馬小靜,李夢瑩,張淮瑜,宋阿北,許立華,吳心華,張巧娥,李繼東
(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,銀川 750021)
牛病毒性腹瀉(bovine viral diarrhea,BVD)和牛傳染性鼻氣管炎(infectious bovine rhinotracheities,IBR)是危害牛等反芻動(dòng)物的兩類重要疫病,病原分別為牛病毒性腹瀉病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)和牛傳染性鼻氣管炎病毒(infectious bovine rhinotracheities virus,IBRV)。BVDV和IBRV?;旌细腥九H?,引起多種臨床癥狀,對奶牛及肉牛養(yǎng)殖業(yè)造成了很大危害[1-3]。目前臨床尚無有效治療藥物,國內(nèi)早期通常采用接種豬瘟兔化弱毒疫苗來預(yù)防BVD的發(fā)生[4]。2016年,商品化的BVD疫苗出現(xiàn),為BVD-IBR二聯(lián)滅活苗,這也填補(bǔ)了國內(nèi)IBR疫苗的空白[5]。傳統(tǒng)疫苗的出現(xiàn)有效地降低了BVD和IBR的發(fā)病率和防治成本,但同時(shí)也帶來一些無法避免的問題。滅活疫苗的優(yōu)點(diǎn)在于安全性較高[6],但他們通常誘導(dǎo)較弱的中和抗體反應(yīng)和較短的保護(hù)期[7]。相較于滅活苗,弱毒疫苗雖然能產(chǎn)生較強(qiáng)的免疫力且免疫保護(hù)周期較長[8],但其存在較大的安全隱患,可能會引起流產(chǎn)、胎兒感染等不良反應(yīng)[9]。為了探究更具前瞻性的防治措施,具有免疫反應(yīng)持續(xù)時(shí)間長、安全性高、容易改造、儲存運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)的核酸疫苗[10-12]成為了當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。雖然也有學(xué)者擔(dān)心重組質(zhì)粒有可能整合到宿主基因組,但迄今為止還沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)來證實(shí)這種危險(xiǎn)性[13]。
目前,國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)表了較多針對BVD或IBR的核酸疫苗的研究,普遍利用其優(yōu)勢抗原基因作為核酸疫苗的靶基因且得到了較好的研究成果。國內(nèi)石明[14]對作為核酸疫苗靶基因的BVDV囊膜蛋白E0和E2的疫苗免疫效果進(jìn)行了綜合評價(jià),結(jié)果顯示可分別誘導(dǎo)較好的體液免疫和細(xì)胞免疫。國外Deshpande等[15]發(fā)現(xiàn)利用攜帶IBRVgD基因的質(zhì)粒表達(dá)gD蛋白,能誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生抵抗IBRV的細(xì)胞毒性T細(xì)胞,為機(jī)體提供保護(hù)力;除gD外,以gC和gE為靶基因的核酸疫苗也得到研究,國內(nèi)張帆等[16-17]先后構(gòu)建IBRVgC、IBRVgE真核表達(dá)載體,并對其反應(yīng)原性進(jìn)行了研究。但是,對能夠同時(shí)防制BVD和IBR的二聯(lián)核酸疫苗的研究卻未見報(bào)道。因此,本試驗(yàn)計(jì)劃擴(kuò)增BVDVE0和IBRVgD目的基因,將兩者插入pVAX1-IRES中,構(gòu)建pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒,轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,利用間接免疫熒光試驗(yàn)檢測E0和gD在293T細(xì)胞中的表達(dá)情況。此外,將pVAX1-E0-IRES-gD肌內(nèi)注射免疫小鼠,研究其免疫效應(yīng)。通過上述試驗(yàn)過程及結(jié)果,為BVD-IBR二聯(lián)核酸疫苗的研究提供參考。
BVDV NADL病毒株、IBRV HVRI-002病毒株購自中國獸醫(yī)微生物菌種保藏管理中心;pVAX1質(zhì)粒、MDBK細(xì)胞、BVDV和IBRV牛源陽性血清均由寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院預(yù)防獸醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室保存;大腸桿菌DH5α購自索萊寶生物科技有限公司;293T細(xì)胞株由寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院動(dòng)物遺傳育種實(shí)驗(yàn)室饋贈;18~22日齡SPF級小鼠,購自寧夏醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心;BVD-IBR二聯(lián)滅活苗(商品名:哞樂優(yōu))購自金宇保靈有限公司。
