CN109985234A - 一种梅毒螺旋体dna疫苗及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及免疫技术领域,公开了一种梅毒螺旋体DNA疫苗及其应用。本发明所述梅毒螺旋体DNA疫苗为包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的真核质粒。本发明以插入梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的重组质粒作为一种新型的DNA疫苗,其能够诱导Th‑1型免疫反应,抑制梅毒螺旋体在体内的扩散,在此基础上经过CpG修饰的疫苗表现出更加优异的免疫保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及免疫技术领域,具体涉及一种梅毒螺旋体DNA疫苗及其应用。
背景技术
梅毒是由梅毒螺旋体引起的慢性性传播疾病。目前,其仍然是一种全球流行的疾病,估计全世界有3600万例病例。近年来,男男同性恋者的梅毒发病率急剧上升。先天性梅毒感染的发病率也在上升,全世界每年估计有136万孕妇感染,其中约520,000例导致流产或死产等。此外,梅毒还增加了感染HIV的风险。尽管梅毒螺旋体对青霉素治疗依然敏感,但全球梅毒患病率却依然增加,因此迫切需要开发有效的梅毒疫苗作为全球消除梅毒的传统筛查和治疗方法的补充。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种梅毒螺旋体DNA疫苗及其应用,使得所述疫苗能够诱导Th-1型免疫反应,抑制梅毒螺旋体在体内的扩散,可应用到相关疫苗的制备中。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种梅毒螺旋体DNA疫苗,其为包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的真核质粒。作为优选,所述真核质粒为市售的pcDNA3质粒。
在本发明具体实施方式中,提供了一种包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的pcDNA3质粒;其中,所述FlaB3编码基因插入到PCMV序列和BGH pA序列之间。
在本发明具体实施方式中,本发明还对上述包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的真核质粒进行了CpG修饰,即在质粒中插入单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列。
此外,上述CpG修饰也可理解为所述DNA疫苗除包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的真核质粒作为组分外,还包括CpG核苷酸序列作为另一组份。
作为优选,所述单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列插入到FlaB3编码基因上游。更为具体地,当真核质粒为pcDNA3时,所述单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列通过酶切位点插入到PCMV序列和FlaB3编码基因之间。
作为优选,所述单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列的5’端设置有起始密码子,比如ATG。当CpG序列的拷贝数为两个以上时,所述两个以上拷贝的CpG核苷酸序列直接通过3’和5’端连接;在本发明具体实施方式中,所述CpG核苷酸序列的拷贝数为2。
在本发明具体实施方式中,所述CpG核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示;同时,本发明还具体提供了一种进行CpG修饰的序列,其组成形式为酶切位点+起始密码子ATG+两个拷贝的CpG序列+酶切位点,其中的酶切位点可根据真核质粒的选择而确定,比如选择pcDNA3质粒时,酶切位点为BamH1位点。
