳性着色定位于胞膜/胞质，BRAFV600E阳性着色主要定位于胞质，呈淡黄色～棕黄色的细/粗颗粒。采用半定量评价标准[3]：以棕黄色颗粒清晰着色于胞膜/胞质为阳性，根据阳性细胞数百分比计分：阳性细胞≤5%为0分，6%～25%为1分，26%～50%为2分，51%～75%为3分，> 75%为4分；根据细胞染色强度计分：无着色为0分，淡黄色为1分，黄色为2分，棕黄色为3分。将两项积分相乘形成最终的评级标准：0分为阴性（-），1～4分为弱阳性（+），5～8分为阳性（++），9～12分为强阳性（+++）。
CD68蛋白表达定位于胞质。在高倍视野下选择染色均匀的区域，计数5个视野，计算阳性细胞占细胞总数的百分比[4]：未着色为0分，≤25%为1分，26%～50%为2分，> 50%为3分。着色强度判定：无着色为0分，浅棕色为1分，棕色为2分，深棕色为3分。上述2项相加为最终判定标准，阴性： < 2分；阳性：≥2分。
1.2.3 TIL百分比统计
高倍镜下TIL≥50个淋巴细胞/100肿瘤细胞，为大量淋巴细胞浸润；TIL < 50个淋巴细胞/100肿瘤细胞，为小量淋巴细胞浸润。
1.3 统计学处理
所得数据应用SPSS21. 0统计软件包，各蛋白表达和TIL与临床分期、淋巴结转移和溃疡形成的关系采用等级相关分析，各蛋白表达和TIL与肿瘤大小和肿瘤浸润深度的关系采用秩和检验中的Mann-Whitney检验，检验水准α = 0.05，P < 0.05为差异有统计学意义；生存分析使用Cox回归模型。
2. 结果
2.1 病例资料
60例原发性恶性黑色素瘤患者男31例，女29例；年龄19岁～80岁，中位年龄56岁，发病高峰年龄50～65岁，≤50岁19例，> 50岁41例。18例伴淋巴结转移，转移的淋巴结数目不等；就诊时病变部位出现溃疡/和坏死者26例；皮肤的恶性黑色素瘤以肢端型黑色素瘤最多见（22/32例），躯干7例，其它部位3例；黏膜的恶性黑色素瘤共28例（消化道10例，头颈部10例，其它部位8例）；肿瘤浸润深度≤2恶性黑色素瘤者12例，> 2并≤4恶性黑色素瘤者8例，浸润深度> 4恶性黑色素瘤者40例；T分期T1期30例，T2期6例，T3期4例，T4期20例；Clark’s分期Ⅰ期24例，Ⅱ期19例，Ⅲ期16例，Ⅳ期1例。
2.2 PD-L1、BRAFV600E、CD68蛋白和TIL在恶性黑色素瘤中的表达
PD-L1、BRAFV600E和CD68免疫组化结果如图1～3。TIL情况如图4～5。
图 1 恶性黑色素瘤PD-L1蛋白强阳性表达（SP × 200）Figure 1. The strong positive expression of PD-L1 protein in malignant melanoma （SP × 200）
图 2 恶性黑色素瘤BRAFV600E 蛋白阳性表达（SP × 200）Figure 2. The positive expression of BRAFV600E protein in malignant melanoma （SP × 200）
图 3 恶性黑色素瘤细胞CD68蛋白阳性表达（SP × 200）Figure 3. The strong positive expression of CD68 protein in malignant melanoma （SP × 200）
图 4 恶性黑色素瘤组织中少量淋巴细胞浸润 （HE × 200）Figure 4. A few lymphocytes infiltrated in the malignant melanoma （HE × 200）
图 5 恶性黑色素瘤组织中大量淋巴细胞浸润 （HE×200）Figure 5. With extensive lymphocytes infiltrated in the malignant melanoma （HE × 200）PD-L1、BRAFV600E和CD68蛋白在原发性恶性黑色素瘤中阳性表达率分别为43.33%（26/60）、60%（36/60）和6.7%（16/60）。
2.3 生存分析
纳入生存分析的病例数共35例，生存6例，死亡29例。Cox回归分析中可用案例29（占比82.9%），删失案例6（占比17.1%）；删除案例中，带有缺失值的案例、带有负时间的案例、层中最早事件之前删失的案例均为0例。
将患者生存时间的影响因素采用Cox回归分析，协变量为患者性别、年龄、临床分期、肿瘤大小、肿瘤浸润深度、转移与否、溃疡形成与否、PD-L1、BRAF、CD68表达和TIL多少，采用向前法进行变量筛选，结果显示转移是影响恶性黑色素瘤患者预后的因素。出现转移，则患者死亡风险增大，见表1、图6。
表 1 多因素 COX比例风险回归模型Table 1. Multivariate COX proportional hazards regression model影响因素 β SE Wald P RR 95%CI 转移 0.926 0.451 4.225 0.040 2.524 1.044～6.105 3. 讨论
3.1 PD-L1蛋白与肿瘤
免疫反应中一个极其重要的协同刺激分子是B7家族[5]，而PD-L1（或称B7-H1）又是B7家族中的一个重要成员，也是肿瘤微环境中的重要成员之一，为PD-1的相应的配体[6]，其表达于T、B淋巴细胞、树突状细胞（DC）、内皮细胞、胎盘、心脏、肝脏等。PD-1/PD-L1对T细胞、DC、NK细胞及TIL均具有不同的调控作用[7]。PD-L1蛋白在肺癌、MM等中均有表达，且通过高表达的PD-L1与PD-1结合从而达到抑制机体抗肿瘤免疫反应的目的[8-10]。有文献认为PD-L1是黑色素瘤患者总生存期和无进展生存期的独立预后因素[11]，有的却认为与总生存期无关[12]。这表明PD-L1蛋白表达与总生存期、无进展疾病期的关系还需更进一步的实验证实。