PBST、BSA、TMB顯色液、PEG6000(索萊寶);限制性內(nèi)切酶(NEB);PrimeSTAR HS DNA聚合酶、rTaqDNA聚合酶、DNA T4連接酶(TaKaRa);兔抗牛IgG-FITC熒光二抗、HRP標(biāo)記的兔抗鼠IgG(Abcam);病毒基因組DNA/RNA提取試劑盒、DNA純化回收試劑盒、快速質(zhì)粒小提試劑盒、無內(nèi)毒素質(zhì)粒大提試劑盒(Tigen);Lipofectamine 3000轉(zhuǎn)染試劑盒(Thermo Fisher);小鼠γ干擾素(IFN-γ)酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒、小鼠白細(xì)胞介素4(IL-4)酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒(Elabscience)。
根據(jù)GenBank中的參考序列,利用Prime premier設(shè)計(jì)用于擴(kuò)增BVDVE0、IBRVgD基因和IRES元件的引物(表1)。在擴(kuò)增BVDVE0基因和IBRVgD基因的5′端均引入了Kozak序列,這段序列的加入有助于后期重組質(zhì)粒的表達(dá)等試驗(yàn)順利進(jìn)行。E0基因預(yù)期擴(kuò)增大小為706 bp,包括684 bp的基因編碼區(qū)和酶切位點(diǎn)及Kozak序列;gD基因預(yù)期擴(kuò)增大小為1 275 bp,包括1 254 bp的基因編碼區(qū)和酶切位點(diǎn)及Kozak序列。引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
表1 試驗(yàn)所用引物序列Table 1 Primers sequences
取出-80 ℃保存的BVDV和IBRV細(xì)胞培養(yǎng)物,反復(fù)凍融3次,利用DNA/RNA提取試劑盒提取病毒基因組。以獲得的IBRV DNA溶液為模板,對gD基因進(jìn)行擴(kuò)增,PCR反應(yīng)體系:5× PrimeSTAR Buffer (Mg2+Plus) 10 μL,dNTP Mixture 4 μL, 上下游引物各0.2 μL,基因組1.5 μL,ddH2O 34.1 μL。PCR反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性5 min;98 ℃變性10 s;55 ℃退火15 s;72 ℃延伸2 min;35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min。以獲得的BVDV RNA溶液為模板,按反轉(zhuǎn)錄試劑盒操作步驟合成cDNA。對E0基因進(jìn)行擴(kuò)增,PCR反應(yīng)體系:10×Buffer (Mg2+Plus) 5 μL,dNTP 4 μL,rTaq酶0.5 μL,上下游引物各0.5 μL,cDNA 3 μL,RNase free水36.5 μL。 PCR反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s,60 ℃退火50 s,72 ℃延伸50 s,35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min。PCR反應(yīng)后進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳,100 V 30 min,用凝膠成像儀觀察結(jié)果并拍照。利用DNA凝膠回收試劑盒回收純化目的基因E0和gD。
1.5.1 pVAX1-IRES載體的構(gòu)建與鑒定 將本實(shí)驗(yàn)室保存的pIRES-AcGFP1質(zhì)粒作為模板,擴(kuò)增IRES序列。PCR反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性5 min;98 ℃ 變性10 s;60 ℃退火15 s;72 ℃延伸1 min;35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min。PCR反應(yīng)體系:5× PrimeSTAR Buffer (Mg2+Plus) 10 μL,dNTP Mixture 4 μL,上下游引物各0.2 μL,pIRES-AcGFP1質(zhì)粒1 μL,ddH2O 34.6 μL,合計(jì)50 μL。PCR反應(yīng)后進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳,110 V 30 min,用凝膠成像儀觀察結(jié)果并拍照。利用DNA凝膠回收試劑盒回收純化IRES片段,利用BamHⅠ和EcoRⅠ雙酶切pVAX1和IRES后,進(jìn)行連接與轉(zhuǎn)化。產(chǎn)物經(jīng)雙酶切鑒定并送至上海生工生物工程公司測序。
