智能药物的基因设计：16项发明专利纪实最新章节_卢圣栋著

2.发明名称：人白细胞介素 2 衍生物与人心钠素的融合基因、其蛋白质产物及应用

【权利要求书】

1.融合基因，它包括从 5’～3’依次为编码人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的核苷酸序列、对应于内肽酶识别序列的核苷酸接头、以及编码人心钠素ANP的核苷酸序列，其中编码人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的核苷酸序列如SEQ ID NO∶1 的第 1～402 位核苷酸的序列所示，所述的编码人心钠素ANP的核苷酸序列如SEQ ID NO∶2 的第 421～504 位核苷酸的序列所示。

2.如权利要求 1 所述的融合基因，其中所述的内肽酶识别序列为凝血酶识别序列Gly-Val-Arg-Gly-Pro-Arg。

3.如权利要求 1 所述的融合基因，其特征在于从 5’～3’依次为编码人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的核苷酸序列、对应于凝血酶识别序列的核苷酸接头，以及编码人心钠素ANP的核苷酸序列，其核苷酸序列为SEQ ID NO∶2。

4.由权利要求 1 的融合基因编码的融合蛋白。

5.如权利要求 4 所述的融合蛋白，从N端至C端依次为人白细胞介素 2 衍生物IL-2a和人心钠素ANP，所述的融合蛋白的氨基酸序列为SEQ ID NO∶4。

6.如权利要求 4 或 5 所述的融合蛋白，其中所述的人白细胞介素 2 衍生物IL-2a为将天然人白细胞介素2 自N端起第 100 位氨基酸由谷氨酸突变为甘氨酸、第 125 位氨基酸由半胱氨酸突变为丝氨酸而得到的产物且其C端连接有凝血酶识别序列Gly-Val-Arg-Gly-Pro-Arg。

7.权利要求 5 的融合蛋白经凝血酶切割后得到的产物人白细胞介素 2 衍生物IL-2a，其特征在于其为140 肽产物，并具有SEQ ID NO∶4 的融合蛋白氨基酸序列的第 1～140 位氨基酸的序列。

8.包含权利要求 1～3 任一项所述的融合基因的高效表达载体。

9.如权利要求 8 所述的表达载体，其为真核或原核表达载体。

10.用权利要求 9 的表达载体遗传工程化的宿主。

11.如权利要求 10 所述的宿主，其为真核生物或原核生物。

12.如权利要求 11 所述的宿主，其为大肠杆菌DH5α/DFP3，该菌株已于 1996 年 9 月 4 日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC M96014。

13.如权利要求 4 或 5 所述的融合蛋白在制各防止与抵御原位癌转移的药物中的应用。

14.如权利要求 13 所述的应用，其中所述的原位癌转移包括转移至肺、肾、肝或睾丸。

15.如权利要求 4 或 5 所述的融合蛋白在制备抗肿瘤同时抗少尿肾衰及抗心衰的药物中的应用。

【说明书】

人白细胞介素 2 衍生物与人心钠素的融合基因、其蛋白产物及应用

本申请是申请日为 1996 年 12 月 27 日、申请号为 96114189.1、发明名称为“IL-2 或其衍生物与ANP或其衍生物的融合基因、其三种蛋白质产物及应用、和包含该基因的载体及其构建方法”的中国专利申请的分案申请。

本发明涉及人白细胞介素 2（IL-2）或其衍生物与人心钠素（ANP）或其衍生物的融合基因，由融合基因得到的蛋白质产物，包含该融合基因的高效表达的重组体及该重组体的构建方法，还涉及所述的融合基因的蛋白产物在药物学中的应用。

人心钠素（ANP）是人心房分泌的一种 28 肽激素，氨基酸序列见本文后附的序列表中的SEQ ID NO.5，它在调节心血管和稳定内环境方面起着重要作用，其具有强大的利钠、利尿、舒张血管、抑制肾素-血管紧张素的作用。到目前为止，国内外的研究人员已运用基因工程手段和化学合成手段对心钠素及其衍生物进行了大量的研究，试图将其用于治疗妇女妊娠高血压、消除胸腹水、肺水肿、脑水肿，以及研究其对急性肾衰和心功能不全的效果。然而虽然对心钠素进行了大量的医用研究，但有一关键问题影响了其应用效果，即 28 肽心钠素半衰期较短，只有 2.5 分钟，在体内降解速度快、疗效短从而影响了其临床应用，例如美国经 500 多例临床三期验证心钠素对治疗急性肾衰的效果，仅 1/4 少尿肾衰病例有效。因此，寻找一种高效、长效的心钠素衍生物显得尤为重要。例如，我国西安第四军医大学运用化学合成法合成了25 肽（健康报，1996 年 2 月 8 日）的心钠素衍生物，据宣布该合成的肽对妇女妊娠高血压疗效良好。美国的一些研究者也在验证一种 25 肽的合成ANP衍生物对急性肾衰的效果，但迄今尚未公布结果。另外，为提高心钠素的活性和稳定性，也有研究者从基因水平上对编码ANP的核苷酸序列进行了修饰以得到提高活性和稳定性的一系列心钠素衍生物，这些工作（Bioche.Biophys.Res.Commun.1987，143：499：Eur.J.Pharmac.1988，147：49-57）例如包括（1）将编码ANP的N末端1～6 个氨基酸的序列删除，所得的22 肽ANP衍生物可提高活性 2～3 倍；（2）将编码第 8 位苯丙氨酸（Phe）的密码子突变为丝氨酸（Ser）的密码子，则得到的产物可有效地提高稳定性；（3）将编码第 12 位甲硫氨酸（Met）的密码子突变为异亮氨酸（ILe）的密码子，则又可提高活性 1～2 倍。

白细胞介素 2（IL-2）是由几种激活的T细胞亚群产生的具有多种生物学活性的淋巴因子，其在免疫调节中具有非常重要的作用。目前IL-2 已被广泛应用于治疗肿瘤、免疫缺陷性疾病及感染性疾病等方面，并取得了一定的疗效。但是，据报导大剂量使用IL-2 会引起少尿急性肾衰、尿潴留、微血管渗漏、肺水肿、急性心衰等毒副作用，另外，IL-2 事实上治疗恶性肿瘤的效果不佳，除黑色素瘤之外，对肾癌的有效率只有 23％。临床使用IL2 工作表明，如果将IL-2 直接注射到肿瘤病灶，因局部IL-2 浓度高、信号强，可提高IL-2 的疗效。

