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文檔簡介
1、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌是威脅人類健康的主要腫瘤之一,已成為全球第六大好發(fā)性腫瘤,每年約有逾50萬病例發(fā)生,且惡性程度高,已成為第五大致死腫瘤1。每年的死亡數(shù)約為14,000例,約占全部腫瘤診斷病例的6%2。根據(jù)American Cancer Society數(shù)據(jù)顯示,盡管隨著外科技術(shù)水平的提高和放療化療方案的成熟,在1996-2003年間,其死亡率已顯著降低,但是,其復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移病例的術(shù)后存活時(shí)間僅為6個(gè)月。而這其中,導(dǎo)致低存活率的主要因素就是區(qū)
2、域性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或者遠(yuǎn)處臟器轉(zhuǎn)移。因此針對腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因研究成為腫瘤研究的熱點(diǎn)之一。
熱休克蛋白27(heat shock protein,Hsp27)是小分子量熱休克蛋白家族中最具代表性的成員,其重要的生物學(xué)功能是保護(hù)細(xì)胞免受環(huán)境中自由基、熱、缺血和毒性物質(zhì)等各種應(yīng)激因素導(dǎo)致的損傷,促進(jìn)蛋白質(zhì)的正確折疊、組裝和糾正蛋白質(zhì)的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)。此外,Hsp27也參與微絲的穩(wěn)定,細(xì)胞增殖、分化、及細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)等5-7。
3、
有報(bào)道顯示Hsp27與多種腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān),其作為一種應(yīng)激蛋白,在腫瘤中的表達(dá)程度與腫瘤分期及預(yù)后有一定的相關(guān)性。但有研究發(fā)現(xiàn)Hsp27在某些腫瘤中過表達(dá);而同時(shí)在某些腫瘤中低表達(dá)或無表達(dá)8,9。如在前列腺癌10,人肝細(xì)胞肝癌11,12,腎細(xì)胞癌13,口腔舌鱗癌14及乳腺癌15,胃癌16,17中,Hsp27均呈高表達(dá)狀態(tài),并被認(rèn)為是預(yù)后不良的標(biāo)志性因子。同時(shí)有諸多研究的結(jié)果與以上研究截然相反,顯示Hsp27是預(yù)后良好
4、的標(biāo)志性因子,在諸多患有惡性纖維素瘤15,成神經(jīng)細(xì)胞瘤18,子宮內(nèi)膜腺瘤19,20和食道癌的患者中,都有報(bào)道認(rèn)為Hsp27高水平表達(dá)預(yù)示預(yù)后良好。也有更多的研究支持,即使對同一病理分型的腫瘤進(jìn)行有關(guān)Hsp27的研究,其與腫瘤惡性性及轉(zhuǎn)移和侵襲的關(guān)系也不完全一致;此外,不同組織來源的腫瘤,不同個(gè)體間,也存在同樣現(xiàn)象。因此,目前,對于Hsp27的研究,尤其Hsp27與頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的關(guān)系尚無定論。
本課題中使用美國密歇根大學(xué)
5、腫瘤中心Thomas E.Carey實(shí)驗(yàn)室建立并保存的來自同一病人原發(fā)腫瘤和同期存在的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶的兩種細(xì)胞系UM-SCC-22A/UM-SCC-22B,首先分別運(yùn)用MTS,細(xì)胞劃痕試驗(yàn),Matrigel細(xì)胞侵襲實(shí)驗(yàn)及裸鼠活體內(nèi)生物發(fā)光技術(shù),觀察此兩種細(xì)胞系生物學(xué)行為的異同,發(fā)現(xiàn)相對于低轉(zhuǎn)移潛能頭頸鱗癌細(xì)胞系UM-SCC-22A,高轉(zhuǎn)移潛能頭頸鱗癌細(xì)胞系UM-SCC-22B表現(xiàn)出極強(qiáng)的遷移和侵襲特性。即,來源于同一病患同期原位癌和淋巴結(jié)
6、轉(zhuǎn)移灶的兩種細(xì)胞系,在體內(nèi)外轉(zhuǎn)移生物學(xué)行為上存在著顯著差異,可被用于進(jìn)行頭頸鱗癌轉(zhuǎn)移行為的研究模型。而且,在此模型中我們發(fā)現(xiàn)其兩者的Hsp27mRNA和蛋白水平表達(dá)存在顯著性差異,即,UM-SCC-22A低表達(dá)Hsp27,同時(shí),UM-SCC-22B高表達(dá)Hsp27,因此,我們將此實(shí)驗(yàn)?zāi)P陀糜谶M(jìn)行Hsp27在頭頸鱗癌遷移和侵襲中的作用研究,以期能夠揭示兩者之間的關(guān)系。
作為一種新的基因治療方法,RNA干擾(RNA inter
