黃 丹,叢 喆,徐 珮,薛 婧,魏 強(qiáng)
(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究所,衛(wèi)生部人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家中醫(yī)藥管理局人類疾病動物模型三級實(shí)驗(yàn)室,北京 100021)
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研究報告
游離SIVmac239病毒與T細(xì)胞介導(dǎo)兩種方式感染內(nèi)皮細(xì)胞的效果比較
黃 丹,叢 喆,徐 珮,薛 婧,魏 強(qiáng)
(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究所,衛(wèi)生部人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家中醫(yī)藥管理局人類疾病動物模型三級實(shí)驗(yàn)室,北京 100021)
【摘要】目的 比較游離病毒感染與T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式對SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞的影響,探索SIVmac239感染內(nèi)皮細(xì)胞的主要途徑,從而為SIV入侵血腦屏障的機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。方法 采用游離SIV病毒直接感染內(nèi)皮細(xì)胞和SIV感染的CEMx174細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)的兩種方式,通過巢式PCR、間接免疫熒光法、Western blotting以及ELISA檢測內(nèi)皮細(xì)胞的感染程度。結(jié)果 兩種感染方式都能在內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)檢測到前病毒DNA,感染細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)時,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)前病毒DNA含量,SIV P27蛋白表達(dá)量和細(xì)胞培養(yǎng)上清液中P27含量遠(yuǎn)高于游離病毒直接感染的方式。結(jié)論 細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式相較于游離病毒直接感染方式對內(nèi)皮細(xì)胞的感染能力更強(qiáng),可能是SIV病毒入侵血腦屏障的主要途徑。
【關(guān)鍵詞】SIV;艾滋病腦??;內(nèi)皮細(xì)胞;P27
艾滋病是由人類免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的獲得性免疫缺陷綜合癥。病毒進(jìn)入人體后,除攻擊CD4+T細(xì)胞造成其耗竭外還伴隨有嚴(yán)重的神經(jīng)侵襲性。HIV入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)導(dǎo)致的認(rèn)知障礙、行為和運(yùn)動缺陷稱為艾滋病相關(guān)的神經(jīng)認(rèn)知紊亂(HAND)[1-4]。HIV在感染早期即可穿透血腦屏障(BBB),侵入CNS,但具體的作用機(jī)制尚不明確。目前存在幾個假說,其中比較公認(rèn)的是病毒直接侵入假說、單核-巨噬細(xì)胞侵入假說、T細(xì)胞誘導(dǎo)假說和液相入胞假說[5]。簡單來說,即病毒以游離病毒的形式或以感染病毒的細(xì)胞為載體,藉由內(nèi)皮細(xì)胞或細(xì)胞間緊密連接處進(jìn)入并感染中樞神經(jīng)系統(tǒng)。迄今為止,還沒有研究對各種假說進(jìn)行比較,從而闡明HIV/SIV入侵CNS的主要途徑。本研究通過比較游離病毒與T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式對SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞的影響,以期初步驗(yàn)證SIV入侵血腦屏障的主要途徑。
1.1 材料
猴視網(wǎng)膜脈絡(luò)叢內(nèi)皮細(xì)胞RF/6A細(xì)胞株購自中國科學(xué)院上海生科院細(xì)胞;人急性淋巴細(xì)胞白血病T、B雜交細(xì)胞CEMx174細(xì)胞株由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究所保藏;PVDF膜購自美國Millipore公司;Western blotting化學(xué)發(fā)光試劑盒購自Santa Cruz公司;BCATMProtein Assay Kit購自美國Pierce公司;蛋白預(yù)染 marker購自美國NEB公司;甲叉雙丙烯酰氨和丙烯酰胺(acrylamide)購自美國BioRad公司;β-巰基乙醇購自美國Biotech公司;辣根酶標(biāo)記山羊抗小鼠IgG購自北京中杉金橋公司;DNA Blood Mini Kit購自Qiangen公司;小鼠抗SIV P27單克隆抗體由醫(yī)科院動物所制備;山羊抗小鼠FITC購自中杉金橋公司;SIV P27 ELISA試劑盒購自Life Science公司。