文献报导（Quirion R.et al PNAS 1986，83：174），心钠素受体富集于肺（3323 ± 156cpm）、肾（1463 ±474cpm）、心（1272 ± 216cpm）、肝（1017 ± 162cpm）、睾丸（905 ± 142cpm）、主动脉（823 ± 73cpm）、肠（505 ± 178cpm）、胃（442 ± 77cpm），因此，本发明人基于ANP及其衍生物能治疗少尿肾衰和心衰的功能，而IL-2 局部高浓度治疗肿瘤效果好，但同时引起少尿急性肾衰，急性心衰等毒副作用，考虑将ANP或其衍生物与IL-2 融合，运用定向治疗的理论，以ANP或其衍生物为分子导向的“制导器”，把IL-2 带到并浓缩在肺、肾、肝等脏器上，以提高IL-2 的浓度，从而增强IL2 的免疫信号，以便更有效地激活Lak细胞、NK细胞，诱生TNF和IFN，从而提高IL-2 对肺、肾、肝癌的疗效，利用ANP或其衍生物消除IL-2 的上述毒副作用，并且提高ANP的半衰期，由此，完成了本发明。

因此，本发明的第一个目的在于提供编码人心钠素或其衍生物的核苷酸序列和编码人白细胞介素 2 衍生物的核苷酸序列的融合基因，该融合基因插入合适的表达载体能高效表达心钠素或其衍生物和白细胞介素 2 衍生物的融合蛋白。

本发明的第二个目的在于提供心钠素或其衍生物与白细胞介素 2 衍生物的融合蛋白。

本发明的第三个目的在于提供一种编码人心钠素衍生物的DNA序列及由该序列编码的人心钠素衍生物，所述的DNA序列为上述融合基因的一部分，而所述的人心钠素衍生物为上述的融合蛋白经内肽酶凝血酶切断后所得的产物。该心钠素衍生物在活性和稳定性方面强于原来的 28 肽ANP。

本发明的第四个目的在于提供一种编码人白细胞介素 2 衍生物的DNA序列及由该序列编码的人白细胞介素 2 衍生物，所述的DNA序列为上述融合基因的一部分，而所述的人白细胞介素衍生物为上述的融合蛋白经内肽酶凝血酶切断后所得的产物。

本发明的第五个目的在于提供包含上述融合基因的高效表达载体及构建该载体的方法。

本发明的第六个目的在于提供含有所述的表达载体的能够生产三种活性多肽的工程菌，即“一菌三素”工程菌。

本发明的第七个目的在于上述的融合蛋白及人心钠素衍生物和人白细胞衍生物在制药中的应用。

根据本发明的一个方面，提供了编码人心钠素或其衍生物的核苷酸序列和编码人白细胞介素 2 衍生物的核苷酸序列的融合基因，其长度分别为 486 和 504 个碱基对，其核苷酸序列分别如序列表中的SEQ ID NO∶1和SEQ ID NO2 所示，其中SEQ ID NO1 为编码人心钠素衍生物sANP1 的核昔酸序列与编码人白细胞介素 2衍生物IL-2a的核苷酸序列的融合基因的核苷酸序列，而SEQ ID NO2 为编码 28 肽人心钠素的核苷酸序列与编码人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的核苷酸序列的融合基因的核苷酸序列。在这两个融合基因中。人心钠素或其衍生物的编码序列与人白细胞介素 2 衍生物的编码序列之间由编码凝血酶识别序列（Gly-Val-Arg-Gly-Pro-Arg）的核苷酸接头相连接，在SEQ ID NO∶1 和 2 中，该核苷酸接头序列由下划线示出。由本文的实施例可以看出所述的两种融合基因克隆到表达载体后能高效表达出融合蛋白。

根据本发明的另一方面，提供了人心钠素或其衍生物和人白细胞介素 2 洐生物的融合蛋白，分别命名为DFP1 和DFP3，其氨基酸序列分别如序列表的SEQ ID NO∶3 和SEQ ID NO∶4 所示。其中，DFP1 是人心钠素衍生物sANP1 和人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的融合蛋白，而DFP3 是全长人心钠素ANP和人白细胞介素 2 衍生物IL-2a的融合蛋白。在这两个融合蛋白中，人心钠素ANP或其衍生物sANP1 和人白细胞介素 2衍生物IL-2a之间由凝血酶识别序列相连，该识别序列在SEQ ID NO∶3 和 4 中以下划线示出。

根据本发明的再一方面，提供了一种本发明的融合蛋白DFP1 经凝血酶酶切后的产物人心钠素衍生物sANP1 及其DNA序列，sANP1 含有22 个氨基酸残基，它是将前述已知的三种提高活性和稳定性的可能性综合起来，经盒式突变与基因内重组，使其产物缺失了 28 肽心钠素（SEQ ID NO∶5）N末端的 6 个氨基酸，并将其第 8 位的苯丙氨酸突变为丝氨酸，将其第 12 位的甲硫氨酸突变为异亮氨酸，所得的 22 肽ANP衍生物在活性和稳定性方面有显著的提高（如下所述）。因此本发明采用了这种经突变的心钠素衍生物编码基因。

根据本发明的另一方面，提供了一种本发明的融合蛋白DFP1 或DFP3 经凝血酶酶切后的产物人白细胞介素 2 衍生物IL-2a及其DNA序列，IL-2a共含有 140 个氨基酸残基，其中在C末端保留有 6 个氨基酸残基的凝血酶识别序列。与天然的IL-2 相比，IL-2a的第 100 位氨基酸由谷氨酸变为甘氨酸，第 125 位氨基酸由半胱氨酸变为丝氨酸。

