日本腦炎病毒核酸疫苗的構(gòu)建及免疫原性研究.pdf

1、日本腦炎病毒(Japaneses encephalitis virus,JEV)又稱乙型腦炎病毒,屬黃病毒家族,經(jīng)蚊蟲叮咬傳播,引起人類流行性乙型腦炎(簡稱乙腦)。目前乙腦主要流行于東南亞各國和遠(yuǎn)東地區(qū),每年約45000人發(fā)病,其中10000人死亡。JEV感染后往往引發(fā)嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,死亡率較高,幸存者亦有半數(shù)以上發(fā)展為永久的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。乙腦尚無有效的治療手段,因此免疫接種是控制其流行、保護(hù)易感人群的重要措施,目前使用的JE

2、V疫苗主要是幾種滅活疫苗和SA14-14-2減毒活疫苗。雖然疫苗的使用顯著降低了乙腦的發(fā)病率,但上述疫苗均有一定局限性:滅活疫苗存在高生產(chǎn)成本、免疫力不持久、需多次注射及存在變態(tài)反應(yīng)等缺陷;而減毒活疫苗則存在毒力回復(fù)的危險(xiǎn)。特別是2006年我國山西運(yùn)城出現(xiàn)乙腦流行,報(bào)告成人乙腦病例66例,其中死亡19例;并且2005-2007年期間印度亦持續(xù)發(fā)生乙腦的大規(guī)模流行,因此亟待發(fā)展一種安全、有效、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型JEV疫苗,而核酸DNA疫苗是一

3、個(gè)極具潛力的發(fā)展方向。
　　 黃病毒基因組為單股正鏈RNA病毒,約為11 kb,僅有一個(gè)開放閱讀框(openreading frame,ORF),從5'到3'端依次編碼3個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白(C、prM和E)和7個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5)。在這些蛋白中,以E蛋白可誘生中和抗體(neutralization antibody)而最為重要;prM蛋白在病毒成熟過程中會被酶切為M蛋白,某些情況

4、下,這一酶切并不完全,從而使prM蛋白成為潛在的中和抗體位點(diǎn),并且E蛋白的正確折疊亦離不開prM蛋白;NS1蛋白則是借助抗體依賴性補(bǔ)體介導(dǎo)的途徑發(fā)揮保護(hù)作用。當(dāng)前的研究已經(jīng)證實(shí)將表達(dá)prM-E/E或NS1的質(zhì)粒免疫小鼠后,能夠誘導(dǎo)特異性的保護(hù)免疫;并且小鼠被動免疫針對prM、E或NS1蛋白的單克隆抗體后亦能保護(hù)小鼠免受致死量病毒的攻擊。因此,為進(jìn)一步提高JEV核酸疫苗的免疫效果,構(gòu)建核酸疫苗時(shí)同時(shí)表達(dá)prM-E-NS1蛋白,綜合三者的保

5、護(hù)性表位,不失為一個(gè)理想的選擇。
　　 但是單純的DNA疫苗尚不足以引發(fā)良好的免疫效果,需要借助佐劑,特別是近年來廣泛使用的細(xì)胞因子佐劑,即在基因水平將細(xì)胞因子與核酸疫苗共同表達(dá),利用細(xì)胞因子上調(diào)機(jī)體免疫水平的作用,進(jìn)而增強(qiáng)核酸疫苗的效果。特別是粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)因其具有可促進(jìn)巨噬細(xì)胞及樹突細(xì)胞(dendr

6、itic cell,DC)的浸潤、成熟和活化,進(jìn)而提高免疫系統(tǒng)的抗原提呈能力,增加疫苗的免疫原性等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛關(guān)注,目前GM-CSF已被證實(shí)是良好的基因佐劑。
　　 目前來源于腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus,EMCV)的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(internal ribosome entry site,IRES)序列已經(jīng)廣泛應(yīng)用于異源基因的共表達(dá),因此本研究采用同樣的策略,構(gòu)建了雙順反子表達(dá)載體