1.2 方法
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng):RF/6A細(xì)胞系為貼壁細(xì)胞,生長速度較慢。在含10%胎牛血清的1640完全培養(yǎng)基中培養(yǎng),當(dāng)細(xì)胞長到80% ~90%時,用胰酶消化進(jìn)行傳代。1∶3分瓶置于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)。CEMx174細(xì)胞為懸浮細(xì)胞,生長速度較快。在含10%胎牛血清的1640完全培養(yǎng)基中培養(yǎng),當(dāng)細(xì)胞濃度較大時進(jìn)行1∶5傳代培養(yǎng)置于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)。
1.2.2 不同方式感染RF/6A細(xì)胞:將1 mL含5× 104TCID50/mLSIVmac239病毒加到 T25瓶中感染CEMx174細(xì)胞,待CEMx174細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞病變產(chǎn)生融合泡時,取細(xì)胞離心 5 min,將 1 mL 1×107TCID50/mL病毒液和1 mL 1×105個/mL感染細(xì)胞分別加入到含RF/6A細(xì)胞的6孔板,添加培養(yǎng)基使得終體積為4 mL。2 d后棄上清液和CEMx174細(xì)胞,并用無菌PBS漂洗兩遍,再加入新鮮的1640維持培養(yǎng)基,培養(yǎng)至感染后7 d,每天收集上清液,7 d收細(xì)胞備用。
1.2.3 前病毒檢測:
1.2.3.1 感染細(xì)胞DNA的提?。菏杖「腥镜膬?nèi)皮細(xì)胞5×106個,用PBS漂洗兩次后用200 μL PBS重懸。加入20 μL蛋白酶k。將200 μL樣品加入離心管中,適度混勻。參照DNA Blood Mini Kit操作步驟提取細(xì)胞中的 DNA[6]。用100 μL預(yù)熱至56℃的洗脫液洗脫樣品。取5 μL樣品用紫外分光光度計檢測提取核酸的質(zhì)量。
1.2.3.2 巢氏PCR擴(kuò)增病毒gag片段[6]:使用巢式PCR的方法特異性擴(kuò)增病毒gag基因,擴(kuò)增片段大小為477 bp。
1.2.3.3 PCR擴(kuò)增感染細(xì)胞的β-actin片段:提取感染細(xì)胞的DNA用于PCR反應(yīng),特異性擴(kuò)增感染細(xì)胞的β-actin基因。引物由英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司合成。β-actin基因的上游引物 5′-CTCCATCCTGGCCTCGCTGT-3′,下 游 引 物5′-GCTGTCACCTTCACCGTTCC-3′,擴(kuò)增片段長度268 bp,退火溫度61℃,每個樣品三次重復(fù)。
1.2.4 間接免疫熒光法檢測內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)SIVP27的表達(dá):CEMx174感染SIVmac239發(fā)生細(xì)胞病變后離心,取500 μL 1×107TCID50/mL毒液和500 μL 1× 105個/mL的感染細(xì)胞加入含RF/6A細(xì)胞爬片的24孔板中。添加培養(yǎng)基使終體積為2 mL,于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)。感染2 d后,移除培養(yǎng)基并棄除CEMx174細(xì)胞。加入2 mL新鮮的1640培養(yǎng)基培養(yǎng),每兩天換液1次。7 d收細(xì)胞爬片,4%多聚甲醛室溫固定20 min,吹干備用。
0.1%Triton X-100通透爬片5 min,5%FBS室溫封閉30 min,加入小鼠抗P27單克隆抗體100 μL (1∶20)37℃孵育30 min。PBS漂洗后,滴加山羊抗小鼠抗體-FITC(1∶200),37℃孵育30 min。漂洗后,DAPI封片即可在熒光鏡下觀察結(jié)果[7]。
1.2.5 Western blotting檢測RF/6A細(xì)胞中P27蛋白表達(dá):RIPA蛋白裂解液提取不同感染方式內(nèi)皮細(xì)胞的總蛋白,BCA法測蛋白濃度。取30 μg總蛋白上樣,10%SDS-PAGE凝膠電泳,電轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,5%脫脂奶粉的TBST封閉,選擇一抗為小鼠抗SIV P27單克隆抗體(1∶2 000),二抗為HRP-羊抗小鼠抗 體 (1∶15 000),內(nèi) 參 選 用HRP-β-actin (1∶15 000)進(jìn)行ECL發(fā)光,凝膠成像分析系統(tǒng)掃描分析。
1.2.6 ELISA試劑盒檢測上清中P27蛋白表達(dá):將兩種感染方式不同感染天數(shù)的上清1∶100稀釋后,200 μL稀釋液加入20 μL裂解液,與板子孵育具體步驟參照ELISA檢測SIV P27盒子說明書[8]。