1.5.2 pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒的構(gòu)建與鑒定 用AfIⅡ、BamHⅠ同時(shí)雙酶切pVAX1-IRES和E0基因后,進(jìn)行連接和轉(zhuǎn)化。產(chǎn)物經(jīng)雙酶切鑒定,鑒定陽性者送往上海生工生物工程公司測序,得到重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES。將pVAX1-E0-IRES和gD基因均使用EcoRⅠ和PstⅠ雙酶切后,進(jìn)行連接和轉(zhuǎn)化。產(chǎn)物經(jīng)雙酶切鑒定,鑒定陽性者送往上海生工生物工程公司測序,得到重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD。
依照天根無內(nèi)毒素質(zhì)粒大提試劑盒操作步驟提取空載體pVAX1-IRES和重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD,調(diào)整兩者質(zhì)量濃度為1.0 μg·μL-1。復(fù)蘇293T細(xì)胞并將其接種至六孔板中培養(yǎng)至細(xì)胞貼壁75%~85%。將構(gòu)建好的重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD和空載體pVAX1-IRES按照Lipofectamine 3000試劑說明書分別轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,另設(shè)空白對照。轉(zhuǎn)染48 h后,利用一抗(BVDV、IBRV陽性血清)和二抗(兔抗牛IgG-FITC)進(jìn)行間接免疫熒光試驗(yàn)(IFA),檢測E0和gD基因在293T細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)情況。
1.7.1 動(dòng)物免疫試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將108只SPF級小鼠分為6個(gè)試驗(yàn)組,Ⅰ~Ⅲ組為重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD注射組,質(zhì)粒注射量分別為 50、100和200 μg·只-1;Ⅳ組為空載體pVAX1-IRES注射組(100 μg·只-1);Ⅴ組為PBS對照組(0.2 mL);Ⅵ組為BVD-IBR滅活苗注射組(0.2 mL)。免疫方式均為小鼠腿部肌內(nèi)注射,初次免疫2周后加強(qiáng)免疫1次。各組小鼠分別于首免前0 d,首免后7、14、21、28、42 d進(jìn)行頜下靜脈采血,收集血清保存于-20 ℃ 備用;在0、14、28、42 d 4個(gè)時(shí)間點(diǎn)每組隨機(jī)選取2只小鼠,頸椎脫臼法處死后無菌采取脾,用于隨后的脾淋巴細(xì)胞增殖試驗(yàn)。所有動(dòng)物試驗(yàn)均嚴(yán)格按照國家研究委員會實(shí)驗(yàn)動(dòng)物護(hù)理和使用指南的要求進(jìn)行,并已提交寧夏大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理與福利委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號:NXU-ACAU-2019-010)。
1.7.2 免疫小鼠血清中g(shù)D和E0抗體水平檢測 采用ELISA方法分別檢測兩次免疫后的小鼠血清中g(shù)D和E0特異性抗體水平的變化。對BVDV和IBRV進(jìn)行增殖,將病毒培養(yǎng)液反復(fù)凍融3次,利用PEG6000進(jìn)行病毒的純化。將純化好的病毒按照1∶100 的比例包被酶標(biāo)板,4 ℃過夜。PBST洗板3次, 用含1% BSA的PBST作為封閉液,37 ℃作用2 h,洗去封閉液。加入1∶200倍稀釋的待檢血清,37 ℃作用1 h后洗板5次。加入HRP標(biāo)記的兔抗鼠IgG酶標(biāo)二抗(1∶8 000),37 ℃作用1 h。最后依次加入TMB顯色液和終止液(2 mol·L-1硫酸)。用酶標(biāo)儀檢測450 nm波長處各孔OD值。
