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      腺病毒55型抗原表位分析及評(píng)價(jià)

      2014-05-04 08:10:20李鵬飛陳堃修冰水張慶波張賀秋
      生物技術(shù)通訊 2014年2期
      關(guān)鍵詞:表位腺病毒血清型

      李鵬飛,陳堃,修冰水,張慶波,張賀秋

      1.河北聯(lián)合大學(xué),河北 唐山 063000;2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所,北京 100850

      腺病毒(adenovirus,Ad)包括1~55血清型[1],能引起急性腺病毒肺炎、急性胃腸炎、眼角膜炎和急性間質(zhì)性腎炎等多種臨床癥狀[2]。我國常見的呼吸道傳播的腺病毒類型主要為3型、7型[3]。腺病毒可以引起呼吸道感染暴發(fā),特別是生活在軍隊(duì)、學(xué)校等封閉環(huán)境內(nèi)的人群[4-5]。2006年,陜西省岐山縣中學(xué)暴發(fā)急性呼吸道疾病疫情;2012年2月,河北保定解放軍252醫(yī)院發(fā)生聚集性疫情。經(jīng)鑒定,這2起集中發(fā)熱事件均由腺病毒55型(Ad55)感染所致。Ad55是由Ad11與Ad14基因重組而形成的新型毒株[6],其臨床表現(xiàn)新特征,如發(fā)熱38.5℃以上、流鼻涕、咽痛、咳嗽、伴有呼吸困難,可能更易于暴發(fā)流行,一度被懷疑為SARS、甲流、禽流感[7],可引起公眾恐慌。由于缺少有效的針對(duì)腺病毒的治療手段和疫苗,因此針對(duì)呼吸道癥候群,研制包含Ad55在內(nèi)的廣譜性腺病毒早期快速診斷試劑,對(duì)疾病預(yù)警、確定隔離人群,控制疾病傳播具有重要意義。

      人腺病毒基因組長約36 kb,其衣殼呈規(guī)則的20面體結(jié)構(gòu),由六鄰體、五鄰體和纖突等蛋白組成復(fù)合結(jié)構(gòu)[8-9]。六鄰體含有型、組和亞組抗原決定簇,是診斷不同血清型的標(biāo)準(zhǔn)[10]。六鄰體含有重要的中和性抗原表位,也是疫苗研究的重要靶點(diǎn)[11]。纖突有血清特異性,且含有體外血細(xì)胞凝集的種屬特異性抗原決定位點(diǎn)。有研究顯示,纖突抗體的產(chǎn)生略早于六鄰體[12],因此,纖突抗原在早期診斷中具有重要地位。由于Ad55發(fā)現(xiàn)較晚,有關(guān)其抗原表位分析尚未見報(bào)道。我們用生物信息學(xué)技術(shù)預(yù)測(cè)了Ad55六鄰體和纖突抗原表位,為研制包括Ad55在內(nèi)的腺病毒血清學(xué)檢測(cè)和疫苗提供免疫學(xué)基礎(chǔ)。

      1 材料和方法

      1.1 材料

      47份疑似腺病毒呼吸道感染臨床樣本血清由本室保存;48份正常人血清樣本來自北京血站紅十字血液中心;大腸桿菌HB101和表達(dá)載體pBVIL-1由本室保存;Taq DNA聚合酶為北京百泰克生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品;T4DNA連接酶為TaKaRa公司產(chǎn)品;DNA限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ和BamHⅠ購自Pro?mega公司;配制LB培養(yǎng)基的胰蛋白胨及酵母提取物購自本院條件處;PCR產(chǎn)物回收試劑盒由北京百泰克生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。引物全部由上海英駿生物技術(shù)有限公司合成;DNA序列測(cè)定由中美泰和生物技術(shù)有限公司完成。

      1.2 抗原表位分析

      從 NCBI網(wǎng)站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/proteins/)下載Ad55的氨基酸序列,運(yùn)用Biosun生物軟件比對(duì)序列,分析六鄰體、纖突的抗原表位情況,確定克隆表達(dá)的表位區(qū)間。

      1.3 引物設(shè)計(jì)與基因合成

      根據(jù)抗原表位的氨基酸序列,采用大腸桿菌優(yōu)勢(shì)密碼子設(shè)計(jì)并優(yōu)化優(yōu)勢(shì)抗原表位區(qū)間的基因(分段設(shè)計(jì)并合成引物,采用重疊延伸PCR方法合成各基因片段,并逐步將各片段搭橋擴(kuò)增,最終得到完整的優(yōu)勢(shì)抗原區(qū)間基因)。

      1.4 原核表達(dá)載體的構(gòu)建

      設(shè)計(jì)含酶切位點(diǎn)的上下游引物,對(duì)上述基因進(jìn)行PCR擴(kuò)增,從而在基因片段兩端引入酶切位點(diǎn),經(jīng)雙酶切后插入經(jīng)同樣酶切的表達(dá)載體pBVIL-1,轉(zhuǎn)化大腸桿菌HB101,挑選鑒定陽性克隆并測(cè)序。

      1.5 抗原表達(dá)與純化

      鑒定出的陽性克隆在37℃培養(yǎng)過夜后,轉(zhuǎn)至新鮮的LB培養(yǎng)基,37℃培養(yǎng)2~3 h,至D600nm值為0.4~0.6,42℃誘導(dǎo)表達(dá)4 h以上,離心收集菌體,用TE緩沖液沖洗菌體并懸起,超聲波破碎細(xì)胞,離心收集上清,用陰離子交換柱Sephrose 4B和分子篩Sephdex G50純化抗原,SDS-PAGE鑒定各步分離產(chǎn)物。