2.1 巢式 PCR檢測 SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞前病毒DNA水平
SIV感染的CEMx174細(xì)胞,做為陽性對照,PCR級水作為陰性對照。PCR產(chǎn)物電泳后,在500 bp、250 bp左右出現(xiàn)清晰條帶,與內(nèi)參β-actin(268 bp)以及前病毒DNA gag477大小相符。在內(nèi)參β-actin條帶灰度大致相當(dāng)時,SIV直接感染內(nèi)皮細(xì)胞的3個復(fù)孔中只有2號泳道出現(xiàn)較淺的大小正確的目的條帶,1號泳道和3號泳道均未檢出。與SIV感染的CEMx174共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞三個復(fù)孔均在500 bp左右出現(xiàn)目的條帶,5號泳道目的片段的亮度較6、7號泳道更強(qiáng),均與陽性對照的條帶位置相同(圖1)。
2.2 間接免疫熒光法檢測SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞中SIV P27蛋白的表達(dá)
SIV病毒直接感染內(nèi)皮細(xì)胞,其細(xì)胞核內(nèi)和胞漿內(nèi)均無綠色熒光(圖2A-C),SIV感染的CEMx174細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng),內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞核外、胞漿內(nèi)有明顯的點(diǎn)狀綠色熒光,綠色熒光蛋白的位置為病毒蛋白P27所在位置(圖2D-I)。
2.3 Western blotting檢測內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)SIV P27分子的表達(dá)
陽性對照為SIV感染的CEMx174細(xì)胞,陰性對照為未感染的RF/6A細(xì)胞。在1-4泳道內(nèi)參βactin蛋白條帶灰度大致相同的情況下,與感染的CEMx174共培養(yǎng)的RF/6A中,WB檢測到與目的蛋白大小相同的特異性蛋白P27的條帶,且與陽性對照條帶位置相同。而在游離SIV直接感染的內(nèi)皮細(xì)胞總蛋白中沒有檢出該目的條帶(圖3)。
注:M:DNA Marker DL2000;1-3:游離SIV病毒直接感染的內(nèi)皮細(xì)胞;4-6:與SIV感染的CEMx174細(xì)胞共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞;8-9:ddH20作為陰性對照圖1 巢式PCR檢測SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞前病毒DNA水平Note.M:DL 2000 DNA marker;1-3:Endothelial cells infected with SIV;4-6:Endothelial cells co-cultured with SIV-infected CEMx174 cells;7:CEMx174 cells infected with SIV as positive control;8-9:Sterile ddH2O as negative control.Fig.1 The results of nested-PCR for detecting proviral DNA levels of SIV-infected endothelial cells
2.4 ELISA方法檢測不同感染方式上清中 SIV P27含量變化情況
感染2 d時,無論是SIV直接感染還是與SIV感染的CEMx174細(xì)胞共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)上清中P27含量基本相同,都達(dá)到20 000 pg/mL以上。2 d棄上清液和感染細(xì)胞,用PBS漂洗后兩種感染方式培養(yǎng)基殘留的病毒含量相當(dāng),但隨著感染天數(shù)的增加,與CEMx174共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)上清液中SIV P27含量增加迅速,到感染7 d上清液中的SIV P27含量達(dá)到4 240.9 pg/mL,約為漂洗后病毒含量(1 115.6 pg/mL)的4倍,而游離SIV直接感染內(nèi)皮細(xì)胞的上清中SIV P27的含量變化不明顯,僅由漂洗后的1 064.7 pg/mL增至1 563.1pg/mL(圖4)。
艾滋病腦病的形成與HIV/SIV病毒進(jìn)入腦組織密切相關(guān)。病毒入侵BBB進(jìn)入腦實(shí)質(zhì),使腦內(nèi)細(xì)胞感染,繼而產(chǎn)生大量病毒及病毒蛋白,以及多種細(xì)胞參與釋放的細(xì)胞因子(如TNF-a等),引起神經(jīng)毒效應(yīng),最終導(dǎo)致艾滋病腦病的發(fā)生[9]。針對HIV/ SIV入侵血腦屏障的分子機(jī)制的假說有4種,其中游離病毒直接感染和細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式最為人接受,那么在這兩者中哪個又為HIV/SIV感染內(nèi)皮細(xì)胞的最主要方式呢?
