CN102139101B - 蛋白Com1在对贝氏柯克斯体的免疫保护中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蛋白Com1在对贝氏柯克斯体的免疫保护中的应用。该应用为SEQ ID NO：1所示蛋白在制备Q热疫苗中的应用。本发明证明贝氏柯克斯体重组膜蛋白Com1可以作为一种抗原蛋白，能够刺激机体产生免疫应答对抗贝氏柯克斯体毒株攻击，为具有Q热疫苗功能的保护性抗原。通过基因工程方法制备蛋白Com1，操作简便，成本低，产量高。用蛋白Com1作为Q热疫苗，克服了现有技术中疫苗制备困难的缺陷。

Description

蛋白Com1在对贝氏柯克斯体的免疫保护中的应用

技术领域

本发明涉及蛋白Com1在对贝氏柯克斯体的免疫保护中的应用。

背景技术

贝氏柯克斯体(Coxiella burnetii)为专性吞噬细胞内寄生的革兰阴性小杆菌。该菌对外界环境抵抗力很强，对人和动物有极强的感染力，可通过气溶胶扩散经呼吸道进入体内导致人及动物发生感染并导致Q热。

Q热是一种呈世界性分布的人兽共患病，在我国分布广泛。人类Q热临床表现多样。急性Q热表现为发热、头痛、肌肉酸痛，常伴有肺炎、肝炎等；慢性Q热表现为心内膜炎、肉芽肿性肝炎、骨髓炎等。近年来Q热性脑膜炎、肾小球肾炎、孕妇流产等亦有报道。虽然抗生素治疗对Q热有效，但由于Q热能以气溶胶的形式传播，一旦流行难以控制。另外慢性Q热需要较长的疗程(可长达12个月)，且易复发。因此采用有效的疫苗作预防接种是防止Q热发生和流行的最有效手段。

在过去几十年中，Q热疫苗的研制主要集中在灭活疫苗和化学提取的亚单位疫苗上。灭活疫苗和化学提取的亚单位疫苗均需要鸡胚大量繁殖贝氏柯克斯体进行制备，但是鸡胚繁殖量低，提取纯化贝氏柯克斯体的防护要求高，工艺复杂，成本昂贵，因此难以大量制备和推广使用。

随着对不同组织来源树突状细胞研究的深入，人们发现体内DCs主要分为髓系DCs和淋巴系DC树突状细胞两大类。前者与单核细胞、粒细胞有共同的祖细胞，而后者与T细胞、B细胞有共同的前体细胞。研究者在人胎肝、脐血、骨髓、脾脏、人外周血以及小鼠的骨髓和外周血中分离出髓系前体，在体外合适的培养条件及刺激因素下获得了具有典型形态、表型及功能的树突状细胞。髓系树突状细胞的分化发育分为4个阶段：前体阶段、未成熟期、迁移期和成熟期。正常情况下绝大多数体内髓系树突状细胞(主要位于非淋巴组织)处于非成熟状态，未成熟的树突状细胞表达低水平的协同刺激分子和粘附分子，体外激发混合淋巴细胞反应(mixed lympho2cyte reaction，MLR)的能力较弱，但具有极强的摄取和加工处理抗原的能力。在外源性抗原、炎症刺激因素等共同影响下，它们能从非淋巴组织进入次级淋巴组织并逐渐成熟。在迁移过程中存在迁移期树突状细胞，这类树突状细胞主要存在于输入淋巴管、外周血、肝脏血液及淋巴组织，经过淋巴和血液循环，从输入淋巴管进入淋巴结。进人次级淋巴组织后，在适当的刺激因素下，树突状细胞逐渐成熟。成熟的树突状细胞表达高水平MHC-I、MHC-II类分子、协同刺激分子(CD80、CD86)、粘附分子(CO40、CD44、CD54)、整合素及特征性标记(CDla、CD1lc、CD83)等，并能分泌IL-12、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等细胞因子，能分泌Thl型细胞因子，因而它们能有效地将抗原提呈给初始T细胞并使之激活，促进细胞介导的免疫应答。

现有研究中一般按照如下方法体外培养获得未成熟期的髓系树突状细胞：从小鼠股骨骨髓分离出骨髓细胞，用RPMI1640全培养基培养骨髓细胞，培养7天，得到未成熟期的树突状细胞。

RPMI 1640全培养基按照如下方法制备：将小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基混合，小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基的配比为：10mg小牛血清∶100μg链霉素∶100U青霉素∶20ng GM-CSF∶10ngIL-4∶1mlRPMI1640细胞培养基，得到的混合物即为RPMI1640全培养基。

