中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology,2015,35(9):7 13
DOI:10.13523/j.cb.20150902
王丹阳1 杨 雨1 杨秀梅1 张富春1 吴道澄2 张爱莲1
(1新疆大学生命科学与技术学院 乌鲁木齐 830046 2西安交通大学生命科学与技术学院 西安 710049)
摘要 目的:以Toll样受体拮抗物PolyI:C协同细胞因子IL 15作为免疫佐剂,通过滴鼻方式免疫ICR小鼠,对卵透明带3(murinezonapellucida,mZP3)基因疫苗的免疫增强效果进行观察。方法:将PolyI:C和IL 15单独或协同与用壳聚糖(chitosan,Chi)包裹的mZP3基因疫苗滴鼻免疫ICR小鼠,ELISA法检测小鼠血清中特异性抗mZP3抗体和生殖道黏液、肺洗液中sIgA的水平,MTT法检测淋巴细胞增殖,小鼠的平均窝仔数和生育率检测抗生育情况,组织学观察小鼠的卵巢病理切片。结果:PolyI:C协同IL 15共同免疫组能够显著提高免疫后小鼠抗mZP3抗体的水平,促进淋巴细胞的增殖,平 均窝仔数和生育率显著降低,小鼠的卵巢发育异常。结论:PolyI:C协同IL 15能够增强mZP3基因疫苗的免疫效果,并在一定程度上降低小鼠生育率。关键词 PolyI:C IL 15 基因疫苗 佐剂
中图分类号 R392.12
收稿日期:2015 04 10 修回日期:2015 05 25
新疆生物资源基因工程重点实验室开放课题资助项目(XJDX0201 2013 07) 通讯作者,
:xjzal@163.com 哺乳动物卵母细胞周围包裹着一层卵透明带,在受精过程中卵透明带起着非常重要的作用,如今它已
被作为免疫不育疫苗的理想侯选抗原[1 2]
。基因疫苗
由于安全性较好已在免疫不育疫苗研究领域里被广泛使用
[3]
,但免疫效果不太理想,因此,就需要通过各种
光线路终端
途径和策略来不断提高基因疫苗的免疫效果,而黏膜接种是一种简单有效的免疫不育疫苗的免疫方式
[4]
。
壳聚糖(chitosan,chi)可以很好地吸附DNA,防止DNA降解,相容性好,可作为基因疫苗的佐剂,有效促进黏
膜部位的免疫反应[
5]
。PolyI:C(聚肌苷酸胞苷酸)是TLR3的配体,PolyI:C与TLR3识别后,激发机体先天免疫反应,促进多种效应分子的表达,如趋化因子、炎
性细胞因子等,以此增强机体的免疫反应[6 7]
。IL 15
是含有N 乙酰氨基半乳糖残基的弱酸性糖蛋白,具有多种生物学功能,能促进B细胞生长,诱导细胞毒T细
胞(CTL)的生成,刺激NK细胞的活化与增殖[8 9]。Toll
样受体(TLR)是一种模式识别受体,Toll样受体能结
合机体自身产生的一些内源性分子,在增强免疫效应
方面发挥重要作用[
10]
。 本文在前期以IL 15作为mZP3基因疫苗佐剂研究的基础上,发现免疫增强效果和抗生育效果不太理想,所以,本研究选用PolyI:C与IL 15共同作为基因疫苗的佐剂,先用溶血卵磷脂(lysophosphatidylcholine,LPC)进行预处理,用壳聚糖包裹基因疫苗,黏膜免疫小鼠,观察PolyI:C协同IL 15共免疫mZP3基因疫苗的免疫增强效果。
1 材料与方法
1.1 材 料
ICR小鼠(20g左右,雌性,6~8周龄)购自新疆医科大学实验动物中心;
E.coliHB101和E.coliBL21(DE3)菌株为本实验室保存;实验中的基因疫苗和重组质粒均由本实验室构建;蛋白质分子质量标准购自华美生物技术有限公司,辣根过氧化物标记的羊抗鼠二抗购自S
outhernBiotech公司;BCA蛋白定量试剂盒购自北京百泰克生物技术有限公司;Chitosan购自山东奥康生物科技有限公司;PolyI:C为杭州美亚药业有限公司产品,限制性内切核酸酶均为T
aKaRa公司产品。
中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.35No.92015
1.2 方 法
1.2.1 mZP3抗原的制备 参照文献制备抗原[11]
,将鉴
定正确的pGEX 4T mZP3进行原核表达,蛋白质诱导表达的条件为:37℃振荡培养3h,0.8mmol/L的IPTG诱导表达4h后,离心收集细菌沉淀,PBS洗涤两遍后,细菌沉淀经过变性、复性等处理后得到了融合蛋白,再进行定量。1.2.2 壳聚糖包裹基因疫苗的方法 mZP3重组质粒经小量提取,酶切鉴定后,大量制备,经PEG8000纯化后溶于9