本发明在梅毒螺旋体模型小鼠中评估了上述未经修饰的质粒DNA(pcDNA3/FlaB3)和经CpG修饰的质粒DNA(pcDNA3/CpG-FlaB3)抑制梅毒螺旋体的保护性。脾细胞的细胞因子分析表明,两者均可引起Th1型细胞免疫,其中CpG修饰的质粒DNA可引起某些体液抗体和鞭毛蛋白特异性脾细胞增殖。此外,通过检测脾细胞分泌细胞因子TNF-α表明,两者均可引起先天免疫应答,但CpG修饰的质粒DNA可引起更有效的先天免疫应答。
同时,在血液,淋巴结,脾脏,肝脏,睾丸和脑中检测到的细菌器官负荷以及免疫小鼠细胞因子谱的变化表明,受刺激的免疫细胞能够抑制苍白球菌接种到远端感染部位,这可能是诱导Th-1型免疫反应的结果。免疫组织化学分析和鼠淋巴结转染实验表明,用经CpG修饰的质粒DNA免疫的小鼠显示出相对未经修饰的质粒DNA更好的免疫保护作用。
基于上述优异的试验结果,本发明还提供了所述DNA疫苗表达的蛋白,以及所述DNA疫苗或其表达的蛋白在制备梅毒螺旋体疫苗中的应用。
由以上技术方案可知,本发明以插入梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的重组质粒作为一种新型的DNA疫苗,其能够诱导Th-1型免疫反应,抑制梅毒螺旋体在体内的扩散,在此基础上经过CpG修饰的疫苗表现出更加优异的免疫保护效果。
附图说明
图1所示为pcDNA3/CpG-FlaB3真核质粒的图谱;其中,CpG-FlaB3与Ampicillin之间为PCMV,flori与Neomycin之间为SV40ori,Neomycin与pUC ori之间为SV40pA;
图2所示为pcDNA3/CpG-FlaB3真核质粒构建,其中图A为pcDNA3/CpG-FlaB3和pcDNA3/FlaB3的P菌液PCR,其中M为mark,泳道1、2、3为pcDNA3/CpG-FlaB3,泳道4为pcDNA3/FlaB3;图B为pcDNA3/CpG-FlaB3的PCR扩增;图C为pcDNA3/CpG-FlaB3在HeLa细胞中的表达:1为mark,2为pcDNA3/CpG-FlaB3,3为pcDNA3/FlaB3;
图3所示为不同试验组的抗体水平分析结果;其中,A为pcDNA3/FlaB3质粒混合不同浓度的抗体水平分析结果;B为pcDNA3/FlaB3质粒、pcDNA3/CpG-FlaB3质粒以及空白对照的的抗体水平分析结果;
图4所示为脾细胞增殖及特异性T细胞反应结果;其中,A为pcDNA3/FlaB3混合不同浓度的CpG的免疫小鼠的脾细胞增殖水平;B和C分别为免疫pcDNA3/FlaB3和pcDNA3/CpG-FlaB3后的小鼠脾细胞内IFN-γ和IL-4的分泌水平的流式结果及对应统计学分析;**表示p<0.01,***表示p<0.001;
图5所示为小鼠脾细胞因子检测结果;其中,A-E分别为不同细胞因子的结果;**表示p<0.01,***表示p<0.001,NS表示无显著差异;
图6所示为小鼠各组织中梅毒螺旋体DNA的RT-qPCR检测结果;其中,A-F依次为小鼠血液、肝脏、脾脏、淋巴结、大脑、睾丸的结果;*表示p<0.05,**表示p<0.01,NS表示无显著差异;
图7所示为小鼠睾丸、肝脏和脾脏组织的免疫组化结果;其中,A为睾丸,B为肝脏,C为脾脏。
具体实施方式
本发明公开了一种梅毒螺旋体DNA疫苗及其应用,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明所述DNA疫苗及其应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述DNA疫苗及其应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
在本发明具体实施例中,所述pcDNA3/FlaB3和pcDNA3/CpG-FlaB3的用量分别为200μg和100μg,pcDNA3/FlaB3混合CpG ODN中的CpG用量为1-100μg;
以下就本发明所提供的一种梅毒螺旋体DNA疫苗及其应用做进一步说明。
实施例1:制备本发明所述DNA疫苗
1、pcDNA3/FlaB3的构建
