CN107098976A - 重组ltb‑ctb载体蛋白及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重组LTB‑CTB载体蛋白及其制备方法和应用，包括：大肠杆菌不耐热肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(LTB)及霍乱弧菌肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(CTB)，其中LTB核酸序列与CTB核酸序列通过引物序列桥接，构建的LTB‑CTB核酸序列。本发明提供的载体蛋白不仅具有良好的免疫原性，更具有良好的免疫佐剂效果，可以引起良好的黏膜免疫效果，可以作为多种抗原的优良载体，具有广泛的应用前景。

Description

重组LTB-CTB载体蛋白及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种重组LTB-CTB载体蛋白及其制备方法和应用，属于疫苗领域。
背景技术
一、病原微生物与疫苗
能引起人体或动物体发生传染病的微生物，称为病原微生物或致病微生物。传染是指病原微生物侵入机体后，在一定的部位生长、繁殖，并引起一系列病理生理的过程。当病原微生物侵入机体后，病原微生物与机体互相作用，互相改变对方的活性与功能，因此能否引起传染病，一方面取决于病原微生物的致病能力即致病性或毒力，另方面还取决于机体的抵抗力即免疫力。病原性细菌引起传染的能力大小，就是细菌的毒力或致病性。细菌毒力的有无和毒力的强弱主要取决于它的侵袭力、产毒素性和引起超敏反应的能力。
细菌产生的毒素可分为外毒素和内毒素两大类。外毒素是病原菌在生长繁殖期间分泌到周围环境种的一种代谢产物，主要由革兰氏阳性菌产生，少数革兰氏阴性菌也能产生。其化学组成是蛋白质，抗原性强，毒性也强，但极不稳定，对热和某些化学物质敏感，容易受到破坏。常见的如：白喉棒杆菌产生的白喉外毒素、破伤风梭菌产生的破伤风毒素、霍乱弧菌产生的肠毒素、肉毒梭菌产生的肉毒毒素等。大多数革兰氏阴性细菌能产生内毒素，实际上它存在于细菌细胞壁的外层，属于细胞壁的组成部分，一般情况下并不分泌到环境中，只有当细菌溶解后才释放出来，因而称为内毒素，其毒性比外毒素要低，抗原性也弱。
同种生物的不同个体，当它们与病原菌接触后，有的患病，有的则安然无恙，原因在于不同个体的免疫力不同。免疫就是指机体识别和排除抗原异物(如病原微生物等)的一种保护性反应。一般来讲，它对机体是有利的，在异常条件下，也可能损害机体。人体的免疫分为非特异性免疫和特异性免疫。其中特异性免疫是指机体针对某一种或某一类微生物或产物所产生的特异抵抗力。而疫苗即是科学家研制出来使机体产生特异性免疫抵抗病原微生物对人体侵害的生物制品，通常由病原微生物本身加以制备而成的。细菌、病毒和立克次氏体等病原微生物制成疫苗，注射机体后，使机体产生特异性或致敏性淋巴细胞，分泌抗体，达到特异性免疫效果。
而疫苗又分为治疗性和预防性两种，通过治疗性疫苗治疗疾病，并通过预防性疫苗保护人体不受致病性微生物的侵害。经过多年的努力，医学界已经开发出各种不同的疫苗用以预防，诸如细菌、病毒和真菌等，感染造成的各种疾病，极大地提高了人类的健康水平。生物技术的不断发展，促进了疫苗品种的多样化。用以预防病毒导致的传染病有灭活病毒技术开发出来的疫苗，如乙脑疫苗、脊髓灰质炎疫苗、流感疫苗等；减毒病毒技术开发出来的减毒活疫苗，如轮状病毒疫苗、口服脊髓灰质炎病毒疫苗、麻疹病毒疫苗、腮腺炎病毒疫苗、风疹病毒疫苗和水痘疫苗等。用以预防细菌性传染病的有用蛋白和多糖等生物大分子纯化技术开发出来的细菌类疫苗，如破伤风类毒素、白喉类毒素、百日咳类毒素及其亚细胞组分、流行性脑膜炎球菌多糖和23价肺炎球菌多糖等。更先进的有用半化学结合技术开发出来的预防脑膜炎和肺炎的细菌疫苗，如流行性嗜血杆菌b型多糖-蛋白缀合疫苗、7价或10价肺炎球菌多糖-蛋白缀合疫苗以及4价脑膜炎球菌多糖-蛋白缀合疫苗。通过对生物技术的不断改进，能够开发出更多的新型疫苗产品来应付不同的病原微生物对人类健康的挑战。
二、黏膜免疫
黏膜免疫系统广泛分布于呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺处的淋巴组织，是执行局部特异性免疫功能的主要场所。机体约有95％的细菌、病毒和寄生虫的感染都起始于黏膜表面。黏膜免疫系统是机体抵抗病原体入侵的第一道免疫屏障，具有独特结构和功能的独立免疫系统，对于防治病原体的定植和侵入有着积极意义。有别于传统的免疫系统，黏膜免疫系统是大量免疫细胞和免疫分子弥散在黏膜上皮或黏膜下固有层(弥散淋巴组织)，或由单个或多个淋巴滤泡聚集成的黏膜相关淋巴组织，机体50％以上的淋巴组织和80％以上的免疫细胞集中于黏膜免疫系统。黏膜免疫可以诱导局部黏膜产生分泌性IgA(sIgA)、IgM和IgG等保护性抗体，并可诱导其它部位的黏膜也产生sIgA，这是黏膜免疫保护作用的主要机制。此外，黏膜免疫还诱导黏膜CTL反应，并且产生分泌IFN-C的CD4+T细胞，这对于病原体侵入的预防和清除是非常重要的。因此黏膜免疫是保护机体免于病原体侵犯的重要屏障，在疫苗的设计中具有重要意义。
基于黏膜免疫的疫苗由于诱导的免疫往往反应较弱，持续时间短，难以取得理想的免疫保护效果。目前认为，如重组蛋白、合成多肽和DNA等抗原的免疫原性较弱是重要原因之一，因此需要设法提高免疫反应的强度，并且还有一些疫苗需要转变免疫反应类型，以突出黏膜免疫等。这些方面的问题使佐剂的使用显得尤为迫切和重要，因此对于黏膜免疫佐剂的研究已经成为感染免疫和疫苗领域的一个研究热点。目前，已报道的黏膜免疫佐剂主要可分为三类：第一类是细菌性物质，包括蛋白(主要是细菌毒素)和核酸；第二类是各种细胞因子；第三类是抗原递送系统。