注:A-C:游離SIV病毒直接感染的內(nèi)皮細(xì)胞(×100);D-F:與SIV感染的CEMx174細(xì)胞共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞(×100);G-I:與SIV感染的CEMx174細(xì)胞共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞(×200)圖2 兩種感染方式內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)病毒SIV P27的檢測(標(biāo)尺=100 μm)Note.A-C:Endothelial cells infected with SIV(×100);D-F:Endothelial cells co-cultured with SIV infected CEMx174 cells(×100);G-I:Endothelial cells co-cultured with SIV infected CEMx174 cells(×200)Fig.2 IFA showing expression of SIV P27 in SIV-infected endothelial cells
巢式PCR的結(jié)果顯示,游離病毒直接感染方式只有少量病毒能夠吸附并進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi),同時進(jìn)入細(xì)胞的病毒RNA可逆轉(zhuǎn)錄為DNA整合于內(nèi)皮細(xì)胞的基因組內(nèi)。而IFA和Western blotting均不能檢出該感染方式的內(nèi)皮細(xì)胞中SIV P27蛋白,說明少量病毒雖進(jìn)入了內(nèi)皮細(xì)胞但感染復(fù)制水平較低,沒有產(chǎn)生足夠多的病毒P27蛋白。這與培養(yǎng)上清中病毒SIV P27含量增長一直較低的結(jié)果一致。進(jìn)一步說明游離病毒對RF/6A細(xì)胞的感染水平較低,這種低水平的感染、復(fù)制產(chǎn)生的少量病毒蛋白用WB和IFA的實(shí)驗(yàn)方法檢測不到。SIV直接感染內(nèi)皮細(xì)胞的感染水平較低,主要由于內(nèi)皮細(xì)胞表面缺乏CD4受體。有一些研究顯示HIV對CD4-細(xì)胞的感染復(fù)制受限的原因是感染時進(jìn)入細(xì)胞效率極低,初始感染的細(xì)胞不到1%[10,11]。這與我們發(fā)現(xiàn)的低水平感染結(jié)果一致。
既然游離SIV直接感染內(nèi)皮細(xì)胞感染能力較低,那么T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式是否能造成高水平感染呢?我們使用感染SIV的 CEMx174細(xì)胞與RF/6A共培養(yǎng),利用巢式PCR的方法,三個復(fù)孔中均檢出內(nèi)皮細(xì)胞基因組 DNA中的前病毒分子gag477。WB和IFA結(jié)果也均顯示,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)可以檢測到P27蛋白,對比游離病毒直接感染的方式,T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式可以明顯促進(jìn)病毒進(jìn)入并整合于內(nèi)皮細(xì)胞基因組的效率,產(chǎn)生病毒SIV P27蛋白,并大幅提高感染復(fù)制的水平。收集不同感染天數(shù)的細(xì)胞上清,ELISA的結(jié)果提示,游離病毒直接感染方式0 d和1 d上清中的病毒含量都高于細(xì)胞共培養(yǎng)的感染方式,由于病毒在CEMx174細(xì)胞中的高效復(fù)制,感染2 d時兩種感染方式的病毒含量基本相同,即總體上在游離病毒直接感染方式比T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式病毒含量高的情況下,T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式培養(yǎng)上清中病毒SIV P27蛋白顯著增加,約為初始病毒蛋白含量的四倍。然而,游離病毒直接感染的方式上清中病毒蛋白含量并沒有明顯增加。Sato H[12]等人也發(fā)現(xiàn),細(xì)胞與細(xì)胞之間的直接接觸可以促進(jìn)病毒在胞間的轉(zhuǎn)移,這種轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的感染比游離病毒顆粒直接感染效率更高。
注:1:SIV感染的CEMx174細(xì)胞,作為陽性對照;2:未感染的內(nèi)皮細(xì)胞,作為陰性對照;3:游離SIV病毒直接感染的內(nèi)皮細(xì)胞;4:與SIV感染的CEMx174細(xì)胞共培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞圖3 兩種感染方式內(nèi)皮細(xì)胞胞漿內(nèi)SIV P27蛋白的檢測Note:1:CEMx174 cells infected with SIV as positive control;2:Uninfected endothelial cells as negative control;3:Endothelial cells infected with free SIV;4:Endothelial cells co-cultured with SIV-infected CEMx174 cells.Fig.3 Western blot analysis showing expression of SIV P27 in the endothelial cells infected by both ways
圖4 上清液中SIV P27蛋白含量的檢測Fig.4 The protein expression of SIV P27 in the supernatant of SIV-infected endothelial cells,detected by ELISA.