      1.6 間接ELISA法評(píng)價(jià)Ad55主要抗原表位活性

      以純化的Ad55主要抗原表位蛋白包被酶聯(lián)板,用間接ELISA法對(duì)疑似患者和正常人血清樣本進(jìn)行測(cè)定,根據(jù)D450nm值計(jì)算S/c,評(píng)價(jià)重組抗原的反應(yīng)活性。

      2 結(jié)果

      2.1 序列比對(duì)與抗原表位選擇

      運(yùn)用Biosun生物軟件預(yù)測(cè)Ad55六鄰體、纖突蛋白抗原表位,表位峰值較高的區(qū)段如圖1中橫線所示,Ad55六鄰體含有4個(gè)連續(xù)表位(130~190、180~240、230~280和270~322 aa,以下分別稱為表位1~表位4)和2個(gè)非連續(xù)表位(410~460和620~680 aa,以下分別稱為表位5、表位6),纖突含有2個(gè)主要抗原表位(135~165和210~260 aa,以下分別稱為表位7、表位8),作為克隆表達(dá)的目的序列。

      2.2 抗原表達(dá)與純化

      測(cè)序結(jié)果顯示基因插入正確。將測(cè)序正確的表達(dá)菌株進(jìn)行大量誘導(dǎo)表達(dá),超聲波裂解后的菌懸液幾乎無沉淀,經(jīng)SDS-PAGE鑒定,8個(gè)融合Ad55蛋白為包涵體形式表達(dá),純化后,其純度可達(dá)95%以上。

      2.3 間接ELISA評(píng)價(jià)8個(gè)融合Ad55蛋白的抗原性

      以純化的融合Ad55蛋白包被酶聯(lián)板,用間接ELISA初步檢測(cè)48例正常人和47例疑似患者的血清,ROC曲線分析結(jié)果見圖3。其中表位4、5和8的ROC 曲線下面積(AUC)分別為 0.76(P<0.05)、0.77(P<0.05)和0.81(P<0.05),具有一定的診斷意義。

      2.4 3種Ad55診斷抗原的變異分析

      考慮到腺病毒具有多個(gè)血清型,我們對(duì)篩選的表位4、5和7等3個(gè)Ad55表位與其他血清型之間的變異情況進(jìn)行了比較,主要篩選了臨床具有呼吸道癥狀,且在我國有流行傳播的3、7、11和14共4種血清型,結(jié)果見表1。篩選的Ad55表位與不同腺病毒血清型之間的序列同源性并不相同,3個(gè)Ad55表位均與Ad11相關(guān)表位之間的同源性最高,與Ad3的同源性最低,提示3個(gè)表位除了可檢出Ad55外,對(duì)Ad11也有相同的檢出能力。表位7除了與Ad3差異較大外,與Ad7、Ad11、Ad14其他型別之間具有較高的同源性;表位5除了與Ad11高度同源外,與Ad3、Ad7、Ad11存在較大差異,是最有可能具有Ad55血清學(xué)特異性的抗原。這一結(jié)果提示,可通過一定的抗原組合達(dá)到針對(duì)多種腺病毒血清型的檢測(cè)目的。

      圖1 Ad55六鄰體(A)和纖突(B)的抗原表位分析

      3 討論

      腺病毒在我國上世紀(jì)50~60年代出現(xiàn)過大規(guī)模流行,其中兒童感染肺炎死亡率高達(dá)30%[13]。沉寂了半個(gè)世紀(jì)后,近些年國內(nèi)又暴發(fā)了多起腺病毒感染造成的集體發(fā)熱疫情。由于腺病毒引發(fā)的肺炎癥狀并不典型,且對(duì)抗生素不敏感,一度被懷疑為SARS、甲流、禽流感等,給公眾造成一定的恐慌,因此,對(duì)腺病毒的早期診斷具有重要意義。

      圖2 8種Ad55表位抗原的純化M:蛋白marker;1~8:依次為表位1~8

      圖3 8種Ad55表位抗原檢測(cè)的ROC曲線

      表1 Ad55篩選表位氨基酸序列的同源性分析

      目前針對(duì)腺病毒的檢測(cè)主要是基因檢測(cè),具有靈敏度高、能分型等特點(diǎn)[14],但操作復(fù)雜,儀器昂貴,無法用于基層。20世紀(jì)60年代臨床建立的以免疫熒光為主的腺病毒抗原檢測(cè),主要針對(duì)3型和7型,往往難以檢測(cè)新的腺病毒血清型[15]。本研究針對(duì)新發(fā)腺病毒55開展相關(guān)抗原研究,為研發(fā)廣譜性腺病毒免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)打下基礎(chǔ)。

      Ad55是由腺病毒11型與14型基因重組形成的新型毒株[3],是新發(fā)傳染病原。我們初步用疑似腺病毒感染者血清篩選出3個(gè)Ad55抗原表位,序列比較結(jié)果提示Ad55抗原與Ad11高度同源,與Ad3、Ad7的同源性較差。因此,針對(duì)Ad3、Ad7的單抗無法識(shí)別新發(fā)的Ad55表位,是造成Ad55漏檢的主要原因。本研究獲得的3個(gè)表位,特別是135~165 aa表位,與除Ad3型外所有的腺病毒血清型高度同源。因此,補(bǔ)充Ad3型相關(guān)表位,聯(lián)合本研究篩選的表位,能提高檢測(cè)腺病毒血清型的覆蓋面,最終為研制包括Ad3、Ad7、Ad11、Ad14、Ad55在內(nèi)的我國通用性呼吸道癥狀腺病毒的免疫檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。

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