细菌毒素中作为黏膜免疫佐剂最常使用的是大肠杆菌不耐热肠毒素(LT)和霍乱毒素(CT)，人们对其已进行了较多研究。紧密连接毒素(zonula occludens toxin，Zot)、细胞毒性坏死因子(cytotoxic necrotizing factor 1，CNF1)和皮肤坏死毒素(dermonecrotic toxin，DNT)等是新近报道的具有黏膜佐剂功能的细菌毒素。LT和CT都是细菌毒素，其核苷酸序列同源性约80％，结构也基本相同。CT主要诱导抗原特异的CD4+Th2型细胞，而LT则能诱导混合的CD4+Th1和Th2型细胞。CT和LT是强有力的黏膜免疫佐剂，但由于其具有毒性阻碍了其在人用疫苗领域的应用，因此构建去除毒性或降低毒性，同时保留佐剂属性的突变体是十分必要的。
LT是迄今在人和动物实验中已被鉴定的最有效的黏膜免疫原之一。它能有效地介导针对LT的CD4+T细胞和B细胞反应。经消化道途径(口服或胃内途径)注射LT给小鼠，均可诱导高分泌性和全身性抗体应答，小鼠呼吸道分泌物和小肠内容物中均可查到大量的抗LT的IgA抗体。取小肠黏膜作切片，在黏膜固有层淋巴集结可看到大量的浆细胞。LT诱导的黏膜分泌性抗体应答最强烈的是抗原沉积部位，但并不局限于抗原沉积部位，在其他黏膜效应部位也有同样的应答发生。
LT和LTB都具有良好的免疫原性，LTB含有引起T特异性抗体应答的大部分优势抗原表位，两者均能有效地启动机体产生局部和全身的T细胞和B细胞免疫应答，还能使T、B细胞产生长期的记忆反应。
三、大肠杆菌及其流行病学
大肠杆菌是大肠埃希氏菌(Escherichia coli，E.coli)的简称，被德国细菌学家Theodor Escherich最早于1885年从婴儿粪便中分离，是肠杆菌科(Entero-bacteriaceae)、埃希氏菌属(Escherichia)的成员，原名为Bacterium coli commune，意思是指肠道常见细菌。实际上，只有少数一部分E.coli菌株可在肠道内直接导致宿主疾病，而大多数E.coli在肠道内是不致病的，但如果移位至肠道外面的组织或器官则可能引起肠外的感染。致病性E.coli并非为条件致病菌(如抵抗力降低、正常菌群比例失调或移位等)，而是某些血清型群(型)的大肠杆菌本身即为病原菌。对于肠内的致病性大肠杆菌，依据致病机理、临床症状和流行病学特点等的不同主要有以下几种类型：产肠毒素大肠杆菌(Enterotoxigenic E.coli，ETEC)、产志贺毒素大肠杆菌(Shiga toxin-producingE.coli，STEC)、肠出血性大肠奸菌(Enterohemorrhagic E.coli，EHEC)、肠致病性大肠杆菌(Enteropathogenic E.coli，EPEC)和肠侵袭性大肠杆菌(Enteroinvasive E.coli，EIEC)等。此外，还有尿道致病性大肠杆菌(Uropthogenic E.coli，UPEC)、吸脱型大肠杆菌(Attaching and Effacing E.coli，AEEC)、产坏死性毒素大肠汗菌(NecrotoxigenicE.coli，NTEC)、肠黏附性大肠奸菌(Enteroaggregative E.coli，EAEC)和肠集聚性大肠奸菌(Enteroaggregative E.coli，EAggEC)等。其中最常见的是ETEC引起的腹泻。ETEC最早流行于20世纪60年代晚期，是人和动物传染性腹泻的重要病原体之一。一些资料表明，ETEC是霍乱流行区土著成人居民中引起霍乱综合征的最常见病因；是发达国家乃至发展中国家儿童、旅行者腹泻最常见病因；也是水源与食物被粪便污染而引的起腹泻、恶心、低烧、腹部绞痛等重要因素之一。
ETEC产生2种不同类型毒素即不耐热肠毒素(Heat-labile toxin，LT)和耐热肠毒素(Heat-stable toxin，ST)。LT和ST这两种毒素的物理性质有较大的不同，ST在100℃，30min基本不失活，但LT在65℃，30min即完全失活。ST分子量较低(<9000ku)，无抗原性，可分为ST1和ST2两种，其中ST1在流行病学上起着重要作用，二者都激活鸟苷酸环化酶，使细胞内cGMP水平升高，扰乱电介质代谢，引起腹泻。LT与ST不同之处在于，LT为一种免疫蛋白，与霍乱肠毒素(Cholrea toxin，CT)有着较为密切关系，组成一个毒素家族。ETEC也可引起人体产生霍乱样腹泻，爽便性状和脱水症状与霍乱相似。
根据毒素来源的不同，LT可分为人源(LT-h/hLT)和猪源(LT-p/pLT)两人种类，它们化学性质和免疫特性均极为相似。根据编码基因不同，LT又分为两种类型：LT1和LT2。LT1由胞浆中的大质粒编码，在自然界中最为常见，是LT发挥生物学活性的主要成分。一般所说的LT大多都指LT1；而LT2由染色体DNA编码产生。虽然它们的组成和作用方式相似，但无基因同源性及交叉免疫原性。以下所说的LT均指LT1。