PD-L1/PD-1通路在诱导效应T细胞凋亡、抑制T细胞活化、抑制机体抗肿瘤免疫反应和肿瘤免疫逃逸过程中发挥重要作用[13]，PD-L1也表达于部分TIL表面，通过结合其他TIL表面的PD-1发挥作用[14]。因此，PD-L1/PD-1通路成为引起研究者研发新一代药物的靶点。除MM外，结直肠癌等都有报道PD-L1蛋白表达与临床病理各参数的相关性[15]，Cathy A Pinto等[16]的研究认为晚期黑色素瘤患者的抗PD -1治疗进展不理想，这突出了进一步研究开发新药物和优化治疗策略的必要性。笔者的研究显示PD-L1高表达的患者见于较晚的T分期，这也许是因为PD-L1/PD-1通路激活抑制了免疫反应所引起。因此，PD-L1/PD-1信号通路激活的被抑制，可能是肿瘤免疫治疗的有效方法，有望成为恶性黑色素瘤免疫治疗的新手段，但PD-L1是否可以成为预后指标还有待更进一步的研究。
3.2 BRAFV600E蛋白与肿瘤
BRAF是丝氨酸/苏氨酸蛋白酶，RAF激酶家族的3个主要成员之一，该蛋白由3个保守结构域组成，可激活MAPK信号通路。BRAF的突变类型有V600E、V600K、V600R、V600D等，但MM常见的突变是BRAFV600E，即BRAF蛋白第600位的缬氨酸被谷氨酸取代，导致BRAF激酶活性显著提高，从而激活MAPK信号通路，使黑素细胞转化成黑素瘤细胞[17]。非小细胞肺癌BRAF突变率约占3%，突变类型中V600E型占一半左右，这和MM不同[18]。Feller等[19]研究发现免疫组化是检测BRAFV600E突变的一种可靠、高度特异性的方法，能作为临床实践中筛选BRAFV600E突变的工具。本实验中肢端型MM突变率约68.2%，故对于皮肤部位的MM笔者建议行BRAFV600E突变检测。
3.3 淋巴细胞浸润与肿瘤
TIL是一种异质性的淋巴细胞群体，以T细胞为主，存在于肿瘤间质内，是机体对肿瘤的抵抗现象[20]。TIL中T细胞以CD4+、CD8+为主。在光镜下观察到，部分肿瘤组织内可见到大量淋巴细胞浸润，且和肿瘤浸润深度、淋巴结转移等有关。
随着肿瘤免疫治疗的研究，最近几年，Rosenberg等[21]通过回输前临床干预使TIL回输治疗MM的有效率高达70%。
本研究发现大多数病例的病理切片中只能见到少量或缺乏TIL，笔者认为大多数恶性黑色素瘤患者对肿瘤缺乏免疫反应。
3.4 CD68与肿瘤
肿瘤微环境包括了巨噬细胞，有研究发现实体瘤中有大量的肿瘤相关巨噬细胞（TAM）浸润，与肿瘤的发生、发展关系密切[22]。根据巨噬细胞不同的功能特性，通常分2型：（1）经典激活的巨噬细胞（M1型），主要能分泌促炎因子、趋化因子等参与炎症反应、清除病原体，参与Th1型免疫应答发挥抑制肿瘤的作用；（2）替代活化的巨噬细胞（M2型），有较弱的抗原提呈能力，从而抑制了T细胞的增殖，促进肿瘤的发生、发展及转移。相关研究资料显示，肿瘤组织周围若有明显的巨噬细胞浸润，发生肿瘤扩散转移的几率低，预后也较好；反之亦然[23]。肿瘤间质中CD68阳性巨噬细胞是降低乳腺癌风险的独立预后因素，而CD68蛋白在MM的表达研究很少，且结果不尽相同。
CD68是巨噬细胞最可靠的标志物。本实验结果显示在恶性黑色素瘤中CD68蛋白阳性表达与肿瘤T分期间存在差异，提示巨噬细胞在肿瘤的发生、发展中起着一定的潜在作用。由于CD68蛋白既标记M1型也标记M2型，故CD68蛋白在判定肿瘤浸润巨噬细胞作用方面还存在一定的局限性。
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[1] [1]CECH T R, BASS B L.Biological catalysis by RNA[J].Annual Review of Biochemistry, 1986, 55 (1) :599. [2] [2]ALTMAN S.Enzymatic cleavage of RNA by RNA (Nobel Lecture) [J].Angewandte Chemie International Edition in English, 1990, 10 (4) :317-337. [3] [3]KILPATRICK M W, PHYLACTOU L A, GODFREY M, et al.Delivery of a hammerhead ribozyme specifically down-regulates the production of fibrillin-1 by cultured dermal fibroblasts[J].Human Molecular Genetics, 1996, 5 (12) :1939. [4] [4]LIEBER A, KAY M A.Adenovirus-mediated expression of ribozymes in mice[J].Journal of Virology, 1996, 70 (5) :3153. [5] [5]CORBEAU P, WONG-STAAL F.Anti-HIV Effects of HIV Vectors[J].Virology, 1998, 