发明内容

本发明的一个目的是提供SEQ ID NO：1所示蛋白的新用途。

本发明所提供的新用途为SEQ ID NO：1所示蛋白在制备Q热疫苗中的应用或SEQID NO：1所示蛋白在制备针对Q热的保护性抗原中的应用。

上述应用中，所述Q热是由贝氏柯克斯体引起的。

实际应用中，SEQ ID NO：1所示蛋白可以与佐剂混合，制成Q热疫苗，还可用SEQ ID NO：1所示蛋刺激白抗原呈递细胞(树突状细胞)，将刺激后的树突状细胞作为Q热疫苗。

本发明的另一个目的是提供一种制备针对Q热的保护性抗原的方法。

本发明所提供的制备针对Q热的保护性抗原的方法，包括如下步骤：用SEQ ID NO：1所示蛋白刺激离体的未成熟期的树突状细胞，刺激后的树突状细胞即为针对Q热的保护性抗原。

上述方法中，所述刺激的方法包括如下步骤：将所述SEQ ID NO：1所示蛋白、所述树突状细胞和用于培养树突状细胞的细胞培养基共同孵育。

上述任一所述方法中，所述树突状细胞与所述SEQ ID NO：1所示蛋白的配比为5×10⁵个：10ug。

上述任一所述方法中，所述共同孵育的时间为24h。

上述任一所述方法中，所述共同孵育在温度为37℃、二氧化碳体积浓度为5％的条件下进行。

上述任一所述方法中，所述用于培养树突状细胞的细胞培养基按照如下方法制备：将小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基混合，小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基的配比为：10mg小牛血清∶100μg链霉素∶100U青霉素∶20ng细胞因子GM-CSF∶10ng细胞因子IL-4∶1ml RPMI1640细胞培养基，得到的混合物即为用于培养树突状细胞的细胞培养基。

上述任一所述方法中，所述Q热是由贝氏柯克斯体(Coxiella burnetii)引起的。

由上述任一所述方法得到的针对Q热的保护性抗原也属于本发明的保护范围。

本发明的最后一个目的是提供一种制备Q热疫苗的方法。

本发明所提供的制备Q热疫苗的方法，包括如下步骤：将SEQ ID NO：1所示蛋白与佐剂混合，得到Q热疫苗。

由上述方法得到的Q热疫苗也属于本发明的保护范围。

本发明证明贝氏柯克斯体重组膜蛋白Com1可以作为一种抗原蛋白，能够刺激机体产生免疫应答对抗贝氏柯克斯体毒株攻击，为具有Q热疫苗功能的保护性抗原。通过基因工程方法制备蛋白Com1，操作简便，成本低，产量高。用蛋白Com1作为Q热疫苗，克服了现有技术中疫苗制备困难的缺陷。

本发明属于艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治科技重大专项中内容，项目名称：传染病病原体诊断和组合检测技术研究；课题编号2008ZX10004-002。本发明对国家利益或公共利益具有重大意义，迫切需要采取专利方式予以保护。

附图说明

图1为蛋白电泳检测。

图2为蛋白抗原Com1的免疫保护效果评价(实时荧光定量PCR检测免疫小鼠体内贝氏柯克斯体拷贝数。

图3为检测刺激后的树突状细胞的分子表达。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

贝氏柯克斯体新桥株(Coxiella burnetii)Xinqiao strain在文献“Wen，B.，S.Yu，G.Yu，Q.Li，and X.Zhang.1991.Analysis of proteins andlipopolysaccharides from Chinese isolates of Coxiella burnetii with monoclonalantibodies.Acta Virol 35：538-544.”中公开过，公众可从中国人民解放军军事医学科学院微生物流行病研究所获得。

实施例1、抗原蛋白Com1的制备

载体pET-32a(+)购自Novagen公司，产品目录号为69015。pQE30购自qiagen公司，产品目录号为33203。

大肠杆菌BL21购自Novagen公司，产品目录号为69450。大肠杆菌M15购自Novagen公司，产品目录号为34210。

蛋白Com1的编码基因制备：以贝氏柯克斯体新桥株(Coxiella burnetii)的基因组DNA为模板，用引物对进行PCR扩增，得到PCR扩增产物；用限制性内切酶BamHI和SacI酶切PCR扩增产物，回收目的基因片段；用限制性内切酶BamHI和SacI酶切载体pQE30，回收载体大片段；将目的基因片段和载体大片段连接，得到重组载体；PCR扩增的条件：94℃预变性5min，95℃30sec、55℃30sec、72℃1.5min，循环35次，72℃延伸7min。