编码LT的基因全长1148bp，位于野生型产毒性大肠杆菌细胞装中的大质粒上。LT操纵子含有2个结构基因，分别为编码B亚单位的toxB基因和编码A亚单位的toxA基因，它们串连在一起并会被转录成1条mRNA链。其中toxB基因位于toxA基因3'的末端，它的核糖体结合位点(GGGA)位于toxA基因内，而且toxA3'端2个密码子(TTATGA)和toxB 5'端2个密码子(ATGAAT)有4个核苷酸相互重叠。B亚单位编码区基因全长372bp，编码由124个氨基酸组成的多肽；A亚单位编码区基因全长777bp，编码259个氨基酸的多肽。toxB在起始密码子前的3个核苷酸处有SD序列，其中的5个核苷酸可与16S核糖体RNA3'端12个核苷酸中的5个互补，且近ATG端碱基为A。这些结构有利于提高核糖体的结合效率，且toxB mRNA的二级结构也有利于toxB基因的翻译，从而导致了在同一个启动子下游，toxB虽然位于远端，表达量却超过toxA的5倍之多。这种较为特殊的结构可能更便于毒素启动子对2个亚基起到较好的调控作用，调节它们的表达量，使之易于达到毒素合成的最好状态。
胞浆中的A、B亚单位都以携带信号肽的前体存在。当穿越细胞膜后才会组装成完整的LT。B亚单位的作用是与真核细胞膜表面的GM-1神经节苷脂受体特异性结合，以便利于A亚单位进入靶细胞。A亚单位具有GTP依赖性的ADP-核糖基化转移酶活性，通过G蛋白介导的ADP-核糖基化反应扰乱细胞内cAMP的降解与平衡，刺激cAMP含量增高，从而引发毒性效应。LT-h和LT-p作用于不同的G蛋白，前者是Gs蛋白，后者是Gi蛋白，而最终效果都是导致蛋白激酶A失活，引起一系列的生化反应，引起cAMP含量增高，刺激肠道黏膜水与电解质的过度分泌，导致腹泻。
LTB作为免疫佐剂的功能已被证实，且具有越来越高的关注度，但LTB单独作为载体蛋白的研究却少之又少，单独的LTB蛋白目前仅作为LTA的载体使用，这大大限制了LTB的使用范围。LTB由于其具有良好的结构基础，与其他蛋白融合表达后构建的蛋白载体具有广泛的使用前景。
四、霍乱弧菌概述
CT是霍乱弧菌分泌的一种不耐热肠毒素，由一个毒性A亚基(CTA)和五个完全相同的B亚基(CTB)组成，形成AB5结构。A亚基是一条单链，合成后常在194、195残基间裂解为CTA1与CTA2，以二硫键连接。其中CTA1具有ADP-核糖基转移酶活性，与CT的佐剂作用有密切关系，CTA2则连接CTA1和CTB。CTB的5个亚基彼此以非共价键结合成五聚体，再通过CTA2环绕CTA形成AB5结构。CTB五聚体的亚基间的结合力很强，大于它们与A亚基的结合力。
CTB近年来作为免疫载体的应用受到广泛的重视，CTB作为无毒单位，具有结合GM1的功能，是毒性亚单位A紧密结合在肠道黏膜细胞表面，使融合蛋白更易与消化道黏膜作用，进而引起一系列生理生化反应，产生更强的免疫效果，CTB还可以作为某些外源多肽的稳定载体，当它与化学偶联或基因融合的抗原同时进入体内之后，会激起融合表位抗原的免疫原性，使机体产生强烈的免疫反应，达到免疫保护作用。
CTB具有很强的免疫原性，可增强细菌病毒以及其他抗原的免疫原性，特别是经过黏膜免疫途径，不仅可以增强血清的特异性IgG抗体应答，还可诱导较强的特异性能黏膜IgA免疫应答，具有能加强抗原表位的抗原性的特点。CTB可以刺激抗原递呈细胞中树突状细胞对抗原的运输能力，树突状细胞用于运输抗原到淋巴器官，并激活抗原性CD4+和CD8+T细胞。CTB可以激活树突状细胞的成熟，使树突状细胞的树突更长，体积更大。CTB细胞还可以调节系内的T细胞反应，以及体内抗体的产生。
CTB具有良好的佐剂效果，但由于CTB中含有部分CT，因此具有一定的毒性，无法彻底去除。因此近期的研究热点转向以LTB替代CTB作为黏膜免疫佐剂的研究，但LTB无法发挥CTB的良好的蛋白载体效果，因此，设计一种重组的载体蛋白，使之即有CTB的载体作用，又具有LTB的良好佐剂效果，且不具有毒性的重组载体蛋白，成为了发明人研究的重点。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种重组LTB-CTB载体蛋白及其制备方法和应用。
为实现上述发明目的，本发明的第一个目的采用的技术方案如下：
一种重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于，所述载体蛋白包括：大肠杆菌不耐热肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(LTB)及霍乱弧菌肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(CTB)，其中LTB核酸序列与CTB核酸序列通过引物序列桥接，构建的LTB-CTB核酸序列如序列表SEQID NO：5所示，编码的载体蛋白序列如序列表SEQ ID NO：6所示。
CTB核酸序列与LTB核酸序列拼接后，克隆至pET28a，构建重组大肠杆菌表达质粒pET28a-LTB-CTB。
优选地，CTB核酸序列选自O139群霍乱全基因序列的CDS区。
编码LTB蛋白的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示，其编码的氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：2所示。
编码CTB蛋白的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：3所示，其编码的氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：4所示。
本发明的第二个目的在于提供一种重组LTB-CTB载体蛋白的制备方法，步骤包括：
S1.根据LTB和CTB的CDS区核酸序列，设计两对引物，构建pET28a-LTB-CTB质粒，PCR扩增后，通过BamHⅠ和XhoⅠ双酶切，凝胶回收LTB-CTB片段和表达载体pET28a；