根据本发明的又一方面，提供了包含所述的融合基因的高效表达载体及该载体的构建方法。为提高基因表达的效率，将包含所述的包括融合基因的DNA片段在内的操纵子元件的 1～4 个拷贝正向插入通用的表达载体如质粒pLY1，将重组质粒导入宿主如E.coli DH5α等即可高效表达本发明的融合蛋白。如此构建的工程菌构成了本发明的另一方面。包含本发明的融合基因DFP1 和DFP3 的大肠杆菌菌株E.coli DH5α/DFP1 和E.coli DH5α/DFP3 已于 1996 年 9 月 4 日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号分别为CCTCC M 96013 和CCTCC M 96014。这两个菌株分别是将含有顺式双拷贝的DFP1 或DFP3 基因表达元件的质粒pAHQ6（含DFP1 基因）或pCW122（含DFP3 基因）转化大肠杆菌DH5α后筛选得到的转化子。所述的表达元件包括PL启动子、SD核糖体识别序列、融合基因DFP1 或DFP3、T1T2 终止序列。根据本发明的方法，可将 1～4 拷贝的表达元件插入表达载体，实验表明双拷贝形式显著提高了融合基因的表达水平，3～4拷贝的表达元件的插入而产生的质粒在表达水平方面仍有所提高，但将双拷贝的融合基因表达元件插入表达载体已使表达水平高达 45％细胞总蛋白，已完全符合生产的要求。

本发明还涉及所述的融合蛋白DFP1 和DFP3 在制备防止与抵御原位癌转移的药物中的应用，本发明的融合蛋白可能防止和抵御原位癌转移至肺、肾、肝或睾丸等，特别是对于原位癌转移至肺有更好的效果。由实施例可以看出，本发明的融合蛋白DFP1 抵御癌细胞扩散与转移的能力比IL2 强 1 倍，同时利用DFP1上的sANP1 的利尿作用消除了IL2 可能引起的急性肾衰，因此本发明还涉及所述的融合蛋白在制备抗少尿肾衰的药物中的应用。本发明的融合蛋白DFP1 经凝血酶消化后所得到的心钠素衍生物sANP1 的利尿和降压作用经药理活性测定也优于天然ANP，同 28 肽ANP比较，sANP1 的利尿活性为其 2.9 倍，降压活性为其2.7 倍，降压持续时间为其 4.3 倍，半衰期为其 2 倍。从而为sANP1 在制备利尿和降压药物中的应用提供了可能性。

因此，本发明的融合基因和融合蛋白是在一种全新的理论基础上得到的产物。所述的融合蛋白是兼具导向抗肿瘤活性和利尿、降血压活性的双功能活性肽，其半寿期经实验结果推测可能为 5～6 分钟，比天然28 肽ANP的半寿期 2.5 分钟要长约 1 倍，因而在体内能更好地发挥效力。而且该融合蛋白可经其中包括的ANP或其衍生物sANP1 的制导与ANP受体结合，浓缩于肺、肝、肾等处，在防止与抵御原位癌转移于肺部方面比IL2 强 1 倍；其次该融合蛋白可消除IL2 引起的少尿急性肾衰、微血管渗漏、肺水肿、急性心衰等毒副作用。实验表明，与IL-2 比较，在相同剂量下，IL-2 的排尿活性为生理盐水的 83％，而融合蛋白的排尿活性为生理盐水的 120％。IL-2 会引起室性早搏，而使用融合蛋白时心电图正常。另外融合蛋白DFP1 的利尿活性为原来的 28 肽天然ANP的 1.8 倍，降压活性是原来的ANP的 2.3 倍，持续时间为ANP的 4.3 倍。

以下将参照附图和实施例对本发明作详细的描述，应理解的是实施例只是具体描述本发明而并非对本发明的限制。

图1 示出实施例1 得到的 4 种心钠素衍生物与 28 肽心钠素氨基酸序列的比较。

图2 示出含有心钠素衍生物sANP1 基因的质粒pAHQ1 的构建。

图3 示出含有IL-2a基因的质粒IL-2aINP的构建。

图4 示出含有sANP1 和IL-2a基因的质粒pAHQ2 的构建。

图5 示出含有sANP1 和IL-2a融合基因DFP1 基因的表达载体pAHQ3 的构建。

图6 示出含有融合基因DFP1 的高效表达载体pAHQ5 的构建。

图7 示出具有双拷贝DFP1 表达元件的载体pAHQ6 的构建。

图8 为表达载体pAHQ5 和pAHQ6 转化大肠杆菌DH5α后所得转化子经热诱导表达融合蛋白DFP1 的SDS-PAGE图，图中泳道 1 为高密度发酵的未经诱导的DH5α/pAHQ5，泳道 2 为高密度发酵的诱导表达的DH5α/pAHQ5，泳道 3 和 8 为蛋白质分子量标准（由上至下依次为 66200、43000、31000、20100 及 14400道尔顿），泳道 4 为未经诱导的DH5α/pAHQ5，泳道 5 为经诱导的DH5α/pAHQ5，泳道 6 为未经诱导的DH5α/DAHQ6，泳道 7 为经诱导的DH5α/pAHQ6，图中箭头所示为本发明的融合蛋白DFP1（分子量约18600）的位置。

图9A和图9B以图表形式示出本发明的DFP1 融合蛋白与ANP、生理盐水和IL2 在利尿方面的活性实验比较结果，其中图9A示出在实验不同的时间点上，不同实验组的小鼠的排尿量，图9B则示出在实验不同的时间点上，不同实验组的小鼠的总尿量。

图10 详细示出含有AMP和IL-2a的融合基因DFP3 基因的表达载体的构建过程。

图11 为表达载体pCW120、pCW121、pCW122、pCW123 和pCW124 转化大肠杆菌DH5α后所得转化子经热诱导或未经诱导表达融合蛋白DFP3 的SDS-PAGE图，图中M为蛋白质分子量标准（由上至下依次为66200、43000、31000、20100 及 14400 道尔顿），泳道 1 为经 42℃诱导的DH5α/pCW122，泳道 2 为未经诱导的DH5α/pCW122，泳道 3 为经 42℃诱导的DH5α/pCW121，泳道 4 为未经诱导的DH5α/pCW121，泳道 5为经 42℃诱导的DH5α/pCW120，泳道 6 为未经诱导的DH5α/pCW120，泳道 7 为经 42℃诱导的DH5α/pCW123，泳道 8 为未经诱导的DH5α/pCW123，泳道 9 为经 42℃诱导的DH5α/pCW124，泳道 10 为未经诱导的DH5α/pCW124。图中箭头所示为本发明的融合蛋白DFP3 的位置。