5’CGGGATCCGTGAAGAACCGTTTGACTGCA 3’(BamHI)；

5’CCGAGCTCTTTTTGAAGGTTTTGTTGTGA 3’(SacI)

重组菌的制备：将重组载体转入出发菌大肠杆菌M15中，得到重组菌。验证：将重组菌接入含有安苄(Amp⁺)和卡那(Kan⁺)双抗性的固体LB平板培养基中，抗性筛选，挑取单性克隆；将单克隆接入LB液体培养基中，培养，提取质粒，进行测序，结果在载体pQE30的BamHI和SacI酶切位点间插入的基因序列如SEQ ID NO：2所示，表明构建的载体正确。该基因编码的蛋白序列如SEQ ID NO：1所示，将该蛋白记作Com1。

蛋白表达：将阳性重组菌接入安苄(Amp⁺)和卡那(Kan⁺)双抗性的LB液体培养基中，37℃震摇过夜，次日按1∶100接种新鲜安苄(Amp⁺)和卡那(Kan⁺)双抗性的LB液体培养基，37℃震摇至OD₆₀₀＝0.4，加入诱导剂IPTG，浓度为0.4mM，于37℃继续震摇4小时，得到发酵液。

蛋白纯化：取诱导表达的发酵液100ml，8000rpm/min离心5min，集菌，弃上清。用30ml裂解缓冲液重悬菌体，以25％振幅超声破碎(超3s，停9s)1小时。取出超声裂解物，以12000rpm离心20min，弃掉沉淀，收集上清液。向上清液中加入10ml回收缓冲液后混匀，1h后以12000rpm离心20min，弃掉沉淀，收集上清液。将上清液与2ml Ni-NTA混合，室温200rpm振荡混匀4h，使目的蛋白与Ni-NTA完全结合。吸掉上清，依次加入含6M～0M(6M、5M、4M、3M、2M、1M、0M)尿素的复性缓冲液逐级复性；每次加入复性缓冲液后混匀，室温静置作用4h。待加入含0M尿素的复性缓冲液作用4h后，倒入纯化空柱中，加入10ml洗涤缓冲液洗涤，并控制流速为3ml/min。待液体流净，加入洗脱缓冲液，共洗脱4次，每次0.5ml，将每次收集的洗脱液合并，即得到目的蛋白溶液。

每1升裂解缓冲液按照如下方法制备：将50mmol NaH₂PO₄·H₂O、300mmol NaCl、10mmol咪唑和水混合，用NaOH调节pH至8.0，用水定容至1L，得到裂解缓冲液。

0.1mol/L Tris-Cl缓冲液配制：将12.11gTris、800mL ddH₂O和49mL HCl混合，滴加浓盐酸调pH至8.0，用ddH₂O定溶至1000mL，得到0.1mol/L Tris-Cl缓冲液。

每1升回收缓冲液按照如下方法制备：将100mmol NaH₂PO₄·H₂O、0.1L Tris-Cl缓冲液(即10mmol Tris)、8mol尿素和水混合，用NaOH调节pH至8.0，用水定容至1L，得到回收缓冲液。

复性缓冲液制备：

每1升含6M尿素复性缓冲液按照如下方法制备：将500mmol NaCl、0.2L Tris-Cl缓冲液、6mol尿素、0.2L甘油和水混合，调节pH至7.4，用水定容至1升，得到含6M尿素复性缓冲液。

每1升无尿素复性缓冲液按照如下方法制备：将500mmol NaCl、0.2L Tris-Cl缓冲液、0.2L甘油和水混合，调节pH至7.4，用水定容至1升，得到无尿素复性缓冲液。

5M-1M尿素复性缓冲液由6M尿素复性缓冲液和无尿素复性缓冲液不同体积配比得到。

每1升洗涤缓冲液组成：将50mmol NaH₂PO₄·H₂O、300mmol NaCl、20mmol咪唑和水混合，用NaOH调节pH至8.0，用水定容至1L，得到洗涤缓冲液。

每1升洗脱缓冲液组成：：将50mmol NaH₂PO₄·H₂O、300mmol NaCl、250mmol咪唑、0.3L甘油和水混合，用NaOH调节pH至8.0，用水定容至1L，得到洗脱缓冲液。

每1升LB液体培养基组成：将10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、10g氯化钠和水混合，用水定容至1L，得到LB液体培养基。

将得到的蛋白溶液进行电泳检测，结果如图1所示。Com1蛋白的分子量大小为27KD，与预期一致。

同时以转入空载体pQE30的M15作为对照重组菌。发酵该对照重组菌没有得到任何蛋白。

同时以转入空载体pET-32a(+)的BL21(DE3)作为对照重组菌。发酵该对照重组菌得到的蛋白为载体pET-32a(+)上的标签蛋白TrxA，其大小为17KD。