S2.连接转化大肠杆菌DH5α菌株，筛选阳性克隆后进行单克隆扩增，IPTG诱导后鉴定。
本发明的第三个目的在于提供一种重组LTB-CTB载体蛋白在制备多糖-蛋白缀合疫苗中的应用。所述疫苗包括但不限于脑膜炎球菌多糖蛋白缀合疫苗、肺炎球菌多糖蛋白缀合疫苗、霍乱多糖蛋白疫苗、大肠杆菌多糖蛋白缀合疫苗。
本发明的第四个目的在于提供一种霍乱疫苗，包括霍乱脂多糖与重组LTB-CTB载体蛋白结合。
本发明的第五个目的在于提供一种肺炎球菌多糖蛋白疫苗，包括肺炎球菌荚膜多糖与重组LTB-CTB载体蛋白结合。
优选地，所述肺炎球菌荚膜多糖是分离提纯血清型肺炎球菌荚膜上的荚膜多糖，所述血清型肺炎球菌的血清型包括1、2、3、4、5、6B、7F、8、9N、9V、10A、11A、12F、14、15B、17F、18C、19A、19F、20、22F、23F和/或33F。
与现有技术相比，本发明采用基因拼接的方法得到一种全新的重组LTB-CTB载体蛋白，该载体蛋白不仅具有良好的免疫原性，更具有良好的免疫佐剂效果，可以引起良好的黏膜免疫效果，可以作为多种抗原的优良载体，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的构建pET28a-LTB-CTB质粒的构建示意图。
图2是本发明提供的构建pET28a-LTB-CTB质粒的质粒示意图。
图3是本发明提供的重组LTB-CTB载体蛋白诱导纯化结果示意图。
图4是本发明提供的重组质粒pET30a-CTA的PCR及双酶切鉴定图。
图5是本发明提供的小鼠呼吸道黏液中特异性抗体效价。
图6是本发明提供的小鼠血清中特异性抗体效价。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细、完整地说明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。
一、重组LTB和CTB蛋白的克隆和原核表达
LT与CT等一样，LT是由A、B两种亚单位(LT-A和LT-B)组成的AB5型六聚体蛋白。A、B两个亚单位通过非共价键结合，单独的亚单位没有生物活性，只有结合在一起才具有全毒素的生物学和化学特性。A亚单位是毒素的毒力中心，分子量约为28KD，具有ADP-核糖基化酶活性。用还原反应可将A亚单位切成A1(LT-A1)和A2(LT-A2)两个片段，A1片段和A2片段分别呈折叠结构和螺旋结构，二者通过二硫键相连。A1是LT毒素的活性部分，A2是与B亚单位相连的部分。当连接A1与A2的二硫键被还原时，具有酶活性的A1亚单位即被释放出来。B亚单位由两个α螺旋和六个β片层结构组成，其N-端的一个半胱氨酸残基与C-端的一个半胱氨酸残基形成二硫键，将分子的两个末端连接在一起。五个分子量约为11.5KD的分子排列在一起呈环状结构，可与鞭细胞上特异性受体神经苷酯GM1结合。A亚单位通过A2片段插入B亚单位五聚体中央，组成一个完整的LT分子。LTB与CTB具有较高的序列相似度，理论上可构建出B亚单位的联合重组载体，并可以具有LTB与CTB的免疫位点，具有广谱抗菌的潜力。
根据GeneBank登录的LTB和CTB核酸序列和氨基酸序列，具体序列如下：
核酸如序列表SEQ ID NO：1所示，LTB核酸序列(375bp)：
由此核酸序列编码出的氨基酸如下：
氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：2所示，LTB氨基酸序列(124a.a，MW＝14133.74)：
MNKVKCYVLFTALLSSLYAHGAPQTITELCSEYRNTQIYTINDKILSYTESMAGKREMVIITFKSGETFQVEVPGSQHIDSQKKAIERMKDTLRITYLTETKIDKLCVWNNKTPNSIAAISMKN
核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：3所示，CTB核酸序列(375bp)：
由此核酸序列编码出的氨基酸如下：
氨基酸如序列表SEQ ID NO：4所示，CTB氨基酸序列(124a.a.MW＝13896.46)：
MIKLKFGVFFTVLLSSAYANGTPQNITDLCAEYHNTQIHTLNDKIFSYTESLAGKREMAIITFKNGATFQVEVPGSQHIDSQKKAIERMKDTLRIAYLTEAKVEKLCVWNNKTPHAIAAISMAN
选择pET28a作为载体，根据GeneBank登录的LTB和CTB的全长CDS序列，设计引物如下：
LTB-Fwd由5’端至3’端依次为：保护碱基--BamHⅠ酶切位点--LTB蛋白N端序列。引物(如序列表SEQ ID NO：7所示)具体如下：
5’-CG--GGATCC--atgaataaagtaaaatgttatgttttatttacggcgtta-3’
LTB-Rev由5’端至3’端依次为：保护碱基--Eco311酶切位点--CTB蛋白N端序列--LTB蛋白C端序列。引物(如序列表SEQ ID NO：8所示)具体如下：
5’-CTAG--GGTCTC--cat--gtttttcatactgattgccgcaa-3’
CTB-Fwd由5’端至3’端依次为：保护碱基--Eco311酶切位点--LTB蛋白C端序列--CTB蛋白N端序列。引物(如序列表SEQ ID NO：9所示)具体如下：
5’-CTAG--GGTCTC--AAC--atgattaaattaaaatttggtgttttttttacagtttta-3’
CTB-Rev由5’端至3’端依次为：保护碱基--XhoⅠ酶切位点--CTB蛋白C端序列。引物(如序列表SEQ ID NO：10所示)具体如下：