7、ference,RNAi)以其特異性、高效性成為研究的熱點(diǎn)。慢病毒載體具有可感染分裂細(xì)胞及非分裂細(xì)胞、轉(zhuǎn)移基因片段容量較大、目的基因表達(dá)時(shí)間長、不易誘發(fā)宿主免疫反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)前基因治療中的理想載體?;铙w內(nèi)熒光示蹤系統(tǒng)的應(yīng)用也拓展了腫瘤轉(zhuǎn)移動物實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷慕⑺悸?,尤其通過裸鼠左心房內(nèi)注射腫瘤細(xì)胞所建立的腫瘤轉(zhuǎn)移動物實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,相對于鼠尾注射,皮下注射、原位注射等操作,具有成瘤率高、成瘤速度快、動物存活率高并且可以更好的模擬腫瘤細(xì)胞定植
8、、侵襲、轉(zhuǎn)移過程等優(yōu)點(diǎn),已逐漸發(fā)展成為成熟且被廣泛應(yīng)用的腫瘤轉(zhuǎn)移動物實(shí)驗(yàn)?zāi)P汀?br> 在本課題中,我們利用RNAi干擾技術(shù),設(shè)計(jì)并合成針對頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞Hsp27基因的小干擾RNA片段,通過陽離子脂質(zhì)體瞬時(shí)轉(zhuǎn)染Hsp27過表達(dá)腫瘤細(xì)胞,同時(shí),購買已建立的載有特異性抑制Hsp27基因表達(dá)的小發(fā)夾RNA的慢病毒質(zhì)粒,包裝生產(chǎn)慢病毒顆粒,長效轉(zhuǎn)染Hsp27過表達(dá)腫瘤細(xì)胞;此外,設(shè)計(jì)構(gòu)建生產(chǎn)過表達(dá)Hsp27基因的慢病毒顆粒,長效轉(zhuǎn)
9、染Hsp27低表達(dá)腫瘤細(xì)胞。運(yùn)用MTS,細(xì)胞劃痕,Matrigel細(xì)胞侵襲實(shí)驗(yàn)等觀察體外實(shí)驗(yàn)中腫瘤細(xì)胞相應(yīng)的遷移和侵襲能力改變,并同時(shí)通過建立裸鼠活體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移生物發(fā)光模型,觀察Hsp27基因沉默/過表達(dá)后,腫瘤細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)移能力的改變。以期進(jìn)一步研究頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制,及其與Hsp27表達(dá)之間的關(guān)系,探討抑制頭頸部鱗狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移的策略,同時(shí)探索頭頸部鱗狀細(xì)胞癌基因治療的靶點(diǎn)。
本課題包括四部分
第一
10、部分:不同轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞株(UM-SCC-22A/UM-SCC-22B)生物學(xué)行為異同及Hsp27mRNA和蛋白的表達(dá)
1.不同轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞株生物學(xué)行為異同
對2種已知轉(zhuǎn)移潛能的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22A/UM-SCC-22B進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng),采用MTS細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn),細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)及transwell侵襲實(shí)驗(yàn),建立裸鼠活體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移生物發(fā)光模型,觀察不同轉(zhuǎn)移潛能細(xì)胞系的
11、轉(zhuǎn)移能力。結(jié)果顯示:常規(guī)接種細(xì)胞培養(yǎng)24、48小時(shí)后,此兩種細(xì)胞系增殖能力無明顯差異(P>0.05)。細(xì)胞劃痕試驗(yàn)表明,劃痕產(chǎn)生48小時(shí)后,UM-SCC-22B細(xì)胞系劃痕愈合率達(dá)66.50%,UM-SC-22A僅為18.69%,即UM-SCC-22B細(xì)胞體外遷移能力為UM-SCC-22A的3.56倍。Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn)顯示,接種105細(xì)胞于上室40小時(shí)后,UM-SCC-22B細(xì)胞系有53.56個(gè)細(xì)胞/觀察視野穿透Matrigel,
12、粘附于上室底膜下表面,UM-SCC-22A細(xì)胞系有25.45個(gè)細(xì)胞/觀察視野,即UM-SCC-22B細(xì)胞體外侵襲能力為UM-SCC-22A的2.11倍。生物發(fā)光顯示,UM-SCC-22B組細(xì)胞裸鼠左心房接種后,成瘤率和轉(zhuǎn)移率明顯高于UM-SCC-22A組。