g/L生理盐水中,定量用于壳聚糖 质粒复合物的制备。根据文献制备壳聚糖包裹的基因疫苗
[11]
。
1.2.3 实验动物的免疫 所有的实验动物雌性ICR小鼠被随机分为7组,每组6只。A组:9g/LNaCl;B组:Chi pcDNA3;C组:Chi PolyI:C;D组:Chi pcD IL 15;E组:Chi pcD mZP3;F组:Chi (pCD mZP3+IL 15)。以上6组均作为对照组。G组:Chi (pcD mZP3+IL 15+PolyI:C10μg)的小鼠作为实验组;每次免疫前1h用1g/LLPC进行预处理,用壳聚糖包裹基因和佐剂后立即用于动物免疫。于第0天、第7天、第14天、第21天进行4次滴鼻免疫。
每次免疫前收集小鼠血清,用直径为1mm左右灭菌的毛细玻璃针在小鼠眼底采血,收集约200μ
l血样至无菌微量离心管中。37℃温育1h,再置于4℃冰箱放置1h。之后,3000r/min离心10min,收集上清液,-80℃保存备用。 生殖道洗液是在每次免疫前,用PBS反复冲洗小鼠的生殖道至少6次得到的;肺洗液是在初免后第42天,麻醉致死小鼠,取小鼠的肺浸泡于1.0ml生理盐水中收集上清液得到的;将以上得到的生殖道洗液和肺洗液离心后收集上清液立即做抗体检测。
1.2.4 ELISA法检测小鼠免疫后抗体水平 用间接ELISA法检测免疫后28天、42天、56天、70天的小鼠血清、生殖道黏液和肺洗液中的IgG和sIgA抗体水平。首先配制浓度为1μg/ml的mZP3蛋白包被液,每孔100μl铺在96孔板中,每孔100μl,37℃放置1h后置于4℃冰箱12h。PBST洗涤3次后,每孔加入100μl50g/L脱脂奶粉37℃封闭1h。PBST洗涤3次,加入一抗:各组免疫后小鼠的血清和黏液,一抗与稀释液比为1∶100,每孔100μl,37℃1h。PBST洗涤3次,再加入二抗:1∶8000HRP标记的兔抗鼠IgG和sIgA,每孔100μl,37℃1h。PBST洗涤4次,加入四甲基联苯胺(TMB)避光显15min,每孔加入50μl2mol/LH2SO4终止反应,设置酶标仪波长为OD450/655
的条件下测定光吸收值。1.2.5 MTT法检测小鼠免疫后T淋巴细胞的增殖 首
先分离出最后一次免疫7天小鼠的脾脏,用含10%FBS的RPMI 1640培养基将其制成单细胞悬液,计数并将细
胞调整为3×106
个/ml铺到96孔细胞培养板,加入不同
浓度的ConA、BSA、mZP3进行刺激,同时设置空细胞对照和空血清对照,放入37℃细胞培养箱中培养48h后,每孔加入20μlMTT,37℃孵育4h,每孔加入100μlDMSO溶解,设置酶标仪波长为OD570/630的条件下测定光吸收值,计算免疫后各组小鼠的刺激指数(SI)。
1.2.6 小鼠的抗生育实验和卵巢的组织学检测 小鼠于最后一次免疫后的第7天,
把年龄相当的具有生育能力的雄鼠与雌鼠进行配对,雌鼠出现阴道栓即为交配成功。1~2周后,将雄鼠取出单独喂养雌鼠,观察雌鼠的生育情况。待雌鼠产仔后,记下每组雌鼠的产
仔数并与对照组比较,进行统计分析[12]
。取与雄鼠配
对后雌鼠的卵巢,放在Bouin’s固定液中固定24h,进行石蜡包埋、切片等处理,然后用苏木素 伊红进行染,并在光学显微镜下观察卵巢组织的差别。1.2.7 统计学分析 实验数据均用珋x±SD表示,采用GraphpadPrism5软件进行数据分析,实验数据进行单因素的方差分析,用Turkey法进行多重比较,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结 果
供应链金融管理2.1 基因疫苗的鉴定
pcDNA3、pcDNA3 IL 15、pcDNA3 mZP3经过碱裂解法小量提取,通过测序及酶切鉴定证明质粒正确,酶切鉴定结果见图1。随后对这三种质粒进行大量制备,酶切鉴定正确后,再经PEG8000纯化、
电泳及定量。
图1 pcDNA3、pcD mZP3、pcDNA3-IL 15
的酶切鉴定图
Fig.1 EnzymedigestionidentificationofpcDNA3、
pcD mZP3、pcDNA3 IL 15
M:15000;1~2:pcDNA3digestedbyHindIIIandXbaI;