图12 以图表形式示出本发明的DFP3 融合蛋白与作为对照的标准ANP、生理盐水和标准IL2 在利尿方面的活性实验比较结果。

图13 以图表形式示出本发明的DFP3 融合蛋白经凝血酶切割产生的ANP与作为对照的标准ANP、生理盐水在利尿方面的活性实验比较结果。

图14A和 14B分别示出了DFP3 和ANP样品的舒张血管活性实验的结果，实验采用离体的大鼠动脉血管条。

在下述实施例中，除非另有说明，所用的各种限制性内切酶及其他基因工程工具酶均购自Promega公司；Sephacryl S-200 为Pharmacia公司产品：高压电泳仪Model 3000Xi，低压层析系统Econo system，高速离心机Sorva11 Re24，快运凝胶扫描仪Chromscan 3 为Joyee loel产品，发酵系统为New Brunswick Scientific产品。DNA消化和连接反应条件根据厂商提供的指导进行。宿主细胞的转化方法如Molecular Cloning-A Laboratory Manual所述。另外所使用的菌株和起始质粒如下：

菌株：大肠杆菌DH5α

起始质粒：pBSsk，购自协和医科大学友谊公司

plyII-13，本发明人所在研究室构建

pLYI，本发明人所在研究室构建

实施例1 sANP1 等 4 种心钠素衍生物基因的构建及其高效表达

为获得高活性和稳定性的心钠素衍生物，根据本文背景技术部分所述的三种可能性，将之综合为一突变盒，然后经心钠素基因内的重组置换而获得 4 种新型心钠素衍生物基因。sANP1 基因为其中之一。具体步骤如下：

（1）突变盒片段的制备

按以下序列分别合成两段寡聚核苷酸片段，凡须在同一位点引入多种突变时，则同时加入等量的两种碱基：

片段 1（32 个碱基）：

片段 2（31 个碱基）：

上述片段合成后经氨解、PAGE分离和Sep-Pak C18 柱反相柱纯化后，进行退火及磷酸化。

（2）通过基因内重组构建αhANP衍生物

首先，在αhANP（原 28 肽心钠素）基因的中部有—AvaII位点。从重组体pLY1 中分离出αhANP AvaII位点至终止密码子TGA及后续至HindⅢ的 350bp片段用于重组。pLY1（图10）是以pBR322 为框架，主要被重组进去的基因除了氨苄青霉素抗性基因和CIts857 之外，还具有如下结构：

P _R P _L -CII（SD）-Ref-αbANP

以AvaII和HindⅢ酶切pLY1，收集 350bp的片段，即为αhANP的AvaII-Stop-HindⅢ片段，备以重组之用。

其次，以pBS-Sk（＋）为载体，用EcoRI和HindⅢ酶切，收集 2952bp大片段为新重组体的载体。

然后，按 32bp突变盒片段∶350bp片段∶2952bp片段＝20∶5∶1（摩尔比）的比例，将三片段混合，加入连接酶及其缓冲液在 16℃连接过夜，转化感受态细胞JM101，即可获得转化子。

所得转化子经菌落原位杂交、质粒限制性酶谱分析以及阳性重组子的DNA序列分析，获得了 4 种符合要求的心钠素衍生物基因，分别称为sANP1、sANP2、sANP3、sANP4，其氨基酸序列与αhANP的氨基酸序列的比较如图1 所示。

（3）4 种sANP的融合高效表达

将原克隆在pBS-Sk（＋）上的 4 种sANP分别转移克隆于pLY1 的Ref基因下游，构成：

P _R P _L -CII（SD）-Ref（Glu）-sANP1-T1T2

P _R P _L -CII（SD）-Ref（Glu）-sANP2-T1T2

P _R P _L -CII（SD）-Ref（Glu）-sANP3-T1T2

P _R P _L -CII（SD）-Ref（Glu）-sANP4-T1T2

转化大肠杆菌DH5α，经温控表达，PAGE电泳，扫描检测，4 种融合蛋白的表达均可达到约 50％细胞总蛋白。

实施例2 sANP1 基因的扩增

以AHQ（序列为 5’GGGGTTCGTGCTCCGCGTTGCTCCGGTGGTCGTATC 3’）及T7（购自Promega公司）为引物，利用克隆有sANP1 基因的质粒plyII-13（本实验室构建，带有盒式突变的sANP1 基因）为模板，用加端PCR法扩增sANP1 基因，其中引物AHQ中引入了对应于凝血酶识别序列的核苷酸接头（ad），反应体积为 50μl（其中包括 0.6pmol/μl引物AHQ、1pmol/μl T7 引物、0.9μg plyII-13、5μl 10×缓冲液、2μl dNTP、3μl MgCl ₂ 、0.5μl Taq DNA聚合酶和12.3μl三蒸水），反应步骤为94℃10 分钟，然后加入0.5μl Taq DNA聚合酶和 20μl石蜡油，5 分钟后进行 3 个如下循环 94℃40 秒、53℃1 分钟、72℃1.5 分钟，而后再进行 27 个如下循环 94℃40 秒、53℃30 秒、72℃1 分钟，最后为 72℃5 分钟，储存至 4℃直到进行下一步处理。将扩增产物进行 1％琼脂糖凝胶电泳，以pBR322/HinfI为分子量标记，当目的条带 446bp至适当位置后，用低融点琼脂糖控块回收该PCR产物。将如此得到的PCR产物用BamHI消化，回收 92bp的片段，即为ad-sANP1 基因。