2.不同轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞株中Hsp27mRNA和蛋白的表達(dá)
對通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí),具有不同轉(zhuǎn)移潛能的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22A
13、/UM-SCC-22B進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng),采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和Western blotting方法對Hsp27基因在mRNA和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)進(jìn)行檢測,分析其表達(dá)豐度與頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),2種頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系均有Hsp27基因表達(dá),高轉(zhuǎn)移潛能細(xì)胞系UM-SCC-22B中Hsp27表達(dá)水平明顯高于UM-SCC-22A,差異顯著(P<0.01)。UM-SCC-22B細(xì)胞系Hsp27 mRNA水平是UM-SCC-
14、22A的22.38倍,western blotting結(jié)果顯示UM-SCC-22B細(xì)胞中,位于27kb位置條帶明顯強(qiáng)于UM-SCC-22A。頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系Hsp27表達(dá)豐度與其轉(zhuǎn)移能力相關(guān),隨著轉(zhuǎn)移能力的上升,Hsp27表達(dá)水平升高。
第二部分:瞬時(shí)轉(zhuǎn)染siRNA干擾Hsp27基因效果鑒定及其對UM-SCC-22B遷移和侵襲的影響
1.siRNA干擾:Hsp27基因及其干擾效果鑒定
根據(jù)
15、siRNA設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)合成靶向Hsp27基因的siRNA,采用陽離子脂質(zhì)體試劑瞬時(shí)轉(zhuǎn)染高轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22B,應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和Western Blotting檢測RNA干擾后Hsp27基因的沉默效果。結(jié)果顯示,siRNA Hsp27瞬時(shí)轉(zhuǎn)染24小時(shí)后,Hsp27 mRNA水平明顯下調(diào),其干擾效率為93%,與空白對照組及陰性對照組比較,差異具有顯著性(P<0.01)。siRNA Hsp27瞬時(shí)轉(zhuǎn)染4
16、8小時(shí)后,Hsp27蛋白水平明顯下調(diào),western blotting結(jié)果顯示,與空白對照組及陰性對照組比較,位于27kb位置條帶明顯強(qiáng)度明顯下降,與實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果一致。
2.siRNA干擾Hsp27基因?qū)︻^頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲的影響
于轉(zhuǎn)染siRNA后48小時(shí),應(yīng)用細(xì)胞劃痕試驗(yàn)檢測Hsp27基因表達(dá)下調(diào)后,高轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞UM-SCC-22B遷移能力變化;應(yīng)用Matrigel侵
17、襲實(shí)驗(yàn)檢測Hsp27基因表達(dá)下調(diào)后,UM-SCC-22B侵襲能力的改變。轉(zhuǎn)染siRNA下調(diào)UM-SCC-22B細(xì)胞Hsp27基因表達(dá)后,細(xì)胞劃痕后24小時(shí),空白對照組和陰性對照組細(xì)胞劃痕開始愈合,而siRNA轉(zhuǎn)染組幾乎沒有愈合;72小時(shí)后空白對照組和陰性對照組愈合率達(dá)71.66%,50.57%,而siRNA轉(zhuǎn)染組僅有少量愈合,愈合率為18.30%,與其它兩組比較差異顯著(P<0.01)。Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,接種上室40小時(shí)
18、后,siRNA轉(zhuǎn)染組穿膜細(xì)胞數(shù)明顯減少,每個(gè)觀察視野僅有26.91個(gè)細(xì)胞,是空白對照組穿膜細(xì)胞數(shù)的50.24%,此結(jié)果與空白對照組和陰性對照組相比,具有顯著性差異(P<0.01)。
第三部分:Hsp27基因shRNA慢病毒靶向沉默Hsp27的效果鑒定及對UM-SCC-22B生物學(xué)行為的影響