磁性刀架3:pcDNA3 IL 15digestedbyHindIIIandXbaI;4~6:cD mZP3digestedbyHindIIIandXbaI
链路层劫持
8
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王丹阳等:PolyI:C协同IL 15作为小鼠卵透明带3基因疫苗佐剂黏膜免疫效果的观察
2.2 mZP3抗原的制备及纯化
用EcoRI和XhoI进行双酶切pGEX 4T 1/mZP3,鉴定正确后[图2(a)],进行mZP3蛋白大量制备,电泳结果[图2(b)]说明:mZP3基因能够在细菌中大量表
达。收获细菌沉淀后,超声波破菌,SDS PAGE电泳检测,mZP3蛋白在细菌沉淀中[图2(c)],该蛋白质主要
以包涵体的方式存在。
图2 原核表达载体pGEX 4T 1/mZP3的鉴定、蛋白质表达及纯化Fig.2 IdentificationofpGEX 4T 1/mZP3,proteinexpression,purification
(a)IdentificationofpGEX 4T 1/mZP3 1:DNAmarker;2,3:EnzymedigestionofpGEX 4T 1;4:EnzymedigestionofpGEX 4T 1/mZP3 (b)SDS PAGEofantigenexpression 1,2:TheproteinofpGEX 4T 1/mZP3inducedbyIPTG;3:TheproteinofpGEX 4T 1/mZP3notinduced;4:Proteinmarker (c)1~5:ThedifferentdilutionsofmZP3proteinafterpurified;6:Proteinmarker.Arrowpointtothetargetband
2.3 免疫小鼠血清IgG和生殖道黏液、肺脏洗液中
sIgA抗体的检测玩具滑翔机制作
为了检测免疫后小鼠体液免疫水平,对免疫后收集的小鼠血清进行检测。ELISA检测结果表明:用IL 15和PolyI:C作为佐剂共免疫可以显著增强mZP3基因疫苗的IgG抗体水平,
且随着免疫后天数的增加,小鼠血清中的IgG抗体水平也逐渐增加,IL 15和PolyI:C共免疫组Chi (pcD mZP3+IL 15+PolyI:C10μg)的抗体水平与其他各组相比差异极显著(P<0.01),结果见图3(a)。在初次免疫后28天,42天收集生殖道洗液和42天收集肺脏洗液,检测黏膜部位抗原特异性的sIgA的水平。结果表明,小鼠生殖道黏液中sIgA水平比较低,通过统计学分析比较,各组之间没有统计学差异。在小鼠的肺洗液中检测到了一定水平的sIgA、IL 15和PolyI:C共同免疫组Chi (pcD mZP3+IL 15+PolyI:C10μg)与其他各组相比差异显著(P<0.05),结果见图3(b)。
2.4 免疫后小鼠淋巴细胞增殖的检测
为了检测免疫后小鼠细胞免疫水平,对免疫后小鼠进行MTT检测淋巴细胞增殖实验,ConA作为阳性对照,
BSA作为阴性对照,MTT实验经统计分析,IL 15和PolyI:C(10μg)共免疫组与其他各组相比差异显著(P<0.01)结果见图4,结果表明PolyI:C(10μg)能够协同IL 15显著增强mZP3基因疫苗的淋巴细胞增殖。
2.5 各组小鼠的卵巢组织学检测
为了观察小鼠免疫后卵巢发育情况,最后一次免疫后6
周,对各组小鼠卵巢切片进行HE染,光镜观察显示,E、F、G组与对照组相比小鼠出现异常的卵巢发育,其他各组(A~D)小鼠卵巢发育正常,如图5所示。2.6 mZP3DNA疫苗的抗生育效果
小鼠抗生育实验结果显示,D、E、F、G组小鼠的平均幼崽数和生育率明显降低,与9g/LNaCl对照组达到了差异极显著的水平(P<0.01)(表1)。
3 讨 论
免疫不育技术是降低人口和有害动物数量的重要手段,随着社会的发展越来越受到人们的关注。TLR是近年来发现的重要免疫受体,它通过识别病原体,启动细胞内信号转导通路,激活先天性免疫和获得性免
疫[10]
。本实验选用的是PolyI:C,它是TLR3的激活物,
可以激活获得性免疫反应,进而增强获得性免疫反
应[13]。然而,由于本实验中基因疫苗免疫原性较弱,不
能够激发强效的黏膜免疫反应。相关文献报道,一些细胞因子和Toll受体拮抗物可作为免疫佐剂增强基因
疫苗的黏膜免疫效果[
14]