表明制备的蛋白正确。

实施例2、抗原蛋白Com1的应用

一、制备针对Q热的保护性抗原

1、未成熟期的树突状细胞的制备

BALB/c小鼠购自购自军事医学科学院实验动物中心。

从BALB/c小鼠股骨骨髓分离出骨髓细胞：取BALB/c小鼠股骨，用眼科剪剪掉两侧股骨头，将吸满1mlPBS缓冲液的注射器针头插入骨腔中，并缓慢推动注射器冲洗，从骨腔中冲洗出单一骨髓细胞悬液。

用RPMI1640全培养基调整骨髓细胞数至1×10⁶/ml，并转入六孔培养板(9.6×6cm²)，在温度为37℃、二氧化碳体积浓度为5％的条件下培养，于培养第3，5天每孔分别更换3mlRPMI1640全培养基，如此培养7天，得到未成熟期的树突状细胞。

RPMI 1640全培养基按照如下方法制备：将小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基混合，小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基的配比为：10mg小牛血清∶100μg链霉素∶100U青霉素∶20ng GM-CSF∶10ngIL-4∶1mlRPMI1640细胞培养基，得到的混合物即为RPMI1640全培养基。

RPMI1640细胞培养基购自Hyclone，产品目录号为SH30809.01。小牛血清购自Hyclone，产品目录号为SH30087.02。链霉素购自Sigma，产品目录号为3810-74-0。青霉素购自Sigma，产品目录号为69-52-3。细胞因子GM-CSF购自PeproTech公司，产品目录号为315-03-20。细胞因子IL-4购自PeproTech公司，产品目录号为214-14-20。

2、用抗原蛋白Com1刺激未成熟期的树突状细胞

将5×10⁵个未成熟期的树突状细胞用RPMI1640全培养基按照每孔1ml接种于六孔板，分别于不同孔内加入10ug的Com1、10ug TrxA、2ug大肠杆菌脂多糖LPS、25ul蛋白洗脱缓冲液，同时设置未加任何物质的细胞培养孔，将其置37℃、5％CO₂孵育24h，得到刺激后的树突状细胞。将接受不同抗原刺激24小时后的树突状细胞按5×10⁶cells/ml重悬于PBS缓冲液，得到细胞悬液，用此细胞悬液进行接种。

每1升磷酸盐缓冲液(PBS)按照如下方法制备：将8gNaCl、0.2g KCl、3.53gNa₂HPO₄.12H₂O、0.24g KH₂PO₄和水混合，用水定容至1升。

大肠杆菌脂多糖LPS购自Sigma，产品目录号为L2880。

3、检测刺激后的树突状细胞的分子表达情况

将刺激后的树突状细胞分别用不同标记的单抗染色：FITC-抗CD11c，PE-抗CD11b，PE/Cy5-抗CD40、CD80、CD86及MHC-II，包括同型对照FITC-Hamster IgG，PE-Rat IgG2b，PE/Cy5-Rat IgG2a，Hamster IgG及IgG2b。染色前加入Fc受体阻断剂孵育。染色后细胞经FACScalibur流式细胞仪分析，树突状细胞至少收集10000个。最后用CellQuest软件分析数据。Mock表示未接受任何抗原刺激的树突状细胞，Elutionbuffer表示接受蛋白洗脱缓冲液刺激的树突状细胞。

FITC-标记的抗CD11c(N418)    BioLegend公司    117305

FITC-标记的Hamster IgG      BioLegend公司    402006

PE-标记的抗CD11b(M1/70)     BioLegend公司    101207

PE-标记的Rat IgG2b                BioLegend公司    400607

PE/Cy5-标记的抗CD40(1C10)         BioLegend公司    124617

PE/Cy5-标记的Rat IgG2a            BioLegend公司    400509

PE/Cy5-标记的Hamster IgG          BioLegend公司    400909

PE/Cy5-标记的IgG2b                BioLegend公司    400315

PE/Cy5-标记的抗CD80(16-10A1)      BioLegend公司    104711

PE/Cy5-标记的抗CD86(GL-1)         BioLegend公司    105015

E/Cy5-标记的抗MHC-II(M5/114.15.2) BioLegend公司    107611

Fc受体阻断剂anti-CD16/32(93)      BioLegend公司    101314

结果如图3所示。结果显示：Com1刺激后的树突状细胞、TrxA刺激后的树突状细胞细胞、LPS刺激后的树突状细胞均表达较高水平的MHC-II和共刺激因子CD40，CD80，CD86，无统计学差异；Mock组和Elution buffer组均表达较低水平的MHC-II和共刺激因子CD40，CD80，CD86。表明，Com1，TrxA，LPS抗原的刺激能促进树突状细胞的成熟与活化。