243 (2) :268. [6] [6]LIMA W F, WU H, CROOKE S T.Human RNases H[J].Methods in Enzymology, 2001, 341 (341) :430-440. [7] [7]PAN W H, CLAWSON G A.Identifying accessible sites in RNA:the first step in designing antisense reagents[J].Current Medicinal Chemistry, 2006, 13 (25) :3083-3103. [8] [8]VICKERS T A, KOOS, BENNETTCT, et al.Efficient reduction oftarget RNAs by small interfering RNA and RNase H-dependentantisense agents[J].J Biol Chem, 2003, 278 (9) :7108-7118. [9] [9]BALDOCCHIRA, GLYNNERJ, CHINK, et al.Design considerations for array CGH to oligonucleotide arrays[J].Cytometry A, 2005, 67 (2) :129-136. [10] [10]HAHNKEK, JACOBSENM, GRUETZKAUA, et al.Striptease on glass:validation of an improved stripping procedure for in situ microarrays[J].Journal of Biotechnology, 2007, 128 (1) :1-13. [11] [11]COBAUGH C W, CANNONE J J, DOSHI K J, et al.Evaluation of the suitability of free-energy minimization using nearest-neighbor energy parameters for RNA secondary structure prediction[J].Bmc Bioinformatics, 2004, 5 (1) :1-22. [12] 张剑, 杨晓梅, 高建刚.小鼠基因敲除的研究进展[J].山东大学学报 (理学版) , 2011, 46 (10) :183-196. [13] [13]JASON MORTON, M.WAYNE DAVIS, ERIK M.JORGENSEN, et al.Induction and repair of zinc-finger nuclease-targeted double-strand breaks in Caenorhabditis elegans somatic cells[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103 (44) :16370-16375. [14] [14]PA GAMMAGE, J RORBACH, AI VINCENT, et al.Mitochondrially targeted ZFNs for selective degradation of pathogenic mitochondrial genomes bearing large-scale deletions or point mutations[J].Embo Molecular Medicine, 2014, 6 (4) :6863-6869. [15] [15]CL RAMIREZ, MT CERTO, C MUSSOLINO, et al.Engineered zinc finger nickases induce homology-directed repair with reduced mutagenic effects[J].Nucleic Acids Research, 2012, 40 (12) :5560-5568. [16] [16]PORTEUS M H, CARROLL D.Gene targeting using zinc finger nucleases[J].Nat Biotechnol, 2005, 23 (8) :967-973. [17] [17]GEURTS A M, COST G J, FREYVERT Y, et al.Knockout rats via embryo microinjection of zinc-finger nucleases[J].Science, 2009, 325 (5939) :433. [18] [18]CERMAK1 T, DOYLE E L, CHRISTIAN M, et al.Efficient design and assembly of custom TALEN and other TAL effector-based constructs for DNA targeting[J].Nucl Acids Res, 2011, 39 (12) :82. [19] [19]VM BEDELL, Y WANG, JM CAMPBELl, et al.In vivo genome editing using a high-efficiency