7、pCAG-JEGM,在同一載體內(nèi)共表達(dá)JEV prM-E-NS1片段和GM-CSF基因,兩者由IRES相連。同時(shí)亦構(gòu)建了單獨(dú)表達(dá)prM-E-NS1的質(zhì)粒pCAG-JE和單獨(dú)表達(dá)GM-CSF的質(zhì)粒pCAG-GM,以評價(jià)GM-CSF不同的免疫方式引起免疫反應(yīng)的異同。實(shí)驗(yàn)流程、結(jié)果及結(jié)論如下:
　　 1.質(zhì)粒構(gòu)建
　　 JEV Beijing-1株感染C6/36細(xì)胞,提取病毒RNA;同時(shí)提取小鼠脾臟總RNA,分別以病毒RNA和

8、脾臟RNA為模板,RT-PCR擴(kuò)增,得到JEV prM-E-NS1片段和GM-CSF片段后,將該兩片段分別插入pIRES質(zhì)粒的多克隆位點(diǎn)A(multiple cloningsites A,MCSA)和多克隆位點(diǎn)B(multiple cloning sites B,MCSB),陽性克隆命名為pIRES-JEGM。進(jìn)而經(jīng)XhoⅠ和NotⅠ雙酶切該質(zhì)粒得到prM-E-NS1-IRES-GM-CSF片段后,將其克隆入具有雞β-actin啟動子的

9、pCAGGSP7質(zhì)粒的相應(yīng)位點(diǎn),陽性克隆經(jīng)酶切和測序驗(yàn)證,命名為pCAG-JEGM。為進(jìn)一步評價(jià)pCAG-JEGM的保護(hù)性效果,本研究繼續(xù)構(gòu)建了pCAG-JE(僅表達(dá)JEV prM-E-NS1)和pCAG-GM(僅表達(dá)GM-CSF)質(zhì)粒。為了避免不同質(zhì)粒之間引起機(jī)體反應(yīng)性不同及表達(dá)效率的差異,該兩個(gè)質(zhì)粒的構(gòu)建同樣使用了pCAGGSP7質(zhì)粒。上述質(zhì)粒經(jīng)測序和轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證構(gòu)建正確,可用于下一步的動物實(shí)驗(yàn)。
　　 2.動物免疫

10、　　 大量抽提各種質(zhì)粒后,免疫6-8周齡BALB/c小鼠,分為5組,分別免疫pCAG-JEGM、pCAG-JE、pCAG-JE+pCAG-GM、pCAG-JE+pCAGGSP7和pCAGGSP7,其中免疫pCAGGSP7作為對照組,免疫劑量為100μg/次/只,間隔3周,共免疫3次。末次免疫后3周,部分小鼠處死,用于檢測免疫學(xué)指標(biāo);部分小鼠則以50 LD50病毒量腹腔攻毒,進(jìn)行保護(hù)性實(shí)驗(yàn)。
　　 3.抗體檢測
　　 B

11、ALB/c小鼠于免疫前一天斷尾取血,并在每次加強(qiáng)免疫前取血,分離血清后-80℃凍存;大量增殖病毒并濃縮病毒抗原用以包被96孔板,進(jìn)行ELISA測定。首先監(jiān)測免疫期間,小鼠在不同的時(shí)相點(diǎn)針對病毒抗原的免疫應(yīng)答產(chǎn)生情況,所有的血清均以1:100稀釋,測定492nm處OD值,結(jié)果顯示:pCAGGSP7免疫組血清在觀察期間一直處于低水平,加強(qiáng)免疫后,其抗體水平未發(fā)生任何變化,與預(yù)期相符;而pCAG-JEGM、pCAG-JE和pCAG-JE+pC