二、免疫保护：抗原激活树突状细胞的保护性评价

免疫：将抗原刺激的树突状细胞接种BALB/c小鼠，接种量为5×10⁵个/只，接种方式为腹腔接种。

攻毒：从接种当天计起(接种当天记作第0天)，14天后，用贝氏柯克斯体(Coxiellaburnetii)对免疫小鼠进行攻毒，攻毒剂量为1×10⁶拷贝数/只。

保护性检测：从攻毒当天计起(攻毒当天记作第0天)，攻毒7天后处死小鼠，取10mg脾组织提取DNA，采用实时荧光定量PCR检测其脾脏中贝氏柯克斯体载量。

PCR引物如下：

Fp(5’-CGGCTGAATTTAAGCGATTTA TTTT-3’)

Rp(5’-CGTAACCACACACGCATCTCA-3’)

TaqMan MGB2probe(5’-CCGAACC2CATTGCAA-3’)

同时设如下对照组：各对照组除了接种的树突状细胞不同外，其余均与实验组相同。

TrxA对照组：接种用pET32A载体上的标签蛋白TrxA刺激后的树突状细胞。

LPS对照组：接种大肠杆菌脂多糖LPS刺激后的树突状细胞。

阴性对照组(ctrl)：接种未经任何抗原刺激的树突状细胞。

实验设3次重复，结果数据以

表示。对定量PCR结果运用SAS9.1软件进行单因素多水平方差分析及两两比较。

结果如表1和图2。

表1、检测结果

统计学分析显示，蛋白抗原Com1刺激树突状细胞免疫小鼠的脾脏立克次体平均载量均显著少于3个对照组(P＜0.05)，蛋白Com1组小鼠的脾脏立克次体平均载量与阴性对照(无刺激物)组有显著性差异，而TrxA组和LPS组与阴性对照无显著性差异。说明Com1蛋白能诱发针对贝氏柯克斯体的保护性免疫，Com1蛋白及经Com1蛋白刺激的树突状细胞均具有免疫保护性能。

脂多糖为含糖和脂质的化合物，在组成上糖的分量多于脂，故名脂多糖，是革兰氏阴性细菌外膜的一种主要成分。脂多糖也是细菌内毒素的主要成分。当革兰氏阴性细菌崩裂时释出，是很强的发热原。大肠杆菌LPS被认为是免疫应答的强激活剂，能刺激树突状细胞的成熟。接受大肠杆菌脂多糖LPS刺激的树突状细胞免疫的小鼠的柯克斯体载量与对照组无显著差异，而接受Com1抗原刺激的树突状细胞免疫的小鼠的柯克斯体含量显著低于对照组，说明大肠杆菌脂多糖LPS刺激的树突状细胞诱发的免疫是非特异性的，而贝氏柯克斯体外膜蛋白Com1能够刺激树突状细胞的成熟与活化，从而诱发针对贝氏柯克斯体的特异性免疫，为保护性抗原。

Claims (7)

1.一种制备针对Q热的保护性抗原的方法，包括如下步骤：用SEQ ID NO：1所示蛋白刺激离体的未成熟期的树突状细胞，刺激后的树突状细胞即为针对Q热的保护性抗原。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刺激的方法包括如下步骤：将所述SEQ ID NO：1所示蛋白、所述树突状细胞和用于培养树突状细胞的细胞培养基共同孵育。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述树突状细胞与所述SEQ ID NO：1所示蛋白的配比为5 ×10⁵个：10ug；

和，所述共同孵育的时间为24h。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述共同孵育在温度为37℃、二氧化碳体积浓度为5%的条件下进行。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述用于培养树突状细胞的细胞培养基按照如下方法制备：将小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基混合，小牛血清、链霉素、青霉素、细胞因子GM-CSF、细胞因子IL-4和RPMI1640细胞培养基的配比为：10mg小牛血清：100μg链霉素：100 U青霉素：20 ng 细胞因子GM-CSF：10 ng 细胞因子IL-4：1ml RPMI1640细胞培养基，得到的混合物即为用于培养树突状细胞的细胞培养基。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述Q热是由贝氏柯克斯体(Coxiella burnetii)引起的。 

7.由权利要求1-6中任一所述方法得到的针对Q热的保护性抗原。

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