核酸疫苗初免-蛋白疫苗加強的免疫策略提高日本血吸蟲核酸疫苗免疫效果

劉秉春，崔新潔，羅新松，王瀟

1 內(nèi)蒙古大學生命科學學院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021

2 湖南省血吸蟲病防治研究所，湖南岳陽 414000

日本血吸蟲病是一種流行廣泛、危害嚴重的人獸共患寄生蟲病。如何有效控制和預防日本血吸蟲成為全世界普遍關注的公共衛(wèi)生問題。研制血吸蟲病疫苗可作為化療的補充，能更有效地控制血吸蟲感染。近年來己經(jīng)開展了血吸蟲DNA疫苗的研制，并且取得了一定的效果，但其免疫保護效果還是很不理想。如何增強DNA 疫苗的免疫效果是當前日本血吸蟲疫苗研究的重點[1-2]。聯(lián)合運用性質(zhì)不同的核酸疫苗和重組蛋白疫苗進行免疫接種可以同時增強DNA 疫苗誘導的體液免疫應答和細胞免疫應答，如上調(diào)抗體水平、細胞增殖反應、CTL 活性及細胞因子的分泌等，從而有效地提高疫苗效果[3-5]。本課題組前期研究工作表明，單一構(gòu)建SjGST-32的核酸疫苗和蛋白疫苗均難以同時誘導高水平的體液免疫和細胞免疫應答。本研究將構(gòu)建的 VR1012-SjGST-32 DNA 疫苗免疫小鼠，然后用相應用蛋白rSjGST-32疫苗加強免疫，探討DNA 初免-蛋白加強的聯(lián)合免疫策略是否能增強血吸蟲DNA疫苗的免疫保護效果，為研制高效抗血吸蟲疫苗提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要試劑

大腸桿菌DH5α、載體VR1012以及編碼谷胱苷肽轉(zhuǎn)移酶和組織蛋白酶B 二價核酸疫苗VR1012-SjGST-32和相應重組蛋白rSjGST-32為本實驗室保存；羊抗小鼠IgG-HRP、TMB、MTT、刀豆蛋白(Con A)、牛血清白蛋白(BSA)、莫能菌素、多聚甲醛和皂素均為Sigma 公司產(chǎn)品；IL-4、IFN-γ、CD4、IL-10熒光單克隆抗體和Fc抗體購自BD 公司；胎牛血清和RPMI-1640為GIBCO 公司產(chǎn)品。

1.1.2 試驗動物

雌性C57/B6小鼠，6～8周齡，購自北京維通利華實驗動物公司，試驗動物均用無病源污染的飼料及飲水飼養(yǎng)。

1.2 抗原的制備與鑒定

將實驗室保存的重組質(zhì)粒VR1012-SjGST-32轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài)細胞，利用限制內(nèi)切酶鑒定重組質(zhì)粒的正確性，經(jīng)發(fā)酵后通過堿裂解法大量制備重組質(zhì)粒，?20℃保存?zhèn)溆茫恢亟MrSjGST-32蛋白抗原的制備參考分子克隆試驗手冊，用Bradford 法進行蛋白定量后?80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 動物免疫及攻擊感染

將6～8周齡C57/B6雌性小鼠隨機分成A、B、C、D、E 5組，每組10只：A 組(PBS 對照組)、B 組(空質(zhì)粒VR1012對照組)、C 組(核酸疫苗VR1012-SjGST-32組)、 D 組(蛋白疫苗rSjGST-32組)、E 組(聯(lián)合免疫VR1012-SjGST-32+rSjGST-32組)。VR1012空質(zhì)粒及核酸疫苗100μg/次、蛋白疫苗50μg/次，各組均于0 d、14 d、28 d 采用肌肉多點注射免疫3次(聯(lián)合免疫組0 d、14 d 為核酸疫苗，28 d 為蛋白疫苗)。末次免疫后2周，每鼠經(jīng)腹部皮膚感染(30±2)條日本血吸蟲(大陸株)尾蚴。攻擊感染45 d 后剖殺小鼠，肝門靜脈灌注法收集成蟲。從固定部位取小鼠肝組織1 g，加入20 mL 5%的KOHL，于37℃孵箱中消化過夜，取0.1 mL 在普通光鏡下進行蟲卵計數(shù)。