1.7.3 免疫小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖試驗(yàn) 采用噻唑藍(lán)比色法(MTT)檢測免疫小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖情況。無菌采取小鼠脾進(jìn)行淋巴細(xì)胞分離并制備脾淋巴細(xì)胞懸液,用1640完全培養(yǎng)液調(diào)整懸液中細(xì)胞數(shù)至1×106個(gè)·mL-1。按每孔100 μL依次加入96孔板中,每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。加入終質(zhì)量濃度為10 μg·mL-1的ConA溶液,輕輕混勻后置于37 ℃ 5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。在結(jié)束培養(yǎng)前4 h取出細(xì)胞培養(yǎng)板,輕輕吸出上清液后加入5 mg·mL-1的MTT溶液10 μL·孔-1,繼續(xù)培養(yǎng)4 h后每孔加入100 μL DMSO以終止反應(yīng)。震蕩15 min后測定各孔OD490 nm值。
1.7.4 免疫小鼠血清中細(xì)胞因子IFN-γ和IL-4檢測 參照小鼠IFN-γ酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒和小鼠IL-4酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒說明書,檢測小鼠首免后42 d采集的血清中細(xì)胞因子IFN-γ和IL-4的含量。
1.7.5 免疫小鼠血清中的中和抗體檢測 依照微量血清中和試驗(yàn)(固定病毒-稀釋血清法)對免疫小鼠血清中的中和抗體水平進(jìn)行檢測。將首免后42 d的小鼠血清60 ℃滅活30 min,自1∶2開始進(jìn)行2倍稀釋。稀釋好的血清分別與200 TCID50的BVDV NADL病毒株、IBRV HVRI-002病毒株等體積混合于96孔細(xì)胞培養(yǎng)板,置于37 ℃溫箱中孵育1 h,每孔加入定量MDBK細(xì)胞懸液。同時(shí)設(shè)病毒回歸試驗(yàn)作為參考。37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48~72 h,逐日觀察細(xì)胞病變情況。采用Reed-Muench兩氏法計(jì)算被檢血清的中和抗體效價(jià)。
1.7.6 數(shù)據(jù)處理 使用EXCEL軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理;利用SPSS 20.0對各組內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析;采用GraphPad Prism 8.0作圖。
以提取的BVDV cDNA溶液和IBRV DNA溶液為模板分別擴(kuò)增E0和gD基因。取PCR產(chǎn)物各0.5 μL,進(jìn)行2%的瓊脂糖凝膠電泳(圖1)。電泳圖顯示E0片段約為706 bp,gD片段約為1 275 bp, 與預(yù)期大小相符。
M. DNA相對分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(2000);1. BVDV陰性對照;2. BVDV NADL株;3. IBRV HVRI-002株;4. IBRV陰性對照M. DNA marker (2000); 1. BVDV negative control; 2. BVDV NADL strain; 3. IBRV HVRI-002 strain; 4. IBRV negative control圖1 BVDV E0基因(A)、IBRV gD基因(B)的PCR擴(kuò)增Fig.1 PCR amplification of BVDV E0 (A), IBRV gD (B)
對構(gòu)建好的重組質(zhì)粒進(jìn)行雙酶切鑒定(圖2),雙酶切鑒定陽性者送上海生工測序。結(jié)果顯示,pVAX1-E0-IRES重組質(zhì)粒中包含E0基因編碼區(qū)684 bp,AfIⅡ和BamHⅠ酶切位點(diǎn)及Kozak序列均得到正確引入,說明E0序列正確插入pVAX1-IRES中IRES序列的上游區(qū)域;pVAX1-E0-IRES-gD中包含gD基因編碼區(qū)1 254 bp,EcoRⅠ和PstⅠ酶切位點(diǎn)和Kozak序列均得到正確引入,說明gD序列正確插入pVAX1-E0-IRES中IRES片段的下游區(qū)域,成功構(gòu)建pVAX1-E0-IRES-gD真核表達(dá)載體。