TpNichols菌株基因组DNA为模板,以FlaB3上下游引物进行PCR扩增,PCR扩增条件:预变性(94℃,3min),30个循环:变性(94℃,30s);退火(67℃,30s);延伸(72℃,1min);再次延伸(72℃,5min)。鞭毛蛋白FlaB3的PCR产物纯化;pcDNA3/FlaB3双酶切;pcDNA3/FlaB3的连接;pcDNA3/FlaB3连接产物的转化。
2、pcDNA3/CpG-FlaB3的构建
由上海生工合成CpG序列(SEQ ID NO:1,5'-TCCATGACGTTCCTGACGTT-3'),把两个CpG序列用BamH1限制性内切酶插入到真核质粒pcDNA3/FlaB3的主干(图1)。
3、验证
1)样品处理:将上述收集的细胞蛋白裂解液40μL与5×SDS-PAGE上样缓冲液(10μL)吹打混匀,煮沸10min后离心12000rpm(15min);
2)收集上清,取上述样品(10μL)进行SDS-PAGE凝胶电泳,电泳完成后利用半干转技术将目的条带转移到PVDF膜上(0.03mA,30min);
3)含5%脱脂奶粉的TBST封闭2h;
4)一抗孵育:以感染梅毒的新西兰兔血清作为一抗,1:100稀释,4℃孵育过夜;
5)TBST洗完3次后以HRP标记的羊抗兔IgG为二抗(1:1000)孵育1h(37℃);
6)再次TBST清洗PVDF膜5次,并按照ECL试剂盒的操作说明进行Western blot鉴定。
由上海生工生物工程有限公司构建pcDNA3/CpG-FlaB3真核载体,菌液PCR鉴定。从图2中可以看到明显的目的条带。其中图A为pcDNA3/CpG-FlaB3和pcDNA3/FlaB3的P菌液PCR,其中M为mark,泳道1、2、3为pcDNA3/CpG-FlaB3,泳道4为pcDNA3/FlaB3;图B为pcDNA3/CpG-FlaB3的PCR扩增。
为验证pcDNA3/CpG-FlaB3能否在真核细胞内表达,脂质体Lip2000转染后提取细胞总蛋白,以FlaB3免疫C57BL/6小鼠抗为一抗,HRP标记的羊抗鼠为二抗进行Western blot鉴定,结果显示pcDNA3/CpG-FlaB3和pcDNA3/FlaB3组均会出现明显的特异性条带(图2)。
图C为pcDNA3/CpG-FlaB3在HeLa细胞中的表达:1为mark,2为pcDNA3/CpG-FlaB3,3为pcDNA3/FlaB3。
实施例2:免疫保护效果试验
1、动物模型构建
梅毒螺旋体通过睾丸内接种成年新西兰白兔来繁殖培养,C57BL/6小鼠皮内(在肩胛骨之间)、腹膜内、直肠内和阴茎海绵体接种梅毒螺旋体,每个部位2.5×106个梅毒螺旋体(共1×107),直肠接种采用灌胃的方式,其他部位采用注射。每隔一天评估小鼠皮肤或全身感染的迹象,在接种后第30天处死小鼠,收集睾丸,淋巴结(腹股沟/肱/腋窝),脾,肝,血和脑组织用于分析。
梅毒感染30天后,在血液,肝脏,脾脏和睾丸检测到梅毒螺旋体。而且,用梅毒螺旋体感染成功的小鼠淋巴结转染到正常新西兰兔的睾丸中,发现了活的梅毒螺旋体。上述方法构建的梅毒螺旋体C57BL/6小鼠模型和人体宿主一样也能出现梅毒螺旋体的血管播散,能够作为评估疫苗保护效果的动物模型。
2、小鼠免疫;
将小鼠随机分配,每组9只。通过肌肉注射进行小鼠免疫。第一组用pcDNA3/FlaB3(50μg/只)免疫,并混合CpG ODN(即合成的CpG序列)以1至100μg的各种剂量;第二组用CpG修饰的质粒pcDNA/CpG-FlaB3(100μg/只)免疫;第三组用未修饰的质粒pcDNA3/FlaB3(200μg/只)免疫;作为对照,给小鼠单独注射pcDNA3载体。
3、抗体分析
在尾静脉以2周的间隔收集血清样品,并通过间接酶联免疫吸附测定(ELISA)分析特异性抗体反应。将96孔微量培养板在4℃下用鞭毛蛋白(10μg/ml)包被过夜。然后加入与过氧化物酶缀合的稀释的(1:1000)抗小鼠IgG,并在37℃温育1小时。在450nm波长的光学灵敏度下读取数据。每个实验重复3次(图3)。