,但是,不同的剂量也会产生不同的免疫效果[15]
,本研究选用PolyI:C协同细胞因子
IL 15共同作为黏膜免疫的佐剂,IL 15的选用和PolyI:C10μ
g的剂量是在前期研究的基础上进行筛选9
中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.35No.9201
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图3 免疫后ICR小鼠血清中抗体水平的检测
Fig.3 DetectionofserumantibodylevelofimmunizedICRmice
(a)DetectionofIgGlevelinserum a:P<0.01 (b)DetectionofsIgAlevelinvaginalandlungfluid a:P<0.0
5
图4 免疫ICR小鼠淋巴细胞增殖的检测
Fig.4 DetectionoflymphocyteproliferationinmiceimmunizedwithICR
a:P<0.01vsgroupofA,B,C,D,E,F
0
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王丹阳等:PolyI:C协同IL 15作为小鼠卵透明带3
基因疫苗佐剂黏膜免疫效果的观察
图5 各组小鼠卵巢的组织学检测(H.E染,×100)Fig.5 Thehistologyexaminationofeachgroupmiceovary
(a)9g/LNaCl (b)Chi pcDNA3+LPC (c)Chi PolyI:C+LPC (d)Chi pcD IL 15+LPC (e)Chi pcD mZP3+LPC (f)Chi (pcD mZP3+IL 15
)+LPC (g)Chi (pcD mZP3+IL 15+PolyI:C)+LPC表1 免疫小鼠的生育观察表(n=10)
Table1 Fertilityofmiceimmunizedwithdifferentvaccinecombinations(n=10)
组号免疫分组生育率(%)
平均幼崽数(只)
A9g/LNaCl1009.5±2.2BChi pcDNA3+LPC908.2±2.3CChi PolyI:C+LPC1009.5±3.6DChi pcD IL 15+LPC906.2±3.7aEChi pcD mZP3+LPC705.9±3.2aFChi (pcD mZP3+I
L 15)+LPC704.6±3.1aG
Chi (pcD mZP3+IL 15+PolyI:C)+LPC
60
4.2±3.4a
Note:a.P<0.01 vsgroup0.9%NaCl
的,结果表明,PolyI:C协同IL 15可显著增强基因疫苗的免疫效果。
本研究选用了壳聚糖包裹pcD mZP3基因疫苗,同时使用了能够短暂破坏上皮细胞间连接的LPC进行处
理[
16]
。初次免疫后第28天和第42天检测到mZP3特异性的IgG和sIgA,结果发现,PolyI:C协同IL 15作为基因疫苗佐剂可以显著增强mZP3基因疫苗的抗体水平,而且随着免疫后
天数的增加,小鼠血清中的抗体水平也逐渐增加。M
TT结果中IL 15和PolyI:C共免疫组与其他各组相比差异显著,表明PolyI:C能够协同IL 15显著增强mZP3基因疫苗的淋巴细胞增殖。而且文献表明,mZP3疫苗导致的生育率的下降,不仅与特异性抗体有关,而且与T细胞引起的卵巢炎症反应也有关
系[17]
。卵巢的组织学结果表明,实验组卵巢泡发育异
常,而对照组卵巢泡发育正常,并且pcD mZP3基因疫苗引起了幼崽数的减少。所以,我们发现卵巢炎症反应可能与T细胞增殖有关,具体原因还有待进一步证实。
总之,本研究通过黏膜免疫途径,用壳聚糖包裹基因疫苗来探讨免疫不育疫苗黏膜免疫的可行性,并且研究发现PolyI:C协同细胞因子IL 15作为基因疫苗佐剂能够增强黏膜免疫反应,提高基因疫苗的免疫原性,增强基因疫苗的免疫效果,提高基因疫苗的抗生育作用,为今后基因疫苗的实际应用和进一步研制口服不孕疫苗提供了一定的参考。
参考文献
[1]LloydML,PapadimitriouJM,RobertsonSA,etal.
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