实施例3 含sAHP1 基因的质粒pAHQ1 的构建

如图2 所示，以SmaⅠ和BamHI双酶切质粒pBSsk，用低琼脂糖控块回收 2960bp的载体片段，该载体片段与实施例1 中得到的ad-sANP1 基因片段连接后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞。以蓝白斑互补法（Molecular Cloning-A Laboratory Manual，2nd Edition）挑选白色菌落，接种于 5ml Amp＋LB培养基，37℃振荡过夜。用碱变性法快速小量制备质粒DNA，并用HindⅢ和BamHI、SmaⅠ和BamHI酶切鉴定pAHQ1，筛选出正确的重组子DH5α/pAHQ1。

用碱裂解法从经酶切鉴定正确的重组子克隆大量制备质粒DNA，用PEG沉淀法纯化质粒DNA，定量后，按照常规方法进行测序，测序结果显示ad-sANP1 的序列是正确的。

实施例4 IL-2a基因的克隆

以IL-2/pBR322（本实验室构建保存，含有IL-2 基因）为模板，引物为 5’AGCAGAATTCATATGGCACCTACTTCAAGTTCT 3’和 5’GGGAGTTGTGTTGAGATGATGC 3’，用PCR扩增出经点突变的IL-2a基因，回收 417bp的平端PCR产物片段，在如下反应体系中将该片段插入经SmaⅠ酶切的测序载体pBSsk中，所述的反应体系为 1μl pBSsk/SmaⅠ、2μlIL-2a PCR扩增片段、1μl T4 连接酶，1μl 10×缓冲液及 5μl三蒸水，将连接混合物在 12℃保温过夜。将连接液转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，用α-互补法从LB平板上筛选白色菌落，碱裂解法小量提取质粒。以pVUII酶切初筛出具有与预期相符的 843bp和 2519bp片段的重组子，再用EcoRI酶切鉴定得到所述IL-2a PCR片段以与 1acZ基因相同和不同的两种方向插入的重组质粒，分别命名为IL-2ainp和IL-2a insert ^- ，见图3。将质粒IL-2ainp进行测序，证实其含有正确的IL-2a基因。天然IL2 与该IL-2a基因所编码的多肽链的不同之处在于：100 位的Glu被突变为Gly，第 125 位的Cys被突变为Ser，且后者的C末端接有Gly-Val-Arg-Gly-Pro-Arg的凝血酶识别序列。

实施例5 含有sASP1 和IL-2a融合基因的质粒pAHQ2 的构建

如图4 所示，以SmaⅠ和EcoRI酶切实施例4 得到的质粒IL-2ainp，回收其中含有IL-2a基因的 408bp DNA片段。同样，将实施例3 得到的含sANP1 基因的载体pAHQ1 用SmaⅠ和EcoRI酶切，回收 3034bp的载体片段。将得到的两种片段连接，连接混合物转化大肠杆菌DH5α，小量制备质粒，经限制性内切酶酶切证实得到了重组质粒，该质粒命名为pAHQ2。

由此，通过pAHQ2 的构建实现了IL-2a-衔接头-sANP1 基因的融合，所述的融合基因命名为DFP1 基因。

实施例6 含有sANP1 和IL-2a融合基因DFP1 基因的表达载体pAHQ3 的构建

如图5 所示，以NdeI和BamHI双酶切实施例5 得到的质粒pAHQ2，回收含有IL-2a-sANP1 的 494bp的片段，由此制备目的基因片段，类似地，以NdeI和BamHI双酶切质粒pLYI，回收 4887bp的大片段，制备出载体片段，以供如下连接。

采用如上所述的连接条件，将 494bp的IL-2a-sANP1 片段与pLYI/NdeI＋BamHI连接，得到的重组载体命名为pAHQ3。

实施例7 高效表达载体pAHQ5 的构建

如图6 所示，为提高融合基因DFP1 的表达水平，采用亚克隆技术如下构建高表达质粒，以NdeI酶切实施例6 的载体pAHQ3，回收片段，在dNTP存在下，以Klenow酶补平NdeI缺口。然后，用乙醇沉淀DNA，再连接成环状DNA，由此得到的质粒命名为pAHQ5。为保证补平的效率，连接混合物转化大肠杆菌前再用NdeI酶切连接后的质粒。通过EcoRV和SmaⅠ双酶切初筛，再用NdeI和BamHI双酶切鉴定重组质粒的NdeI酶切应点消失，结果与设计相符。

通过这种亚克隆处理，增加了SD序列与起始密码子之间的距离，即SD序列与ATG密码子之间增加了两对核苷酸TA-AT，从而从基因表达调控方面提高了蛋白质的表达水平。

实施例8 具有双拷贝DFP1 表达元件的质粒pAHQ6 的构建

如图7 所示，用EcoRV完全酶切实施例6 得到的质粒pAHQ5，酶切后将反应物分成两份，其中一份加热至 70℃10 分钟灭活EcoRV，乙醇沉淀回收线性化的pAHQ5，再用CIP（牛肠磷酸酶）去磷酸化以防止该质粒自连。另一份用SSPI酶切，回收其中含有DFP1 融合基因及其旁侧序列的 2144bp的片段。然后，将上述制备好的线性pAHQ5 去磷酸化片段与该 2144bp片段连接，得到具有双拷贝DPP1 表达元件的重组质粒，命名为pAHQ6。用BamHI酶切该质粒pAHQ6，如果为顺式双拷贝表达元件，则酶切图谱应显示 2144bp和5383bp两个片段，而若为反式双拷贝表达元件，则酶切图谱显示 2706bp和 4821bp两个片段，结果表明只得到顺式双拷贝表达元件克隆。将所述的重组表达载体转化大肠杆菌DH5α，筛选转化子，含有该质粒的大肠杆菌DH5α/DFP1 已于 1996 年 9 月 4 日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCC M 96016。