減蟲率(%)=(對照組平均檢獲成蟲數(shù)?實驗組平均檢獲成蟲數(shù))/對照組平均檢獲成蟲數(shù)×100%。

減卵率(%)=(對照組每雌蟲平均產(chǎn)卵數(shù)?實驗組每雌蟲平均產(chǎn)卵數(shù))/對照組每雌蟲平均產(chǎn)卵數(shù)×100%。

1.4 鼠肝臟蟲卵肉芽腫平均直徑及蟲卵肉芽腫的面積檢測

攻擊感染后45 d 剖殺小鼠，從固定部位切取小鼠肝組織，用10%福爾馬林液固定，石蠟包埋，切片和HE 染色，低倍鏡下觀察其病理學變化，并應用Motic 照相處理軟件和病理圖像分析系統(tǒng)，測量各組鼠肝臟蟲卵肉芽腫平均直徑和蟲卵肉芽腫面積。

1.5 血清總IgG 的檢測

用重組蛋白rSjGST-32抗原包被ELISA 板，以末次免疫后14 d 小鼠血清為一抗，以酶標羊抗鼠IgG 為二抗，間接ELISA 法檢rSjGST-32特異性IgG 水平。

1.6 MTT 法檢測T 淋巴細胞增殖反應

末次免疫后7 d，無菌條件下分離小鼠脾臟淋巴細胞，通過尼龍柱除去B 細胞制成單細胞懸液，調(diào)整細胞濃度到1×106個/mL，活細胞數(shù)在90%，每孔加入100μL 細胞懸液到96孔細胞培養(yǎng)板上。其中實驗組為加100μL 日本血吸蟲抗原至終濃度為5μg/mL，陽性對照為加100μL ConA 至終濃度為5μg/mL，無關對照為加100μL BSA 至終濃度為2μg/mL，空白對照物為100μL RPMI-1640。實驗組和對照組各設3個重復孔，37℃、5% CO2培養(yǎng)48～72 h 后，每孔加入20μL 5μg/mL MTT，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，離心棄上清，每孔加入100μL DMSO，培養(yǎng)15 min 后，用酶標儀測定A570吸光值。淋巴細胞增殖反應能力用刺激指數(shù)表示。刺激指數(shù)SI =(A 實驗組?A 培養(yǎng)基)/(A 細胞?A 培養(yǎng)基)。

1.7 流式細胞儀檢測細胞因子表達水平

末次免疫后7 d，無菌條件下分離小鼠脾臟淋巴細胞，通過尼龍柱除去B 細胞制成單細胞懸液，調(diào)整細胞濃度到5×106個/mL ，每孔加入100μL 細胞懸液到96孔細胞培養(yǎng)板上。實驗組：加日本血吸蟲抗原和抗CD28抗體，每孔各50μL 至終濃度為5μg/mL；陽性對照組：加100μL PMA 至終濃度為5μg/mL，空白對照組：加100μL RPMI-1640。實驗組和對照孔各設3個重復孔。37℃、5% CO2培養(yǎng)48 h 后，離心收集細胞，用抗Fc 抗體封閉，加4%多聚甲醛固定8 min，0.1%皂素破膜5 min，PBS 洗2次，用10μL 熒光單克隆抗體4℃暗處染色30 min 后，取300μL 進行流式細胞儀檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 蟲體的收獲及減蟲率的計算

攻擊感染后45 d 剖殺小鼠，各免疫組的蟲荷數(shù)及減蟲率見表1，聯(lián)合免疫組的減蟲率達42.92%，而DNA 單獨免疫組或蛋白單獨免疫組的減蟲率分別為31.15%和22.68%。聯(lián)合免疫組和單獨DNA 疫苗組或單獨蛋白疫苗組相比，差異顯著，但單獨免疫組之間的蟲荷數(shù)無顯著差異。