TALEN system[J].Nature, 2012, 491 (7422) :114-118. [20] [20]DING Q, LEE Y K, SCHAEFER E K, et al.A TALEN genome-editing system for generating human stem cell-based disease models[J].Cell Stem Cell, 2012, 12 (2) :238-251. [21] [21]RODOLPHEBARRANGOU.RNA-mediated programmable DNA cleavage[J].Nat Biotechnol, 2012, 30 (9) :836-838. [22] [22]MUSSOLINO C, CATHOMEN T.RNA guides genome engineering[J].Nat Biotechnol, 2013, 31 (3) :208-209. [23] [23]CONG L, ANN RAN F, COX D, et al.Multiplex genome engineering using CRISPR/cas systems[J].Science, 2013, 339 (6121) :819-823. [24]张中华, 侯永泰.si RNA制备技术的研究进展[J].生命科学, 2004, 16 (4) :231-234. [25] [25]SOMAYEH S M, EHSAN A, VAHID S, et al.Potential si RNA molecules for nucleoprotein and M2/L overlapping region of respiratory syncytial virus:In silico design[J].Jundishapur Journal of Microbiology, 2016, 9 (4) :e34304. [26] [26]FAKHR E, ZARE F, TEIMOORITOOLABI L.Precise and efficient si RNA design:a key point in competent gene silencing[J].Cancer Gene Therapy, 2016, 23 (4) :73. [27]李泽豪, 任小元, 王世兵, 等.介导si RNA传递的非病毒载体及其研究进展[J].生命科学, 2014, 26 (4) :392-399. [28] [28]AMSALEM O, NASSAR T, BENHAMRON S, et al.Solid nano-in-nanoparticles for potential delivery of si RNA[J].Journal of Controlled Release, 2017, 10 (257) :144-155. [29] [29]DAHLMAN J E, CBARNES, OFKHAN, et al.In vivo endothelial si RNA delivery using polymeric nanoparticles with low molecular weight[J].Nature Nanotechnology, 2014, 9 (8) :648-655. [30] [30]HUSSER L, ALVES M P, RUGGLI N, et al.Identification of the role of RIG-I, MDA-5 and TLR3 in sensing RNA virusesin porcine epithelial cells using lentivirus-driven, RNA interference[J].Virus Res, 2011, 159 (1) :9-16. [31] [31]SUMIMOTO H, Y KAWAKAMI.Lentiviral vector-mediated RNAi and its use for cancer research[J].Future Oncology, 2016, 3 (6) :655-664. [32] [32]COHEN Z R, RAMISHETTI S, PESHES-YALOZ N, et al.Localized RNAi therapeutics of chemoresistant grade IV glioma using hyaluronangrafted lipid-based nanoparticles[J].Acs Nano, 2015, 9 (2) :1581-1591. 期刊类型引用(3)
1. 熊绍风，熊小伟，彭国平，王昆，方洋，吕燕妮. 鸢尾素激活PGC-1α、UCP-1促进噬脂和褐变抑制 ACHN细胞增殖和迁移. 重庆医学. 2024(03): 321-327 . 
百度学术2. 叶薇. HPV16-E6、ID-1及Pin1在宫颈癌组织中的表达及相关性分析. 包头医学院学报. 2024(12): 82-86 . 百度学术3. 海燕，美力班·吐尔逊，阿仙姑·哈斯木. Pin1通过调控脂质代谢关键酶影响宫颈癌细胞的增殖及凋亡. 昆明医科大学学报. 2023(01): 1-6 . 本站查看其他类型引用(1)
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