M. DNA相對分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(8000);A圖中1、2、3分別為BamHⅠ和EcoRⅠ雙酶切pVAX1-IRES、pVAX1、IRES的PCR產(chǎn)物;B圖中1、2、3分別為AfIⅡ和BamHⅠ雙酶切pVAX1-E0-IRES、pVAX1-IRES、E0的PCR產(chǎn)物;C圖中1、2、3分別為EcoRⅠ和PstⅠ雙酶切pVAX1-E0-IRES-gD、pVAX1-E0-IRES、gD 的PCR產(chǎn)物M. DNA marker (2000); in Fig.A, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-IRES, pVAX1, IRES by BamHⅠand EcoRⅠ, respectively; in Fig.B, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-E0-IRES, pVAX1-IRES, E0 by AfIⅡand BamHⅠ, respectively; in Fig.C, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-E0-IRES-gD, pVAX1-E0-IRES, gD by EcoRⅠand PstⅠ, respectively圖2 重組質(zhì)粒的雙酶切鑒定Fig.2 Enzyme digestion and identification of recombinant plasmid
間接免疫熒光結(jié)果見圖3。質(zhì)粒轉(zhuǎn)染48 h后進(jìn)行間接免疫熒光試驗(yàn),在倒置顯微鏡下觀察免疫熒光產(chǎn)生情況。結(jié)果顯示,分別使用IBRV陽性血清和BVDV陽性血清作為一抗,使用兔抗牛IgG-FITC作為二抗,轉(zhuǎn)染pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒的細(xì)胞中有綠色熒光產(chǎn)生;而pVAX1-IRES空載體組和正常細(xì)胞組未見綠色熒光。
A、C、E、G分別為pVAX1-E0-IRES-gD轉(zhuǎn)染組(一抗BVDV陽性血清)、pVAX1-E0-IRES-gD轉(zhuǎn)染組(一抗IBRV陽性血清)、pVAX1-IRES空載體轉(zhuǎn)染組、正常細(xì)胞對照組在熒光激發(fā)下的狀態(tài);B、D、F、H分別為A、C、E、G各組細(xì)胞未被熒光激發(fā)的狀態(tài)A, C, E, G are cells transfected by pVAX1-E0-IRES-gD(Primary antibody added with BVDV positive serum), cells transfected by pVAX1-E0-IRES-gD(Primary antibody added with IBRV positive serum), cells transfected by no-carrier of pVAX1- IRES vector, the normal MDBK cells under fluorescence; B, D, F, H are negative control for A, C, E, G圖3 重組質(zhì)粒在293T細(xì)胞中的表達(dá)情況Fig.3 Expression of recombinant plasmid in 293T cells
使用ELISA方法檢測免疫小鼠血清中抗體產(chǎn)生情況,結(jié)果以各樣品的OD450 nm值表示。試驗(yàn)結(jié)果顯示,在首免后7 d,相較于空載體組及PBS對照組,不同劑量的pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒組抗E0和gD IgG抗體水平均有所增長,且200 μg免疫組極顯著性增加(P<0.01),提示高劑量免疫組能夠迅速產(chǎn)生較高水平的抗體。自首免后14~42 d,高劑量免疫組抗E0和gD IgG抗體的增長水平持續(xù)極顯著性高于其余兩劑量組(P<0.01),而中低兩劑量組抗體水平無顯著性差異(P>0.05)。此外,自首免后28 d至試驗(yàn)結(jié)束,BVD-IBR滅活疫苗免疫組的抗E0和gD IgG抗體水平和200 μg免疫組無顯著性差異(P>0.05),且代表抗E0 IgG抗體水平的OD450 nm均值在試驗(yàn)最后1 d還略高于BVD-IBR滅活苗免疫組。
使用MTT法檢測ConA刺激的小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖情況。結(jié)果顯示,自首免后14~42 d,相較于pVAX1-IRES空載體對照組和PBS組,pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒組和BVD-IBR滅活苗免疫組的脾淋巴細(xì)胞增殖能力不斷提高。其中,不同劑量的pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒組中以200 μg劑量脾淋巴細(xì)胞增殖能力最強(qiáng),極顯著高于其余兩組(P<0.01), 100 μg劑量顯著性高于50 μg劑量組(P<0.01)。