实施例9 DFP1 基因的热诱导表达和SDS-PAGE检测

分别将实施例6、7 和 8 得到的表达载体pAHQ3、pAHQ5 和pAHQ6 转化大肠杆菌DH5α，筛选得到转化子，分别命名为DH5α/pAHQ3、DH5α/pAHQ5 和DH5α/pAHQ6。将三种转化子分别接种于 5ml LB/Amp＋培养基中并于 32℃振荡培养过夜。再以 2％接种量重新转接于 5ml LB/Amp＋培养基中并于 32℃振荡培养3～4 小时，然后升温至 42℃培养 4～5 小时，离心收集菌体，加入SDA-PAGE载样缓冲液于 95℃保温 30 分钟，随后以 8000 转/分离心 10 分钟，收集上清备电泳之用，类似地，以不通过升温诱导培养三种转化子作为对照。

SDS-PAGE依常规方法（例见Molecular Cloning A Laboratory Manual，2nd Edition，Cold Spring Harbor Laboratory）进行，用考马斯亮蓝R-250 染色，脱色后用Chromscan3 快速凝胶扫描仪于 626nm波长扫描，计算表达蛋白含量。结果见图8。经扫描仪扫描计算，DH5α/pAHQ3 的DFP1 表达量约为 20％细胞总蛋白（图中未示出）；DH5α/pAHQ5 的DFP1 表达量约为 30％，提示运用亚克隆技术调整SD与起始密码子之间的距离可调控蛋白的表达，此种处理蛋白表达量提高 10％；而具有双拷贝表达元件的DH5α/pAHQ6 的DFP1 表达量达到细胞总蛋白的 39％。较之DH5α/pAHQ5 又提高表达量约 10％，表明本发明的多拷贝表达元件构建载体方法达到了预期的效果。

实施例10 DFP1 融合蛋白的分离和纯化

采用New Brunswick Scientific高密度发酵系统将转化子DH5α/pAHQ5 进行高密度发酵，取 60 克菌体，经如下步骤处理纯化DFP1 融合蛋白。

A 细胞的破碎和包涵体的溶解

（1）洗涤菌体和破壁

以 10ml/g菌体的量加入 3％ Triton X-100 及溶菌酶（1mg/ml），经Tris-HCl（pH7.0）溶解，搅匀数小时。6000rpm离心菌体 15 分钟，向细菌沉淀中加入裂解液（50mM Tris-HCl，pH8.5，2mM EDTA，100mM NaCl，0.5％ Triton X-100），超声波破碎细胞至液体无黏稠感。而后 10000rpm离心 30 分钟，弃去上清，向沉淀中加入核酸酶及相应的缓冲液，于 37℃保温 1 小时，再于 10000rpm离心 30 分钟，得到包涵体沉淀。

（2）包涵体的洗涤

首先用 5％ Triton X-100 搅拌洗涤包涵体 2 小时，于 10000rpm离心 30 分钟，弃去上清。然后用 50mM Tris-HCl，2M盐酸胍，10mM EDTA，100mM NaCl洗二次，再用除 4M盐酸胍之外与上述清洗液相同的清洗液洗二次，洗涤时以超声波处理沉淀至其完全分散于清洗液中为止。

（3）包涵体的溶解

经上述步骤清洗彻底的包涵体用 10mM Tris-HCl pH8.8，100mM NaCl，2mM EDTA，10mM DTT和 7M盐酸胍溶解。

B Sephacryl S-200 色谱纯化包涵体蛋白

柱体积为 1.6cm×100cm，流动相为 6M盐酸胍，10mM（Tris-HCl，分别收集各流出峰，用SDS-PAGE检测目的蛋白DFP1 所在峰。

C 蛋白质复性

用 6M Gdn预先稀释使蛋白质浓度在 0.5mg/ml以下，再用稀释液（0.2M Tris-HCl pH8.8，5mM EDTA，4mM GSH＋GSSG（分子比为 9∶1），蔗糖 1％）稀释使Gdn终浓度在 1～1.5M，室温搅拌复性 48 小时，透析除去盐酸胍，对蛋白质进行定量。

D 超滤浓缩蛋白质

复性后用截流分子量为 10000D的超滤膜（Milipore公司产品）浓缩蛋白，操作在冰浴中进行。

实施例11 用凝血酶切割DFP1 以获得sANP1

按凝血酶∶蛋白质＝1∶20 的比例将凝血酶与实施例10 纯化得到的DFP1 混合，缓冲体系为 20mM TrisHCl pH7.0，10mM CaC12，1％甘油，于 28℃酶切过夜。以截流分子量为 5000D的超滤膜（Milipore公司产品）超滤，滤过液为sANP1（2316D），上层液则为IL-2a（15519D），再用截流分子量为 1000D的超滤膜浓缩sANP1，然后用放射性免疫法测定sANP1 浓度（500ng/ml）和用ELISA测定IL-2a浓度后，折算DFP1 浓度，结果DFP1 浓度为 125μg/ml，折合每升发酵液的DFP1 产量为 252mg/L。

实施例12 DFP1 和sANP1 的生理活性测定

A DFP1 的防止与抵御癌细胞转移与扩散实验

实验采用Lewis肺癌可移植瘤株（中国医学科学院基础所病理生理室保存），以 3.6×10 ⁶ /0.2ml细胞的量给C57 小鼠（中国医学科学院基础所病理生理室保存）背部腋窝皮下接种，72 小时后腹腔用药，实验分为三组，每组 15 只小鼠，这三组分别是阳性对照组（IL2）、实验组（DFP1）和阴性对照组（生理盐水，NS），均为腹腔注射，每次注射的量为，IL2 为 3 万单位，DFP1 以IL2 计相当于 3 万单位，生理盐水等体积注射。因药量有限，实验采用连续每日用药 10 次后，改为隔日给药，共给药 14 次，实验观察 23 天，观察指标包括瘤重、瘤体积、肺转移、肺表面结节数。当NS组出现死亡时，采用引颈法处死并解剖动物，观察结果。表1 示出实验结果。

