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目的:尿路感染(Urinary tract infections,UTIs)是临床上的常见病、多发病,其主要致病菌为尿路致病性大肠杆菌(Uropathogenic Escherichia coli,UPEC)。FimH是UPECⅠ型菌毛亚单位,能识别宿主上皮细胞特异受体氨基多糖聚糖或糖氨基糖甙等,介导细菌粘附并侵入宿主细胞而致病。另外,FimH蛋白还能够直接与细胞表面的TLR4结合诱导固有性免疫反应。以前的研究表明,FimH蛋白和质粒全身免疫后能有效诱导血清中特异性IgG类抗体的产生,而尿道中sIgA水平很低,但在对抗粘膜感染的抗体反应中sIgA更为重要。
粘膜免疫在防御细菌、病毒等病原体引起的肠道及呼吸道感染中起主要作用,是机体免疫防御的第一道屏障。粘膜免疫可以诱导局部粘膜产生sIgA、IgM、IgG保护性抗体,并可诱导其他部位的粘膜也产生sIgA。由于粘膜表面特殊的理化性质使粘膜应答的强度减弱,因此需要应用免疫佐剂使少量的抗原诱导机体产生早期、高效且持久的免疫应答。
CpG寡核苷酸(CpG oligodeoxynucleoties,CpG ODN)作为一种新型佐剂,可被宿主天然免疫细胞的上的模式识别受体(PRRs)识别,主要是toll样受体9(TLR9),诱导相应细胞活化。如它能激活树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞等,分泌IL-12、GM-CSF、TNF-α、IFN-γ等细胞因子。另外,CpGODN有粘膜佐剂活性及广泛的免疫调节活性,是一种高效新型的粘膜佐剂,可诱导产生Th1型免疫应答。作为新型粘膜佐剂,CpG ODN在增强抗原免疫保护作用、Th型别转换、诱导全面的系统和粘膜免疫应答方面具有诸多优势。
本研究旨在将构建好的FimH的真核表达质粒和原核表达蛋白制备和提纯后,与CpG进行不同组合免疫小鼠,观察不同组的小鼠产生的免疫反应及CpG对FimH疫苗的免疫增强作用及其对小鼠粘膜感染的免疫保护作用。
方法:
1、质粒的提取、鉴定及蛋白的纯化:提取真核表达质粒PcDNA3.1-fimH、原核表达质粒pGEX-4T-2-fimH和CpG基序,酶切鉴定正确;原核表达质粒pGEX-4T-2-fimH转入感受态E.Coli BL-21,IPTG诱导表达蛋白FimH,SDS-PAGE、Western-blot鉴定、尿素浓度梯度纯化、定量;
2、动物免疫:将制备的FimH质粒、CpG质粒、FimH蛋白经滴鼻免疫BALB/c小鼠,第1组空白对照组(滴入PBS)、第2组PcDNA3.1-fimH质粒组、第3组pGEX-4T-2-FimH蛋白组、第4组CpG组、第5组CpG+PcDNA3.1-fimH质粒组、第6组CpG+pGEX-4-2-FimH蛋白组,每组12只,每只100μl/次,共免疫四次,间隔14天;每次免疫前内眦取血收集血清并收集尿液;
3、血清中特异性IgG的效价测定:ELISA法测定外周血中抗FimH蛋白特异性IgG;
4、尿液及血清中sIgA、IgA的效价测定:ELISA法测定尿液中的sIgA和外周血中的IgA;
5、以流式细胞仪测量淋巴细胞中CD4+、CD8+亚群的百分比含量;
6、攻毒后膀胱中菌落计数:末次免疫后20天,留取血清及尿液,用大肠杆菌J96株对小鼠行经尿道膀胱攻毒,菌量为108个/50μl,自小鼠尿道口注入50μl菌液/只。攻毒后2天处死小鼠,将膀胱悬液稀释后涂布于伊红美兰平板培养基上,37℃温箱孵育12小时,进行菌落计数。
7、荧光实时定量PCR检测膀胱组织细胞因子IFN-γmRNA的表达量:攻毒后小鼠膀胱组织提取RNA,以反转后cDNA为模板,IFN-γ的引物,进行实时定量PCR。
结果:
1、真核表达质粒PcDNA3.1-fimH、原核表达质粒pGEX-4T-2-fimH酶切后分别产生4970bp、903bp及5400bp、903bp两个片段,表明质粒构建正确。尿素浓度梯度法纯化出以包涵体形式表达的融合蛋白FimH。
2、经鼻粘膜免疫小鼠,实验组血清中均检测出抗-FimH特异IgG,CpG+FimH质粒组的最高效价达到1:1600,CpG+FimH白组的最高效价达到1:6400,蛋白免疫比质粒免疫、CpG联合免疫组比单纯免疫组效价均升高明显(p<0.05);尿液和血清中均检测出sIgA、IgA,CpG联合免疫组较高;质粒免疫组也能诱导脾脏中CD4+T细胞百分含量增加(p<0.05),与CpG联合免疫组比较无明显差异(p>0.05)。
3、实时荧光定量PCR显示,CpG联合免疫组膀胱组织细胞因子IFN-γ mRNA的表达量比单纯组显著升高(p<0.05)。
4、攻毒后膀胱中菌落计数显示,单纯FimH质粒和FimH蛋白免疫组膀胱中的菌落数明显低于CpG和PBS免疫组(p<0.05),相应CpG联合免疫组膀胱中菌落数则又显著低于单独免疫组(p<0.05)。
结论:
1、FimH的原核表达蛋白经鼻粘膜免疫后能诱导血液和尿液中特异性抗体的产生,不能诱导较好的细胞免疫应答。而DNA免疫既能诱导体液免疫又能诱导细胞免疫。
2、CpG能增加FimH质粒和FimH蛋白的免疫原性,使DNA和蛋白的体液免疫和粘膜免疫作用增强,但对细胞免疫作用无明显增强。
3、CpG粘膜免疫后能增强膀胱细胞IFN-γ mRNA的表达量。
4、FimH质粒和蛋白粘膜免疫后对小鼠的UPEC上行感染均有保护作用,而CpG能够增强其保护作用。