2.2 蟲卵的收獲及減卵率的計算

各組小鼠肝組織中每條雌蟲平均產(chǎn)卵數(shù)及減卵率見表2。如表所示，聯(lián)合免疫組的減卵率(57.98%)與DNA單獨免疫組(39.58%)或蛋白單獨免疫組(37.09%)相比差異顯著，但單獨免疫組減卵率無顯著差異。

2.3 鼠肝臟蟲卵肉芽腫平均直徑及蟲卵肉芽腫的面積測定結(jié)果

表3顯示各組肝臟蟲卵肉芽腫平均直徑及蟲卵肉芽腫的面積測定結(jié)果，聯(lián)合免疫組的蟲卵肉芽腫平均直徑及蟲卵肉芽腫的與DNA 單獨免疫組和蛋白單獨免疫差異顯著。

表1 各組檢獲成蟲數(shù)和減蟲率Table 1 Worm burden and worm reduction rate in immunized mice compared with the control

表2 各組平均每克肝組織蟲卵數(shù)及減卵率Table 2 Eggs per gram of liver tissue and egg reduction rate of groups

表3 鼠肝臟蟲卵肉芽腫平均直徑和肉芽腫的面積結(jié)果Table 3 Mean areas of single-egg granulomas and the mean areas occupied by granulomas in liver sections

2.4 淋巴細胞增殖反應

為了檢測各種疫苗免疫后細胞免疫反應，在末次免疫后7 d，無菌取出脾臟，通過MTT 法進行T 細胞擴增檢測，ConA 用于所有的實驗組中作為陽性對照，rSjGST-32抗原來刺激T 細胞增殖，而BSA 作為非特異性抗原。如圖1所示，DNA 初免-蛋白加強免疫組T 細胞增殖反應顯著高于單獨免疫DNA 疫苗組和單獨免疫蛋白疫苗組。

2.5 血清總IgG 的檢測

以r SjGST-32蛋白作為檢測用抗原，包被ELISA 板，間接ELISA 法對末次免疫后14 d 收集的小鼠血清中的IgG 進行測定，結(jié)果如圖2所示，聯(lián)合免疫組抗體IgG 滴度顯著高于DNA 疫苗組，但與單獨免疫蛋白疫苗組，無顯著差異。

圖1 T 淋巴細胞擴增反應結(jié)果Fig.1 T cell proliferation.

圖2 間接ELISA 檢測IgG 滴度Fig.2 IgG titer in different groups.

2.6 細胞因子檢測結(jié)果

細胞因子的表達在調(diào)節(jié)免疫反應和免疫平衡過程中起到重要作用，為進一步檢測聯(lián)合免疫后小鼠體內(nèi)細胞因子表達的變化情況，在末次免疫后7 d，分離各實驗組小鼠脾臟淋巴細胞，對小鼠脾臟淋巴細胞進行胞內(nèi)因子染色，用流式細胞儀檢測并分析結(jié)果。結(jié)果如圖3所示，DNA疫苗初免-蛋白疫苗加強的免疫策略顯著增強了抗原特異性 CD4+IFN-γ+的產(chǎn)生，而降低了CD4+IL-10+的產(chǎn)生，提示為Th1型免疫應答。

圖3 流式細胞儀檢測胞內(nèi)細胞因子Fig.3 Antigen-specific cytokines profiles by FACS.Intracellular staining for IFN-γ+ in CD4+(A) and IL-4 in CD4+(B)IL-10 in CD4+(C) in cells was performed.The percentages of positive cells were showed in each dot-plot in the gated area.D is a representation of the percentage of intracellular cytokines of each group.The data shown are representative of three independent experiments.*P <0.05.

3 討論

雖然DNA 疫苗能誘導全面的免疫應答反應，而且能引起長期的免疫記憶。然而，DNA疫苗誘導以細胞免疫為主，抗體水平較弱，保護效果不夠理想[6-7]?；蚬こ虡?gòu)建的重組蛋白疫苗一般均能誘導機體產(chǎn)生高滴度的抗體，但其誘導的細胞免疫水平常顯不足，保護效果有限[8-10]。許多研究者認為，采用核酸疫苗與蛋白疫苗聯(lián)合免疫可發(fā)揮兩種疫苗在機體內(nèi)誘導免疫應答的不同優(yōu)勢，從而增強疫苗誘導機體產(chǎn)生特異性免疫應答的效果。近年來，在布魯桿菌病、瘧疾、弓形蟲病、日本腦炎、結(jié)核病和艾滋病等疫苗的研究中發(fā)現(xiàn)，用核酸疫苗初免繼而用相應蛋白疫苗加強免疫后，其免疫應答水平和保護性免疫效果均較單一核酸疫苗或單一蛋白疫苗增高[11-14]。