1.Hsp27基因shRNA慢病毒載體的鑒定及其靶向沉默熱休克蛋白27的效果鑒定
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19、ystem,可表達(dá)shRNA Hsp27的慢病毒載體質(zhì)粒pLK0.1-shRNA-Hsp27質(zhì)粒,轉(zhuǎn)染入U(xiǎn)M-SCC-22B細(xì)胞,運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測Hsp27表達(dá),初步鑒定質(zhì)粒正確性和有效性。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染24,48小時(shí)后,Hsp27 mRNA表達(dá)量分別降至42%,24%,干擾效果明顯。密歇根大學(xué)載體中心包裝后,得到高滴度慢病毒顆粒pLenti-shRNA-Hsp27,長效轉(zhuǎn)染入U(xiǎn)M-SCC-22B后,運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和w
20、estern blotting檢測Hsp27表達(dá)。結(jié)果顯示,shRNA Hsp27長效轉(zhuǎn)染后,Hsp27 mRNA水平明顯下調(diào),其干擾效率為94%,與空白對照組及陰性對照組比較,差異具有顯著性(P<0.01)。Hsp27蛋白水平明顯下調(diào),western blotting結(jié)果顯示,與空白對照組及陰性對照組比較,位于27kb位置條帶明顯強(qiáng)度明顯下降,與實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果一致。
2.Hsp27基因shRNA慢病毒轉(zhuǎn)染后對頭頸
21、部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響
慢病毒顆粒pLenti-shRNA-Hsp27長效轉(zhuǎn)染UM-SCC-22B,并高效干擾Hsp27表達(dá)后,采用MTS細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn),細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)及Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn),建立裸鼠活體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移生物發(fā)光模型,觀察Hsp27表達(dá)抑制后,UM-SCC-22B轉(zhuǎn)移能力變化。結(jié)果顯示:常規(guī)接種細(xì)胞培養(yǎng)24、48小時(shí)后,與空白組和陰性對照組相比,shRNA Hsp27組增殖能力無明顯差異(P>0.05)
22、。細(xì)胞劃痕試驗(yàn)表明,劃痕產(chǎn)生72小時(shí)后,空白對照組細(xì)胞劃痕愈合率達(dá)71.4%,shRNA Hsp27實(shí)驗(yàn)組僅為16.3%,即shRNA Hsp27干擾后,空白組細(xì)胞遷移能力為實(shí)驗(yàn)組4.38倍。Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn)顯示,接種105細(xì)胞于上室40小時(shí)后,shRNA Hsp27實(shí)驗(yàn)組有29.6個(gè)細(xì)胞/觀察視野穿透Matrigel,粘附于上室底膜下表面,空白對照組細(xì)胞有60個(gè)細(xì)胞/觀察視野,即空白組細(xì)胞體外侵襲能力為shRNA asp27組
23、的2.03倍。熒光示蹤顯示,各組細(xì)胞裸鼠左心房接種后,空白組動物模型成瘤率和轉(zhuǎn)移率明顯高于實(shí)驗(yàn)組。
第四部分:重組Hsp27表達(dá)慢病毒載體的構(gòu)建、鑒定及其對頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響
1.重組Hsp27表達(dá)慢病毒載體的構(gòu)建和鑒定
設(shè)計(jì)引入BamHI,Xbal兩個(gè)酶切位點(diǎn)的人Hsp27基因引物,利用pOTB7-Hsp27全長cDNA質(zhì)粒,PCR擴(kuò)增Hsp27基因,平端酶切,回收純化。利用
24、BamHI,Xbal酶切位點(diǎn),T4連接酶連接Hsp27基因片段和pLentiLox RSV慢病毒載體。雙酶切電泳驗(yàn)證目的Hsp27基因片段連接正確,轉(zhuǎn)化感受態(tài)DH5-alpha大腸桿菌,小提后進(jìn)行重組質(zhì)?;驕y序。測序正確,成功構(gòu)建過表達(dá)Hsp27基因慢病毒載體pLenti-RSV-Hsp27。大提后送密歇根大學(xué)載體中心包裝生產(chǎn)過表達(dá)Hsp27慢病毒顆粒pLenti-RSV-Hsp27。長效轉(zhuǎn)染入低轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-S