为了验证CpG插入到真核质粒主干是否能促进FlaB3的特异性免疫反应,本发明用50μg pcDNA3/FlaB3混合不同浓度的CpG核苷酸序列(1μg,10μg,50μg和100μg)。图3结果显示,随着CpG浓度的增加,C57BL/6小鼠体内体液抗体水平逐渐增加,在CpG(50μg)时抗体水平达到最大。同样的在免疫的第2、4、6、8周,相较于真核质粒pcDNA3/FlaB3,CpG修饰的DNA疫苗(pcDNA3/CpG-FlaB3)的抗体效价逐渐增加,并且增加的更加明显。这个结果说明了CpG能够有效的促进鞭毛蛋白FlaB3特异性IgG产生。
4、脾细胞增殖及特异性T细胞反应
CCK-8试剂盒评估淋巴细胞增殖。通过使用ELISA板读数器在450nm的波长下测量每个样品的光密度(OD450/690),使用以下等式计算刺激指数(SI):SI=(抗原处理细胞的OD450-OD690)/(未处理细胞的OD450-OD690)(图4A)。
根据BD方案进行多参数流式细胞术。在免疫后第14天收集脾细胞,并在37℃下用10μg鞭毛蛋白刺激2×106个脾细胞5小时。然后洗涤细胞并用抗CD3a-FITC(BDPharmingen,USA)和抗CD4-APC(BD Pharmingen,USA)在4℃下染色30分钟。使用BDCytofix/CytopermPlus(BD Bioscience,USA)方案使细胞透化,并用抗-IL-4-PE(BDPharmingen,USA)或抗-IFN-γ-PE(BD Pharmingen,USA)染色。用BD FACS Canto II流式细胞仪(Becton Dickinson,USA)进行样品采集(收集10,000个事件),并使用FACS Aria流式细胞仪(BD Biosciences,USA)和FACSDiva软件(BD Biosciences,USA)分析(图4B和4C)。
末次免疫后14天测定pcDNA3/CpG-FlaB3免疫小鼠的脾细胞增殖水平,图4A结果中显示随着CpG浓度的变化,与未修饰真核pcDNA3/FlaB3相比,混合CpG的真核DNA疫苗的脾细胞增殖水平逐渐增加,在50μg的时候达到最大。为了更进一步说明pcDNA3/FlaB3和pcDNA3/CpG-FlaB3免疫后T细胞表型,本发明采用流式细胞术检测了脾细胞内IFN-γ和IL-4的分泌水平,图4B和图4C显示了pcDNA3/FlaB3以及CpG修饰质粒DNA(pcDNA3/CpG-FlaB3)刺激CD4+T细胞产生IFN-γ,并没有产生IL-4,说明了pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3能够激活T免疫细胞,并且诱导Th1型的细胞免疫,其中CpG修饰质粒DNA(pcDNA3/CpG-FlaB3)效果更好。
5、脾细胞因子检测
在离体培养物中评估脾细胞对pcDNA3/CPG-FlaB3和pcDNA3/FlaB3的细胞因子反应。孵育72小时后收集无细胞培养物上清液,用于评估TNF-α,IFN-γ,IL-4,IL-6和IL-10。根据制造商的说明,通过ELISA试剂盒测量细胞因子水平。根据标准曲线,每种分泌的细胞因子的量以pg/ml报告(图5)。
因为Th型细胞因子介导的调理吞噬作用被认为是清除梅毒螺旋体主要的机制,因此本发明检测几种主要的脾细胞分析的细胞因子(IFN-γ,TNF-α,IL-4,IL-6,和IL-10)。图5结果显示,与对照组相比,pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3免疫小鼠体内TNF-α水平明显增加,其中pcDNA3/CpG-FlaB3增加程度最高。TNF-α可以由几个免疫细胞分泌,但主要是先天免疫细胞。因此本发明认为pcDNA3/FlaB3和pcDNA3/CpG-FlaB3能够刺激先天免疫反应参与保护作用。
同时IFN-γ的分泌水平也明显增加,而IL-4的分泌水平并没有发生变化,这更加说明pcDNA3/FlaB3以及CpG修饰的质粒DNA激活了Th1型的细胞免疫。同时pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3也增加了炎症因子IL-6和IL-10的产生。
6、RT-qPCR检测
小鼠各组织中梅毒螺旋体DNA的提取;使用DNA提取试剂盒,根据制造商的说明,对从梅毒螺旋体感染的小鼠收集的血液和组织进行基因组DNA(gDNA)提取。