采用ELISA方法檢測首免后42 d小鼠血清中IFN-γ和IL-4的含量。分析所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)(表2),小鼠血清中細(xì)胞因子IFN-γ和IL-4含量均表現(xiàn)為200 μg劑量組最高,100 μg劑量組次之,50 μg劑量組最低,高劑量極顯著高于其余兩組(P<0.01),中劑量組和低劑量組無顯著性差異(P>0.05),且中高劑量組顯著性高于空載體組和PBS組。高劑量組與BVD-IBR滅活苗免疫組無顯著性差異(P>0.05)。將不同試驗(yàn)組的IFN-γ和IL-4含量單獨(dú)比較發(fā)現(xiàn),IL-4整體含量較高于IFN-γ。
表2 各試驗(yàn)組小鼠血清內(nèi)IFN-γ、IL-4檢測情況Table 2 The results of IFN-γ and IL-4 in each experimental mice serum
本試驗(yàn)對IgG抗體水平較高時(shí)期的血清進(jìn)行體外的病毒中和試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3。首免后42 d的小鼠血清中,除空載體組和PBS組外,其余各試驗(yàn)組均檢測到中和抗體。隨著真核表達(dá)質(zhì)粒免疫劑量的增加,被檢血清中和抗體效價(jià)也呈現(xiàn)出增高的趨勢。血清在1∶64的稀釋度時(shí),200 μg高劑量組和滅活疫苗組的病毒抑制率仍在50%以上,均顯著性高于50 μg低劑量組和100 μg中劑量組(P<0.05),但兩者之間并無顯著性差異(P>0.05)。
表3 各試驗(yàn)組小鼠血清內(nèi)中和抗體水平Table 3 Neutralizing antibody titers of serum in different groups
目前,防控BVD和IBR疫病的主要途徑是疫苗接種,針對這兩類疫病的二聯(lián)滅活苗和弱毒苗已在我國部分牛場得到應(yīng)用。但從長遠(yuǎn)來看,傳統(tǒng)疫苗的使用并不利于BVD和IBR的凈化且制備工藝繁瑣并存在安全隱患,所以高效、安全、易于大量制備的核酸疫苗便成為了當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。本次試驗(yàn)選用BVDV、IBRV的主要保護(hù)性抗原E0、gD,由于抗原性較強(qiáng),這二者常作為構(gòu)建核酸疫苗的靶基因。E0基因高度保守,對病毒的感染具有重要的調(diào)控作用且有利于病毒的持續(xù)性感染,其所表達(dá)的蛋白病毒和細(xì)胞接觸過程中的主要結(jié)構(gòu)蛋白,是宿主中和抗體的主要靶標(biāo)[18]。在IBRV的主要糖蛋白中,gD基因編碼的糖蛋白免疫原性良好[19],能夠誘導(dǎo)最高水平的血清抗體應(yīng)答,被認(rèn)為是制備核酸疫苗的首選蛋白[20]。本試驗(yàn)構(gòu)建了真核表達(dá)載體pVAX1-IRES,利用IRES元件將BVDVE0和IBRVgD連接到表達(dá)載體中,成功構(gòu)建了重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD。IRES元件的存在可以使E0和gD同時(shí)進(jìn)行翻譯,目前已廣泛用于表達(dá)雙目標(biāo)基因的真核質(zhì)粒的構(gòu)建上,通常將其序列插入兩個(gè)目標(biāo)基因序列之間來行使功能[21-22]。pVAX1載體也已廣泛用于重組質(zhì)粒的構(gòu)建,該載體含有多個(gè)克隆酶切位點(diǎn),允許同時(shí)克隆多個(gè)大片段的目的基因[23-24],本研究選用其中的AfIⅡ、PstⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ四個(gè)酶切位點(diǎn)來完成目的基因和其他序列的導(dǎo)入。此外,由于pVAX1載體屬于非融合載體,在目的基因前插入Kozak序列能夠增加其轉(zhuǎn)錄和翻譯能力[25]。因此,在合成引物時(shí)給E0和gD序列前端突變了Kozak序列,以保證兩段基因的高效表達(dá)。另外,pVAX1具有的強(qiáng)啟動(dòng)子pCMV和BGH poly A信號可以在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高水平的表達(dá)重組蛋白,是其主要優(yōu)勢所在[26-27]。將重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD轉(zhuǎn)染至293T細(xì)胞,利用間接免疫熒光法檢測其免疫原性,結(jié)果顯示,pVAX1-E0-IRES-gD中的E0和gD蛋白均得到表達(dá)。