綜上所述,游離病毒直接感染內(nèi)皮細(xì)胞效率很低。這種低水平的感染,顯然不能帶來大面積的血腦屏障破壞,導(dǎo)致大量病毒和感染的淋巴細(xì)胞[13]、巨噬細(xì)胞[14]進(jìn)入腦中,引發(fā)嚴(yán)重的腦部神經(jīng)病變。T細(xì)胞介導(dǎo)的感染方式較之對內(nèi)皮細(xì)胞的感染效率更高,感染能力更強(qiáng)。所以這兩種感染方式的不同結(jié)果提示我們,在艾滋病腦病形成過程中,游離病毒通過直接感染構(gòu)成血腦屏障的主要成分—內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì),這一現(xiàn)象雖然存在,但是進(jìn)入的效率極低,并不是主要的病毒入腦途徑。血液中大量的感染細(xì)胞(單核巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞等)與內(nèi)皮細(xì)胞接觸,可能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的感染,從而導(dǎo)致血腦屏障的破壞,使得大量病毒和感染細(xì)胞入腦。也就是說在艾滋病腦病的形成中,病毒入侵血腦屏障的主要方式并不是血液中游離病毒對內(nèi)皮細(xì)胞的直接感染,而是血液中感染的細(xì)胞起到了關(guān)鍵作用。也有一些研究中發(fā)現(xiàn),感染的單核細(xì)胞或T細(xì)胞與未感染的T細(xì)胞接觸,可以通過病毒學(xué)突觸這一結(jié)構(gòu),將病毒直接轉(zhuǎn)移至未感染的T細(xì)胞內(nèi)[15-18]。但是感染T細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的接觸,是否也能形成病毒學(xué)突觸進(jìn)而促進(jìn)病毒在胞間高效轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致艾滋病腦病的高發(fā)病率,還沒有確鑿證據(jù),需要進(jìn)一步的研究探討。
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〔修回日期〕2016-03-28
【中圖分類號】R-33
【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】1671-7856(2016)06-0001-05
doi:10.3969.j.issn.1671-7856.2016.06.001
[基金項目]國家十二五科技重大專項課題(2012ZX10004-501-001和2013ZX10004-608-003)。
[作者簡介]黃丹(1991-),女,碩士研究生,專業(yè):比較醫(yī)學(xué),從事實(shí)驗(yàn)動物病毒學(xué)研究工作。
[通訊作者]魏強(qiáng)(1964-),男,研究員,博士生導(dǎo)師,研究方向:實(shí)驗(yàn)動物病毒學(xué)。E-mail:weiqiang0430@cnilas.org。virus.Conclusions The way of T cell-mediated infection substantially enhances the capacity of SIV infection of endothelial cells than the direct infection by cell-free virus.It indicates that the T cell-mediated infection may serve as the principal route of SIV disruption of the blood-brain barrier.
Comparison of the SIV infection in endothelial cells by SIVmac239 directly or mediated by T cells
HUANG Dan,CONG Zhe,XU Pei,XUE Jing,WEI Qiang
(Comparative Medicine Center,Peking Union Medical College(PUMC)&Institute of Medical Laboratory Animal Science,Chinese Academy of Medical Sciences(CAMS);Key Laboratory of Human Disease Comparative Medicine,Ministry of Health;Key Laboratory of Human Diseases Animal Models,State administration of Traditional Chinese Medicine,Beijing 100021,China)
【Abstract】Objective To compare the effects of two approaches of SIVmac239 infection in endothelial cells,directly by cell-free virus or by T cell-mediated infection,to explore the predominant approach of SIVmac239 infection in endothelial cells,and finally lay a theoretical foundation of the molecular mechanism of SIV viral disruption of the bloodbrain barrier.Methods We adopted two distinct ways to infect endothelial cells.One was to directly infect the endothelial cells by cell-free virus,another was by co-culture of infected CEMx174 cells with the endothelial cells.The degree of infection in the endothelial cells was evaluated by nested-PCR,indirect immunofluorescence assay,Western blotting and ELISA assays.Results The provirus DNA was found in the endothelial cells infected in either way. However,the endothelial cells infected by co-culture with CEMx174 cells had a significantly higher amount of provirus DNA and higher expression of SIV P27 in the cells and in the supernatant than those in the ECs directly infected by cell-free
【Key words】Simian immunodeficiency virus;AIDS encephalopathy;Endothelial cells;P27