表1

注：未统计在内的小鼠盖因腹腔注射刺伤内脏引起腹腔出血而中途死亡
关于肺转移率，因统计的基数过少，难以确定IL2 和DFP1 的区别

由上述表1 看出，令人感兴趣的是单个结节数，DFP1 组是IL2 组的一半，虽然DFP1 组的结节较大。这或许可以看成是DFP1 抵御癌细胞扩散与转移的能力比IL2 强 1 倍，或者可把DFP1 组出现的 32 个较大结节解释为，接种初期在肺部DFP1 浓度偏低的情况下从原位瘤转移而来的，而到了中后期，因肺部DFP1 浓度逐渐提高并因sANP1 对其受体的结合而使DFP1 上的IL2 较长时间地停留在肺部，提高了浓度，增强了信号，激活免疫防御力效果好，从而有效地防止和抵御了癌细胞的转移与扩散。而IL2 组，虽然肺部IL2 浓度递增的情况与DFP1 组相同，但IL2 随着代谢的进程很快地离开肺部，以致肺部IL2 的浓度不足以防止和抵御癌细胞在初、中、晚期全过程中对肺部的转移与扩散，也因此出现了大小不一的数量多了一倍的单个结节。

另外，此次实验还观察到DFP1 组小鼠多尿消瘦，这一现象可以解释为DFP1 上的sANP1 的利尿作用，消除了IL2 可能引起的急性肾衰，而消瘦则是肿瘤引起的。相反，观察到IL2 组小鼠少尿、增胖，这一现象可以解释为IL2 引起了少尿急性肾衰，尿潴留，因而增加了体重。下述IL2 与ANP、NS的比较排尿实验结果支持了上述看法。

B DFP1 的利尿活性实验

实验动物采用Wistar大鼠（中国医学科学院药物所提供），称重，预先禁食、禁水并适应代谢笼环境 1小时，灌以 1％盐水（5ml/100g体重，使动物细胞外液增加，以模拟水、钠潴留状态）。10 分钟后开始给药，共进行 4 组实验，分别为DFP1 组、ANP组、生理盐水组和IL2 组，给药方式采用腹腔注射 5μg/kg体重，药浓度为 0.5μg/ml，IL2 按 35μg/kg体重给药。于给水后 4 小时再次灌胃，补充 1％盐水 2.5ml/100g，记录 1、2、3、4、5、6、7 小时大鼠的尿量及总尿量。图9A和图9B分别示出了在实验不同的时间点上，不同实验组的大鼠的排尿量和总排尿量。

由图9A和 9B可以看出，DFP1 的总排尿量为 76ml，ANP则为 70.25ml，前者比后者多排了近 6ml，这是DFP1 中的sANP1 的活性提高和半衰期延长的总效果。另外，NS的排尿量为 62.9ml，而IL2 仅为52.31ml，比生理盐水少了 10.59ml。IL2 的排尿量仅为生理盐水的 83％。这一结果提示IL2 引起了少尿急性肾衰。此外，采用如下公式计算利尿活性比：

例如根据上述公式计算得到，DFP1 的利尿活性与ANP的利尿活性之比为（76-62.9）/（70.25-62.9）＝1.8，即DFP1 的利尿活性是ANP的 1.8 倍，同样计算得到原来sANP1 的利尿活性应为ANP的 2.9倍，看来，在DFP1 中的sANP1 用大约 1/3 的利尿活性去消除DFP1 中IL2 所引起的少尿作用。实验中，IL2组的排尿量仅为生理盐水组的 83％。值得注意的是 25μg IL2（大约为 2.5 万单位IL2/kg）即可引起少尿急性肾衰，而在DFP1 的实验中，曾使用了其中IL2 为 35μg/kg（大约为 3.5 万单位）不仅来见少尿反应，反而看到利尿（尿排出量增加）现象（这时DFP1 中的sANP1 用量均为 5μg/kg），提示sANP1 具有极强的利尿活性。据计算，DFP1 的排尿量为生理盐水的 120％。

C DFP1 的降压作用实验

实验采用雄性Wistar大鼠，体重为 291 ± 7g，以 50mg/kg的量注射Sodium pentobarbital，以多导仪（RM-6000，日本光电公司产品）测定动脉压和心电图，测定样品一次性注入股静脉，为便于观察降血压的持续时间，采取麻醉大鼠卧式插管方式测量血压的变化及心电变化。使用的样品分别为ANP、DFP1、IL2，实验结果如表2 所示。

表2 DFP1 对大鼠动脉压及心率的影响（二次实验结果）

如表2 所示，相当于在DFP1 中的sANP1 为 10μg/kg的DFP1 在给药后，使大鼠的平均血压降低了15mmHg，而对照的 10μg/kgANP仅降低 6.5mmHg，而且前者持续时间为 30 分钟，后者仅为 7 分钟，由此表明，DFP1 在降压方面优于ANP（28 肽），据计算，DFP1 的降压活性为ANP的 2.3 倍，待续时间为ANP的 4.3 倍（见表2），另外，在血压实验过程中跟踪的心电图显示在以 7 万单位/kgIL2 进行实验时，观察到3 次偶发室性早搏，而在DFP1 实验时未观察到心电失常现象。

实施例13 含DFP3 融合基因重组载体的构建

参见图10，采用与实施例2 类似的方法，以含ANP基因的pHMseq质粒为模板，以5’GGGGTTCGTG GTCCGCGTTCTCTTCGTCGTTC 3’和pUC/M13 Reverse Primer（购自Promega公司）分别作为上下游引物，通过PCR扩增出Ref-Adaptor-of-Thrombin-ANP片段，用BamHI酶切后，将其插入pBSsk载体的SmaⅠ与BamHI克隆位点间，经蓝白斑筛选及酶切鉴定，得到的重组质粒命名为pCW1，构建步骤详见图10。将pCW1 质粒进行DNA测序，确认其核苷酸序列的正确性。接着，以BamHI和EcoRI酶切pCW1，分离纯化得到 120bp片段，该片段含有Ref-Adaptor-of-Thrombin-ANP基因；同时，将pLY1 质粒用BamHI和EcoRI酶切回收 5373bp片段，用T4 DNA连接酶将所述两个片段连接，构建成温度诱导表达Ref-Adaptor-of-Thrombin融合蛋白的重组质粒pCW111。