5’-CC--CTCGAG--ttaatttgccatactaattgcggcaa-3’
如图1～2所示，构建pET28a-LTB-CTB质粒。PCR扩增后，通过BamHⅠ和XhoⅠ双酶切，凝胶回收LTB-CTB片段和表达载体pET28a。
由于LTB和CTB的具有较高的同源性，因此在LTB片段插入CTB的片段，以引物连接，搭桥进行PCR，可扩增得到重组LTB-CTB载体蛋白核酸全长片段，该核酸全长片段如序列表SEQ ID NO：5所示，编码的氨基酸序如序列表SEQ ID NO：6所示。
载体和PCR产物通过BamHⅠ和XhoⅠ双酶切后，凝胶回收LTB-CTB片段。BamH I和XhoⅠ双酶切鉴定的约800bp条带。送检测序，将测序结果在NCBI网站进行比对，结果完全正确。
二、重组LTB-CTB载体蛋白的诱导表达和纯化
将胶回收后片段，用DNA连接酶，16℃连接过夜，连接转化大肠杆菌DH5α，在氨苄青霉素抗性下筛选阳性克隆，进行单克隆扩增，以得到重组LTB-CTB载体蛋白。在20℃诱导30h，IPTG浓度为0.3mmol/L，诱导条件最佳。诱导后去适量超声波裂解产物的上清和沉淀进行SDS-PAGE，同时设诱导前的蛋白做为对照。破菌后，发现表达蛋白质以包涵体形式存在。将包涵体洗涤后，用8mol/L的尿素溶解，经复性液复性，再经谷胱甘肽转硫酶(GST)亲和层析柱纯化，得到纯度约为93％的重组融合蛋白。SDS-PAGE结果显示重组菌裂解沉淀中出现一条约30kD的额外条带，与预期结果相近。由于蛋白主要以包涵体的形式表达，因此选择较低温度的长时间诱导，以保证蛋白表达量。诱导表达的纯化结果如图3所示，条带1为蛋白Marker；2为诱导前总的蛋白；3为诱导后总的蛋白；4为细菌破碎液离心后上清；5为细菌破碎液离心后沉淀；条带6为冻干后的重组LTB-CTB载体蛋白。
三、重组LTB-CTB载体蛋白的免疫效果实验
3.1重组LTB-CTB载体蛋白结合霍乱脂多糖(LPS)的结果实验
3.1.1霍乱脂多糖的提取
脂多糖分子由O-侧链、核心寡糖和脂质A组成。O-侧链是由2～4个糖基组成寡糖的重复结构的长链；核心寡糖是由9～10个糖基组成的分枝寡糖链；脂质A部分是脂多糖的骨架，基本组成单位是以β-1，6-糖苷键相联的D-葡萄糖胺双糖。霍乱弧菌细胞壁上的脂多糖既菌体抗原(O抗原)，既是毒力因子又是重要的保护性抗原。
本实施例中选择O139血清型霍乱弧菌提取脂多糖。菌体经扩大培养后加入95％苯酚，超速离心收集上清，收集上清后加入无水乙醇至乙醇浓度为70％，4℃过夜后离心弃上清，取透明凝胶状沉淀溶于2mmol/LMgSO4-50mmol/L Tris(pH7.6)缓冲液中，在溶液中加入DNase和RNase，置温箱中过夜；加入15mg蛋白酶K，将溶液转入透析袋内，室温透析24h，透析液为上述缓冲液；待酶水解完，将透析袋放入水中，置4℃透析2d，每12h换一次水；透析后的溶液离心，将沉淀溶于少量水中冻干保存，即为提纯的LPS。
该提纯的LPS经检测，确认其分子量大小无误。LPS样品中总核酸含量≤5％，残余蛋白含量≤2％。
3.1.2霍乱脂多糖与重组LTB-CTB载体蛋白结合
重组LTB-CTB载体蛋白的冻干粉末加入注射用水后溶解至需要浓度，溶解后备用。
将冻干的脂多糖用注射用水稀释，在1mlLPS(10mg/ml)中加入60μl CDAP(100mg/ml的乙腈溶液)，控制pH5.8-6，反应30s；然后加入140μl TEA水溶液至pH7.0，反应2min；再加入1ml 5mg/ml的重组LTB-CTB载体蛋白溶液，用0.1M的NaOH调pH8.0，4℃旋转过夜，最后加入100μl乙醇胺溶液终止反应。
3.1.3检测霍乱脂多糖与重组LTB-CTB载体蛋白的结合产物
将结合产物通过凝胶过滤层析柱进行纯化，洗脱液为0.2M NaCl，检测紫外280nm处的吸光值，收集个洗脱峰内的物质。采用SDS-PAGE法确认结合产物中含有重组LTB-CTB组分，并检测蛋白含量。采用苯酚-硫酸法检测多糖含量，确认产物中多糖含量约为95μg/ml。
通过GM1-ELISA检测结合产物是否与小肠表面的GM1结合，刺激黏膜系统产生黏膜IgA。具体测定方法如下：
1)包被：用碳酸盐包被缓冲液将GM1稀释至10μg/ml。在96孔板的每个反应孔中加100μl上述包被抗原，4℃放置过夜。次日，移去孔内溶液，用洗涤缓冲液PBST洗3次；
2)封闭：加4％的BSA溶液200μl于上述已包被的反应孔中，37℃放置2小时。弃去封闭液，洗涤3次；
3)加样：分别加入一系列稀释梯度的CTB溶液和结合物样品溶液，每孔100μl，置于37℃孵育1.5小时，然后洗涤3次；
4)加一抗：每孔加入1：4000稀释的兔抗CTB IgG抗体100μl，37℃孵育2小时；
5)加酶标抗体：于各反应孔中，加入新鲜稀释的酶标驴抗兔IgG抗体100μl，37℃孵育1小时，洗涤3次；
6)加底物液显色：于各反应孔中加入TMB底物溶液100μl，室温放置10～15分钟；
7)终止反应：于各反应孔中加入2M硫酸50μl；
8)读数：在酶标仪上，于紫外450nm处检测各孔的吸光值，打印记录。
检测结果显示，CTB纯蛋白的OD值为0.30左右，且与GM1的结合能力稳定。重组LTB-CTB蛋白的OD值在0.25～0.48之间波动，说明结合产物中的重组LTB-CTB仍然维持与GM1结合的能力，并且该能力是稳定的，可以引起良好的黏膜免疫反应。
3.1.4活体检验