同一時(shí)間大寫字母無相同者為差異極顯著(P<0.01);同一時(shí)間小寫字母無相同者為差異顯著(P<0.05)The difference in capital letters at the same time is extremely significant (P<0.01); the difference in lowercase capital letters at the same time is significant (P<0.05)圖4 不同免疫組E0抗體檢測結(jié)果Fig.4 The results of E0 antibody test in different immune groups
同一時(shí)間大寫字母無相同者為差異極顯著(P<0.01);同一時(shí)間小寫字母無相同者為差異顯著(P<0.05)The difference in capital letters at the same time is extremely significant (P<0.01); the difference in lowercase letters at the same time is significant (P<0.05)圖6 小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖情況Fig.6 The proliferation of mouse spleen lymphocytes
為了鑒定pVAX1-E0-IRES-gD重組質(zhì)粒的免疫效應(yīng),我們采用肌內(nèi)注射的方式免疫小鼠,進(jìn)行小鼠免疫試驗(yàn),通過采集小鼠血清和脾,檢測血清內(nèi)抗體水平、細(xì)胞因子含量及脾淋巴細(xì)胞增殖情況。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,pVAX1-E0-IRES-gD可刺激小鼠同時(shí)產(chǎn)生抗E0和gD的IgG抗體,抗體水平隨著免疫時(shí)間的延長而升高。國內(nèi)梁霄勇[28]將E0插入到pVAX1真核表達(dá)載體上,構(gòu)架重組質(zhì)粒pVAX1-E0,一免后試驗(yàn)組與空載體抗體水平差異顯著(P<0.05), 二、三免后抗體水平依舊處于上升階段;Toussaint等[29]外國學(xué)者構(gòu)建了編碼IBRVgD的核酸疫苗并將其注射至牛體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著免疫時(shí)間的增加,誘導(dǎo)牛的體液免疫和細(xì)胞免疫逐漸增強(qiáng)。本研究結(jié)果與梁霄勇[28]、Toussaint等[29]的研究相符合。在體外病毒中和試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)首免后42 d的小鼠血清中產(chǎn)生了分別針對BVDV和IBRV的中和抗體,且隨著重組質(zhì)粒免疫劑量的增加其抗體效價(jià)也有了顯著提升。雖然BVD-IBR滅活疫苗組中和抗體效價(jià)略高于200 μg劑量組,但兩者并無明顯差異,試驗(yàn)結(jié)果與仝曉丹[30]的研究相符合。通過分析不同劑量組的抗體水平,發(fā)現(xiàn)本重組質(zhì)粒具有劑量依賴性,即免疫劑量越高,其產(chǎn)生的抗體水平越高。細(xì)胞因子含量方面,首免后42 d的小鼠血清中均產(chǎn)生了IFN-γ和IL-4,說明重組質(zhì)粒免疫小鼠后可刺激機(jī)體同時(shí)產(chǎn)生Th1和Th2型免疫應(yīng)答。將不同試驗(yàn)組的IFN-γ和IL-4含量單獨(dú)比較發(fā)現(xiàn),IL-4整體含量較高于IFN-γ。另外,脾淋巴細(xì)胞增殖能力也隨著免疫時(shí)間而持續(xù)增強(qiáng)。
多價(jià)核酸疫苗的出現(xiàn)不僅降低了疫苗的接種成本,還緩解了動(dòng)物的接種壓力,可謂一舉兩得。本試驗(yàn)構(gòu)建的pVAX1-E0-IRES-gD可以刺激小鼠產(chǎn)生特異性抗體及細(xì)胞因子,為BVD-IBR二聯(lián)核酸疫苗的研究提供了參考。同時(shí),試驗(yàn)中也存在一些不足之處,在小鼠免疫試驗(yàn)中應(yīng)該通過更準(zhǔn)確的梯度試驗(yàn)來確定重組質(zhì)粒用量;應(yīng)該在不同時(shí)間點(diǎn)來分析細(xì)胞因子的含量變化;要應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)還需通過宿主動(dòng)物攻毒試驗(yàn)等來確定其免疫效應(yīng),以上問題還需要進(jìn)一步研究解決。
構(gòu)建同時(shí)表達(dá)牛病毒性腹瀉病毒E0和牛傳染性鼻氣管炎病毒gD基因的重組質(zhì)粒pVAX1-E0-IRES-gD,體外表達(dá)檢測證明目的蛋白具有良好的反應(yīng)原性,動(dòng)物免疫試驗(yàn)證明其能刺激機(jī)體產(chǎn)生良好免疫應(yīng)答。