血吸蟲疫苗追求的目標主要有3個，第一是能夠產(chǎn)生較強的感染免疫保護力，表現(xiàn)在減蟲率指標上。本實驗用日本血吸蟲 DNA 疫苗VR1012-SjGST-32與重組蛋白疫苗rSjGST-32聯(lián)合免疫小鼠(核酸疫苗初免-蛋白疫苗加強)，獲得了42.3%的減蟲率，與VR1012-SjGST-32單獨免疫(減蟲率為31.15%)和rSjGST-32聯(lián)合免疫(減蟲率為22.68%)相比，差異顯著，表明DNA疫苗和蛋白疫苗聯(lián)合應用有明顯的減蟲作用。其二是抗生殖力，表現(xiàn)為雌蟲產(chǎn)卵量的下降和卵胚發(fā)育的障礙[15-16]。本研究顯示，從減卵效果來看，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聯(lián)合免疫組獲得了59.6%的減蟲率，與VR1012-SjGST-32單獨免疫(減蟲率為31.15%)和rSjGST-32聯(lián)合免疫(減蟲率為22.68%)相比，差異顯著，進一步說明聯(lián)合免疫組除具有抗日本血吸蟲感染的功效外，也具有一定的抗生殖作用。其三是抗病理免疫保護力，表現(xiàn)在對蟲卵肉芽腫形成的抑制和肝纖維化的調(diào)節(jié)上。血吸蟲病的病變主要由蟲卵引起，蟲卵主要是沉著在宿主的肝及結(jié)腸腸壁等組織，所引起的肉芽腫和纖維化是血吸蟲病的主要病變，蟲卵肉芽腫與纖維化的形成是肝臟病理變化的基礎。蟲卵肉芽腫的形成是宿主對致病因子的一種免疫應答。一方面通過肉芽腫反應將蟲卵破壞清除，并能隔離和清除蟲卵釋放的抗原，減少血液循環(huán)中抗原抗體復合物的形成和對機體的損害；另一方面，肉芽腫反應破壞了宿主正常組織，不斷生成的蟲卵肉芽腫形成相互連接的疤痕，導致干線型肝硬變及腸壁纖維化等一系列病變[17-21]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合免疫組與單獨免疫組相比，小鼠肝臟病理變化明顯減輕，肉芽體積較小，炎癥反應輕微，改善了由于蟲卵的沉積而造成的肝臟病理損害。

許多研究表明，血吸蟲疫苗誘導的保護力依賴于CD4+T 淋巴細胞和IFN-γ的存在，IFN-γ激活的效應性細胞是抵抗血吸蟲感染的主要機制[22]。在本研究中，我們用胞內(nèi)細胞因子染色的方法對CD4+IFN-γ+和CD4+L-10+進行檢測，結(jié)果顯示，與單獨DNA 免疫組或者單獨蛋白免疫組相比，DNA 疫苗初免-蛋白疫苗加強的免疫策略增強了抗原特異性CD4+IFN-γ+的產(chǎn)生，而降低了CD4+L-10+的產(chǎn)生，顯著地提高了Th1型細胞因子的表達，這可能與聯(lián)合疫苗可以在一定程度上提高動物的保護效果有關。

研究結(jié)果初步證明：DNA 初免-蛋白加強的聯(lián)合免疫策略可以提高減蟲和減卵效果，而且在一定程度上減輕了肝臟的病理損害，其免疫保護效果可能與聯(lián)合免疫增強了抗原特異性CD4+IFN-γ+的產(chǎn)生有關，為探索日本血吸蟲病疫苗研制的新途徑和探討日本血吸蟲感染的保護性免疫機制提供有益的實驗研究資料。

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