将连接成功的结合产物进行小鼠活体感染，取连接成功的结合物进行小鼠口服给药，选择6～8周健康BALB/c小鼠进行试验，每组10只，给药量均为1mg。第一组给药结合产物，第二组给药空载的重组LTB-CTB载体蛋白，第三组给药CT蛋白，第四组给药LT蛋白，第五组给药生理盐水作为阴性空白对照，30℃连续给药3d，3～7d内连续观察小鼠全身反应，7d后进行第一次取样，每隔7天各组处死2只小鼠取样。取样时收集血清和小肠黏液，每次采样前断食24h，不断水，以减少肠道内容物。取血清检测各组小鼠血清IgG抗体水平，每组处死小鼠1只检测小肠黏液中IgA抗体水平。
血清的制备：采集小鼠眼眶血，血液收集后置于37℃静置2h后，以3000r/min离心l0min，吸取血清低温保存，备检。
小肠粘液制备：采血后处死的小鼠，立即解剖，分离约10cm空肠中段。事先称量空管重量，刮取肠粘液盛放于管中后称其总重，总重减去空管重即为所刮取的粘液重量，然后用4倍的PBS稀释，低温保存，备检。
采用间接ELISA检测血液中IgG含量及小肠中IgA含量。血液中IgG含量检测结果见如下表1，小肠中IgA含量检测结果见如下表2：
表1血液中IgG含量检测结果
7d 14d 21d 28d 35d
第一组 0.413 0.608 1.003 1.011 0.907
第二组 0.132 0.159 0.274 0.351 0.237
第三组 0.375 0.559 0.868 0.694 0.501
第四组 0.486 0.604 0.815 0.733 0.472
第五组 0.015 0.036 0.027 0.014 0.013
表2小肠中IgA含量检测结果
注：各组数据经多次重复实验获得，各平行组之间数据结果经统计分析均无显著差异。
由表1及表2可知，重组LTB-CTB载体蛋白本身不具有霍乱弧菌或大肠杆菌的毒性，基本无法引起免疫反应，连接了脂多糖的重组抗原蛋白与单纯的CT蛋白及LT蛋白相比，具有更强的抗体滴度，并且免疫反应的引发时间短、免疫效果好，免疫反应的持续时间长。黏膜IgA的含量检测结果说明重组后的蛋白不仅作为良好的抗原载体起到进入活体后引发免疫反应，更能够在黏膜系统内引发黏膜免疫，定向增强了局部区域的免疫效果。
3.2重组LTB-CTB载体蛋白结合肺炎球菌多糖的结果实验
本实验中选择7价肺炎球菌荚膜多糖与重组LTB-CTB载体蛋白进行连接，以检验载体蛋白的载体作用及佐剂效果。
3.2.1肺炎球菌多糖(7价)的制备
选取7中血清型(4、6B、9V、14、18C、19F、23F)的肺炎球菌发酵培养后，采用沙培离心机、碟片式离心机或其他大容量离心机分离培养液，收集离心上清；将离心上清以100KD膜包超滤浓缩，采用25～80％的乙醇进行分级沉淀，收集沉淀并用无水乙醇及丙酮分别洗涤，得到粗制多糖；灭菌注射用水溶解多糖并经脱氧胆酸钠处理后，采用离子交换填料，以串联层析或分步层析的方法进行粗糖精制，收集流穿峰，采GE Sephadex G25Coarse对流穿峰进行脱盐，乙醇沉淀或冻干回收多糖，置于-20℃保存备用。
3.2.2重组LTB-CTB载体蛋白肺炎球菌多糖结合物
将纯化备用的重组LTB-CTB载体蛋白以氨基还原法与肺炎球菌荚膜多糖进行偶联，具体为将上述步骤获得的重组LTB-CTB载体蛋白与多种荚膜糖以1：2质量比混合。取各血清型多糖溶于pH7.2的150mmol/LPBS中，加入过碘酸钠(终浓度为2mmol/L)室温氧化10min，以制备10mL疫苗原液为例，加入荚膜多糖4、9V、14、19F及23F各40μg，寡糖18C 20μg及多糖6B 80μg，加入乙二醇(终浓度为25mmol/L)终止反应。用150mmol/L PBS透析3次后加入预先复溶的重组LTB-CTB载体蛋白160μg，室温轻轻搅拌5d，出现颗粒状结合物，在4℃离心10min收集。经凝胶层析柱层析纯化，得到纯化的肺炎球菌与重组LTB-CTB的结合物。
3.2.3重组LTB-CTB载体蛋白肺炎球菌多糖结合物检验
检验方式同步骤3.1.3，通过检测，各峰值处于预计结果完全相同。收集各峰产物，并进行GM1-ELISA检测，确认结合产物中的重组LTB-CTB仍然维持与GM1结合的能力，并且该能力是稳定的，可以引起良好的黏膜免疫反应。
3.2.4活体检验
将连接成功的结合物进行小鼠活体感染，取连接成功的结合物对小鼠进行滴鼻给药，选择6～8周健康BALB/c小鼠进行试验，每组5只，给药量均为30μl。第一组给药结合产物，第二组给药生理盐水作为阴性空白对照。首次免疫是滴鼻给药30μl，每周免疫一次，连续免疫四周。末次免疫后一周进行采样。
取样时收集血清和呼吸道黏液。取血清检测各组小鼠血清IgG抗体水平，取小鼠鼻腔灌洗液稀释后检测IgA抗体水平。
血清的制备：采集小鼠眼眶血，血液收集后置于37℃静置2h后，以3000r/min离心l0min，吸取血清低温保存，备检。
呼吸道粘液制备：灌水冲洗小鼠鼻腔。收集冲洗液，然后用4倍的PBS稀释，低温保存，备检。
采用间接ELISA法对血清中IgG抗体及黏膜中IgA抗体进行检测，检测结果如图5及图6所示。结合产物引起了高滴度的IgA和IgG抗体，阴性对照几乎未见任何抗体。说明重组LTB-CTB载体蛋白结合的肺炎球菌多糖引起了有效的血清免疫反应和黏膜免疫反应。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
序列表
<110> 武汉博沃生物科技有限公司
<120> 重组LTB-CTB载体蛋白及其制备方法和应用
<130> 2017
<160> 10
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 375