随后，以IL-2/pBR322 为模板，以 5’AGCAGAATTCATATGGCACCTACTTCAAGTTCT 3’和 5’GG GAGTTAGTGTTGAGATGATGC 3’为引物，所设计的下游引物中带有改变的核苷酸序列，使得PCR产物中IL-2 的Cys（125 位）变为Ser，最后C端增加了Pro（核苷酸密码为CCC），经PCR扩增出突变的IL-2 产物。将该 417bp的PCR产物克隆人pBSsk的SmaⅠ位点，得到的重组质粒命名为pCW2＋。经蓝白斑筛选及酶切鉴定，然后经DNA测序确认其核苷酸序列的正确性。以NdeI和SmaⅠ双酶切pCW2＋，分离纯化得到405bp片段，该片段含有所构建的突变的IL-2 基因；另外用NdeI和SmaⅠ双酶切质粒pCW111 并回收其中的 4994bp片段；将所述的两个片段用T4 DNA连接酶连接、构建成温度诱导表达IL-2a-Adaptor-of-Thrombin-ANP即DFP3 融合蛋白的重组质粒pCW120。

经检测，重组质粒pCW120 在大肠杆菌宿主菌中DFP3 融合蛋白的表达量只有细胞总蛋白的 20％多，因此，为提高目的基因的表达水平，将该质粒以NdeI酶切而线性化，经Klenow酶补平末端，再用T4 DNA连接酶环化，如此构建的载体命名为pCW121，这样，通过在SD序列与DFP3 启动子之间增加了 2 个碱基，使得其表达融合蛋白的水平提高到占总细胞蛋白的 39％。

为进一步提高表达水平，采用本发明的重复克隆表达元件的方法，构建了分别含有 2、3、4 拷贝表达元件的重组质粒，依次命名为pCW122、pCW123、pCW124。具体方法是用EcoRV和SspI酶切pCW121，回收其中的 2256bp片段（其上含有PL启动子、SD核糖体识别序列、融合基因DFP3、T1T2 终止序列），将该片段插入pCW121 质粒的EcoRV位点，得到pCW122，将所述的重组表达载体转化大肠杆菌DH5α，筛选转化子，含有该质粒的大肠杆菌DH5α/DFP3 已于 1996 年 9 月 4 日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCCM 96017。采用同样的方法，构建得到重组质粒pCW123 和pCW124。

实施例14 DFP3 基因的热诱导表达和SDS-PAGE检测

采用实施例9 所述的方法，将实施例13 得到的重组载体pCW120、pCW121、pCW122、pCW123、pCW124 分别转化大肠杆菌DH5α，筛选转化子，将转化子通过温度调控进行表达，表达水平通过SDSPAGE，考马斯亮蓝（R250）染色或银染，经激光密度扫描分析融合蛋白DFP3 分别占细胞总蛋白的 39％、50％、55％、61％。见图11。

实施例15 DFP3 融合蛋白的纯化

利用如实施例10 所述相同的步骤，采用New Brunswick Scientific高密度发酵系统将转化子DH5α/pCW122 进行高密度发酵，取菌体依次进行细胞的破碎和包涵体的溶解，Sephacryl S-200 色谱纯化包涵体蛋白，蛋白质复性，超滤浓缩蛋白质等步骤得到纯化的融合蛋白DFP3。随后，如实施例11 所述，用凝血酶特异性切割融合蛋白DFP3，产生心钠素 28 肽ANP及带有凝血酶识别序列的白细胞介素衍生物IL-2a；用FPLC纯化目的蛋白ANP、DFP3，进行如下的生物活性检测。

实施例16 DFP3 和ANP的生物活性测定

参照实施例12 的步骤，对实施例15 纯化得到的DFP3 融合蛋白及其经凝血酶切割的产物ANP进行如下生物活性检测。

A DFP3 的利尿活性实验

实验动物采用Wistar大鼠，称重，预先禁食、禁水并适应代谢笼环境 1 小时，灌以 1％盐水（5ml/100g体重，使动物细胞外液增加，以模拟水、钠潴留状态），10 分钟后开始给药，共进行 4 组实验，分别为DFP1 组、标准ANP对照组、生理盐水组和标准IL2 对照组，给药方式采用腹腔注射 5μg/kg体重，药浓度为 0.5μg/ml，IL2 按 35μg/kg体重给药。于给水后 4 小时再次灌胃，补充 1％盐水 2.5ml/100g，记录 1、2、3、4、5、6、7、8、9 小时大鼠的尿量及总尿量。图12 示出了在实验不同的时间点上，不同实验组的大鼠的总排尿量。由图12 可以看出，本发明的DFP3 具有与标准ANP同等明显的利尿作用，而作为对照的标准IL2 则明显具有导致少尿的副作用。从 7 小时的结果看，IL2 的排尿量为生理盐水的 85.7％，DFP3 的排尿量为生理盐水的 113％。

B 由DFP3 经凝血酶酶切得到的ANP的利尿活性实验

实验动物采用Wistar大鼠，称重，预先禁食、禁水并适应代谢笼环境 1 小时，灌以 1％盐水（5ml/100g体重，使动物细胞外液增加，以模拟水、钠潴留状态）。10 分钟后开始给药，共进行 3 组实验，分别为样品ANP组、标准ANP对照组、生理盐水组，给药方式采用腹腔注射 5μg/kg体重，药浓度为 0.5μg/ml。记录1、2、3、4、5、6 小时大鼠的尿量及总尿量。图13 示出了在实验不同的时间点上，不同实验组的大鼠的排尿量。由图13 可以看出，本发明的由DFP3 酶切纯化得到的ANP具有与标准ANP同等明显的利尿作用。

C DFP3 和ANP的舒张血管活性实验

先以去钾肾上腺素使得离体大鼠动脉血管条（制备方法见《药理实验方法学》第 2 版，人民卫生出版社）收缩，加入定量的待测药品，用二导生理实验记录仪（四川仪表厂产品，型号XWT-204）记录血管条的收缩与舒张。分别测试DFP3 和由其得到的ANP的舒张血管作用，同时以生理盐水和标准ANP（购自Sigma公司）为对照，图14A和 14B分别示出了DFP3 和ANP样品的舒张血管活性。如图所示，本发明的DFP3 和ANP样品具有与标准ANP同等明显的舒张血管作用。