使用SYBR green I测定法对T.pallidum攻击的小鼠组织的gDNA提取进行定量实时PCR。先前描述了用于苍白球菌flaA和小鼠β-肌动蛋白的引物和TaqMan探针。所有引物均来自Integrated DNA Technologies(Sangon Biotech,Shanghai,China)。根据制造商的说明书(Qiagen,Shanghai,China),在20μl反应体积中进行定量实时PCR反应。分离的gDNA的量在组织类型之间是可变的,但是基于从分光光度测量获得的最低gDNA浓度在每种组织类型内标准化。根据先前报道中描述的程序,为flaA和β-肌动蛋白创建标准曲线。使用先前描述的扩增PCR条件(图6)。
本发明采用RT-PCR检测梅毒螺旋体菌在血液、淋巴结、睾丸、大脑、肝脏和脾脏中的载量,验证pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3是否能够抑制梅毒螺旋体向远端感染部位播散。与对照组相比,免疫pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3的小鼠在接种后30天其血液、淋巴结、睾丸、大脑、肝脏和脾脏中的载量明显减少,其中pcDNA3/CpG-FlaB3抑制效果更高。这足以说明pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3能够提供更好的保护抑制梅毒螺旋体在宿主体内的扩散。
7、免疫组化分析
在感染后30天从每只小鼠的睾丸、肝脏和脾脏取活检穿孔样品(2mm)并送至华南大学。将组织在福尔马林中固定并用苏木精和曙红染色或用抗-T进行免疫组织化学染色(图7)。
图7结果显示,虽然在免疫pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3的感染小鼠的睾丸、肝脏和脾脏中检测到螺旋体,但在对照组的睾丸、肝脏和脾脏中发现了更多的大量梅毒螺旋体,这表明免疫pcDNA3/FlaB3以及pcDNA3/CpG-FlaB3能够抑制梅毒螺旋体在宿主体内扩散,其中以pcDNA3/CpG-FlaB3的抑制效果最高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种梅毒螺旋体DNA疫苗,其特征在于,其为包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的真核质粒。
2.根据权利要求1所述DNA疫苗,其特征在于,其为包含梅毒螺旋体鞭毛蛋白FlaB3编码基因的pcDNA3质粒。
3.根据权利要求2所述DNA疫苗,其特征在于,所述FlaB3编码基因插入到PCMV序列和BGH pA序列之间。
4.根据权利要求1-3任意一项所述DNA疫苗,其特征在于,所述真核质粒上还包含单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列;或所述DNA疫苗还包括CpG核苷酸序列。
5.根据权利要求4所述DNA疫苗,其特征在于,所述单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列插入到FlaB3编码基因上游。
6.根据权利要求4所述DNA疫苗,其特征在于,所述单个或两个以上拷贝的CpG核苷酸序列的5’端设置有起始密码子。
7.根据权利要求4所述DNA疫苗,其特征在于,所述两个以上拷贝的CpG核苷酸序列直接通过3’和5’端连接。
8.根据权利要求4所述DNA疫苗,其特征在于,所述CpG核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
9.权利要求1-8任意一项所述DNA疫苗表达的蛋白。
10.权利要求1-8任意一项所述DNA疫苗或其表达的蛋白在制备梅毒螺旋体疫苗中的应用。
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郑康: "梅毒螺旋体疫苗的研究进展", 《微生物与感染》 * |
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