25、CC-22A后,實(shí)時(shí)熒光定量PCR和westernblotting檢測Hsp27表達(dá)。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染后,Hsp27基因mRNA和蛋白水平均明顯升高。過表達(dá)組Hsp27 mRNA水平是對照組的15.07倍,western blotting結(jié)果顯示,過表達(dá)組27kb蛋白條帶強(qiáng)度顯著增高。
2.過表達(dá)Hsp27對頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響
慢病毒顆粒plenti-RSV-Hsp27長效轉(zhuǎn)染UM-SCC-2
26、2A,并高效表達(dá)Hsp27表達(dá)后,采用MTS細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn),細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)及Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn),建立裸鼠活體內(nèi)熒光示蹤腫瘤轉(zhuǎn)移動物模型,觀察Hsp27表達(dá)增加后,UM-SCC-22A轉(zhuǎn)移能力變化。結(jié)果顯示:常規(guī)接種細(xì)胞培養(yǎng)24、48小時(shí)后,與空白對照組相比,過表達(dá)Hsp27組增殖能力無明顯差異(P>0.05)。細(xì)胞劃痕試驗(yàn)表明,劃痕產(chǎn)生48小時(shí)后,空白對照組細(xì)胞劃痕愈合率為19.84%,過表達(dá)Hsp27實(shí)驗(yàn)組為51.33%,即Hsp2
27、7過表達(dá)后,細(xì)胞遷移能力為空白對照組2.56倍。Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn)顯示,接種105細(xì)胞于上室40小時(shí)后,Hsp27過表達(dá)組有59.13個(gè)細(xì)胞/觀察視野穿透Matrigel,粘附于上室底膜下表面,空白對照組細(xì)胞有29.35個(gè)細(xì)胞/觀察視野,即過表達(dá)組細(xì)胞體外侵襲能力為空白對照組的2.01倍。熒光示蹤顯示,各組細(xì)胞裸鼠左心房接種后,過表達(dá)組動物模型成瘤率和轉(zhuǎn)移率明顯高于對照組。
結(jié)論:
1.成功建立頭頸部鱗
28、狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,建立頭頸部鱗狀細(xì)胞癌裸鼠活體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移生物發(fā)光模型。
2.頭頸部鱗狀細(xì)胞癌Hsp27的表達(dá)與其轉(zhuǎn)移潛能密切相關(guān),隨其轉(zhuǎn)移潛能的升高,其表達(dá)豐度升高。頭頸部鱗狀細(xì)胞癌低轉(zhuǎn)移潛能細(xì)胞系UM-SCC-22A/高轉(zhuǎn)移潛能細(xì)胞系UM-SCC-22B,可作為良好的實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,深入研究Hsp27表達(dá)調(diào)控與頭頸部鱗狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移間的關(guān)系。
3.體外合成,瞬時(shí)轉(zhuǎn)染siRNA干擾技術(shù)可高效下調(diào)高轉(zhuǎn)移潛能頭頸
29、部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22B asp27基因的表達(dá)。
4.瞬時(shí)轉(zhuǎn)染siRNAHsp27,高轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系Hsp27基因下調(diào)后,顯著抑制其細(xì)胞遷移和侵襲能力。Hsp27基因可作為有效頭頸部鱗狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移的治療靶點(diǎn)。
5.長效轉(zhuǎn)染慢病毒顆粒pLenti-shRNA-Hsp27能夠高效、特異的沉默高轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22B的Hsp27基因表達(dá)。
6.
30、長效轉(zhuǎn)染慢病毒顆粒pLenti-shRNA-Hsp27可顯著抑制高轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22B的體內(nèi)外轉(zhuǎn)移能力。
7.成功構(gòu)建過表達(dá)Hsp27基因慢病毒載體pLenti-RSV-Hsp27。長效轉(zhuǎn)染慢病毒顆粒pLenti-RSV-Hsp27可高效、特異性增加低轉(zhuǎn)移潛能頭頸部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系UM-SCC-22A的Hsp27基因表達(dá)。
8.長效轉(zhuǎn)染慢病毒顆粒pLenti-RSV-Hsp27可
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