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> LTB DNA序列
<400> 1
atgaataaag taaaatgtta tgttttattt acggcgttac tatcctctct atatgcacac 60
ggagctcccc agactattac agaactatgt tcggaatatc gcaacacaca aatatatacg 120
ataaatgaca agatactatc atatacggaa tcgatggcag gcaaaagaga aatggttatc 180
attacattta agagcggcga aacatttcag gtcgaagtcc cgggcagtca acatatagac 240
tcccagaaaa aagccattga aaggatgaag gacacattaa gaatcacata tctgaccgag 300
accaaaattg ataaattatg tgtatggaat aataaaaccc ccaattcaat tgcggcaatc 360
agtatgaaaa actag 375
<210> 2
<211> 124
<212> Protein
<213> Unknown
<220>
<223> LTB 氨基酸序列
<400> 2
MNKVKCYVLF TALLSSLYAH GAPQTITELC SEYRNTQIYT INDKILSYTE SMAGKREMVI 60
ITFKSGETFQ VEVPGSQHID SQKKAIERMK DTLRITYLTE TKIDKLCVWN NKTPNSIAAI 120
SMKN 124
<210> 3
<211> 375
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> CTB DNA序列
<400> 3
atgattaaat taaaatttgg tgtttttttt acagttttac tatcttcagc atatgcaaat 60
ggaacacctc aaaatattac tgatttgtgt gcagaatacc acaacacaca aatacatacg 120
ctaaatgata agatattttc gtatacagaa tctctagctg gaaaaagaga gatggctatc 180
attactttta agaatggtgc aacttttcaa gtagaagtac caggtagtca acatatagat 240
tcacaaaaaa aagcgattga aaggatgaag gataccctga ggattgcata tcttactgaa 300
gctaaagtcg aaaagttatg tgtatggaat aataaaacgc ctcatgcgat tgccgcaatt 360
agtatggcaa attaa 375
<210> 4
<211> 124
<212> Protein
<213> Unknown
<220>
<223> CTB 氨基酸序列
<400> 4
MIKLKFGVFF TVLLSSAYAN GTPQNITDLC AEYHNTQIHT LNDKIFSYTE SLAGKREMAI 60
ITFKNGATFQ VEVPGSQHID SQKKAIERMK DTLRIAYLTE AKVEKLCVWN NKTPHAIAAI 120
SMAN 124
<210> 5
<211> 747
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> LTB-CTB DNA
<400> 5
atgaataaag taaaatgtta tgttttattt acggcgttac tatcctctct atatgcacac 60
ggagctcccc agactattac agaactatgt tcggaatatc gcaacacaca aatatatacg 120
ataaatgaca agatactatc atatacggaa tcgatggcag gcaaaagaga aatggttatc 180
attacattta agagcggcga aacatttcag gtcgaagtcc cgggcagtca acatatagac 240
tcccagaaaa aagccattga aaggatgaag gacacattaa gaatcacata tctgaccgag 300
accaaaattg ataaattatg tgtatggaat aataaaaccc ccaattcaat tgcggcaatc 360
agtatgaaaa acatgattaa attaaaattt ggtgtttttt ttacagtttt actatcttca 420
gcatatgcaa atggaacacc tcaaaatatt actgatttgt gtgcagaata ccacaacaca 480
caaatacata cgctaaatga taagatattt tcgtatacag aatctctagc tggaaaaaga 540
gagatggcta tcattacttt taagaatggt gcaacttttc aagtagaagt accaggtagt 600
caacatatag attcacaaaa aaaagcgatt gaaaggatga aggataccct gaggattgca 660