12、AGGSP7三個(gè)免疫組在第一次免疫后3周,即可檢測到明顯的抗體反應(yīng),并且免疫反應(yīng)隨著第二、三次加強(qiáng)免疫而進(jìn)一步升高;然而矛盾的是,pCAG-JE+pCAG-GM共同免疫組則未有明顯的抗體產(chǎn)生,即便經(jīng)兩次加強(qiáng)免疫,其抗體水平亦無明顯變化,與其他三個(gè)免疫組相比,差別顯著(P＜0.00001)。
　　 同時(shí)末次免疫后,處死小鼠,分離血清,同樣以ELISA的方法測定各組anti-JEVIgG抗體滴度,結(jié)果顯示:pCAG-JEGM免疫組抗

13、體滴度最高1:2900,而pCAG-JE和pCAG-JE+pCAGGSP7免疫組抗體滴度大致相當(dāng),分別為1:1300和1:1600;然而pCAG-JE+pCAG-GM免疫組僅顯示了極低的抗體滴度(1:130),說明該組病毒抗原的表達(dá)受到了明顯的抑制。進(jìn)而繼續(xù)用ELISA的方法檢測了免疫血清的IgG抗體亞型,各組免疫血清顯示了相近的IgG1和IgG2a水平。攻毒后各組抗體效價(jià)明顯升高:pCAG-JEGM組為1:25600,pCAG-JE和

14、pCAG-JE+pCAGGSP7為1:12800,pCAG-JE+pCAG-GM組亦達(dá)到了1:6400;并且攻毒后血清IgG亞型以IgG1升高為主,提示攻毒后免疫反應(yīng)以Th2型為主。
　　 4.中和試驗(yàn)
　　 一般認(rèn)為E蛋白抗體特別是其中和抗體,在JEV感染過程中,發(fā)揮主要的保護(hù)作用,因此本研究檢測了小鼠攻毒前后中和抗體的產(chǎn)生情況。結(jié)果顯示:攻毒前各組僅顯示了極低的中和抗體效價(jià),pCAG-JEGM和pCAG-JE組中和抗

15、體效價(jià)為1:20;pCAG-JE+pCAG-GM和pCAG-JE+pCAGGSP7組中和抗體效價(jià)為1:10;pCAGGSP7空質(zhì)粒對照組中和抗體效價(jià)＜1:10;各組均未產(chǎn)生明顯的的中和抗體,說明針對候選核酸疫苗并未產(chǎn)生無菌免疫(sterile immunity)。而攻毒后,各組中和抗體效價(jià)顯著升高,pCAG-JEGM組為1:390,pCAG-JE組和pCAG-JE+pCAGGSP7相近,分別為1:260和1:290;pCAG-JE+pC

16、AG-GM為1:130,提示記憶性B細(xì)胞的激活引起抗體滴度迅速升高。
　　 5.NS1抗體依賴性補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用
　　 本研究除檢測E蛋白誘導(dǎo)的中和抗體水平外,亦檢測了NS1抗體介導(dǎo)的溶細(xì)胞作用。以JEV感染的L929細(xì)胞作為靶細(xì)胞,各組小鼠免疫血清經(jīng)56℃滅活補(bǔ)體,在體外與豚鼠補(bǔ)體按照不同的稀釋度和比例混合,37℃孵育1h后,接種至靶細(xì)胞中,孵育4h后,檢測上清中的LDH釋放。同時(shí)本研究還以pCAG-ME質(zhì)粒(僅表

17、達(dá)JEV prM-E蛋白)的免疫血清做平行對照。結(jié)果顯示,pCAG-JEGM、pCAG-JE和pCAG-JE+pCAGGSP7組顯示了≥50％的溶細(xì)胞活性,而pCAG-JE+pCAG-GM的溶細(xì)胞活性明顯低于上述三組,僅32％,與對照組相近,pCAG-ME和對照血清組僅顯示了非特異性的溶細(xì)胞活性(分別為30％和23％)。
　　 6.淋巴細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)和CTL檢測
　　 7.小鼠保護(hù)性實(shí)驗(yàn)
　　 8.過繼性轉(zhuǎn)移(被動