tatcttactg aagctaaagt cgaaaagtta tgtgtatgga ataataaaac gcctcatgcg 720
attgccgcaa ttagtatggc aaattaa 747
<210> 6
<211> 248
<212> Protein
<213> Unknown
<220>
<223> LTB-CTB 氨基酸序列
<400> 6
MNKVKCYVLF TALLSSLYAH GAPQTITELC SEYRNTQIYT INDKILSYTE SMAGKREMVI 60
ITFKSGETFQ VEVPGSQHID SQKKAIERMK DTLRITYLTE TKIDKLCVWN NKTPNSIAAI 120
SMKNMIKLKF GVFFTVLLSS AYANGTPQNI TDLCAEYHNT QIHTLNDKIF SYTESLAGKR 180
EMAIITFKNG ATFQVEVPGS QHIDSQKKAI ERMKDTLRIA YLTEAKVEKL CVWNNKTPHA 240
IAAISMAN 248
<210> 7
<211> 47
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> LTB-Fwd引物序列
<400> 7
cgggatccat gaataaagta aaatgttatg ttttatttac ggcgtta 47
<210> 8
<211> 36
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> LTB-Rev引物序列
<400> 8
ctagggtctc catgtttttc atactgattg ccgcaa 36
<210> 9
<211> 52
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> CTB-Fwd引物序列
<400> 9
ctagggtctc aacatgatta aattaaaatt tggtgttttt tttacagttt ta 52
<210> 10
<211> 34
<212> DNA
<213> Unknown
<220>
<223> CTB-Rev引物序列
<400> 10
ccctcgagtt aatttgccat actaattgcg gcaa 34

Claims (10)

1.一种重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于，所述载体蛋白包括：大肠杆菌不耐热肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(LTB)及霍乱弧菌肠毒素B亚单位蛋白表达核酸序列(CTB)，其中LTB核酸序列与CTB核酸序列通过引物序列桥接，构建的LTB-CTB核酸序列如序列表SEQID NO：5所示，编码的载体蛋白序列如序列表SEQ ID NO：6所示。
2.根据权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于：CTB核酸序列与LTB核酸序列拼接后，克隆至pET28a，构建重组大肠杆菌表达质粒pET28a-LTB-CTB。
3.根据权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于：CTB核酸序列选自O139群霍乱全基因序列的CDS区。
4.根据权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于：编码LTB蛋白的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示，其编码的氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：2所示。
5.根据权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白，其特征在于：编码CTB蛋白的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：3所示，其编码的氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：4所示。
6.权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白的制备方法，其特征在于：步骤包括：
S1.根据LTB和CTB的CDS区核酸序列，设计两对引物，构建pET28a-LTB-CTB质粒，PCR扩增后，通过BamHⅠ和XhoⅠ双酶切，凝胶回收LTB-CTB片段和表达载体pET28a；
S2.连接转化大肠杆菌DH5α菌株，筛选阳性克隆后进行单克隆扩增，IPTG诱导后鉴定。
7.根据权利要求1所述的重组LTB-CTB载体蛋白在制备多糖-蛋白缀合疫苗中的应用。
8.一种霍乱疫苗，其特征在于，霍乱脂多糖与重组LTB-CTB载体蛋白结合。
9.一种肺炎球菌多糖蛋白疫苗，其特征在于：肺炎球菌荚膜多糖与重组LTB-CTB载体蛋白结合。
10.根据权利要求9所述的肺炎球菌多糖蛋白疫苗，其特征在于：所述肺炎球菌荚膜多糖是分离提纯血清型肺炎球菌荚膜上的荚膜多糖，所述血清型肺炎球菌的血清型包括1、2、3、4、5、6B、7F、8、9N、9V、10A、11A、12F、14、15B、17F、18C、19A、19F、20、22F、23F和/或33F。
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