登革病毒非结构蛋白1和包膜蛋白Ⅲ区B细胞表位研究

发布时间：2018-11-29 07:09

【摘要】：由登革病毒(dengue virus,DENV)所致的登革热是热带和亚热带地区主要的公共卫生问题,在我国南方地区,特别是东南沿海各省几乎每年均有登革热流行。DENV有4种血清型依次为DENV-1、-2、-3和-4。任何一种血清型的感染均可引起一系列的临床症状,包括隐匿性感染、典型登革热(DF)以及危胁生命的登革出血热(DHF)或登革休克综合征(DSS)。初次感染DENV后,对于同型病毒的再次感染可产生长久的免疫力,但Ⅰ～Ⅳ型DENV之间缺乏交叉免疫保护作用,因而生活在疫区的每个人一生中都有可能面临Ⅰ～Ⅳ型DENV感染的威胁。流行病学调查结果显示再次感染异型DENV是导致DENV感染患者发生DHF/DSS的重要危险因素,由于在一个地区存在不同血清型DENV的交替流行,人群普遍易感,这就更增加了DHF/DSS发生的可能性,也是目前研制特异性登革疫苗的主要障碍。当前人类对登革热的防治面临着许多难题,没有特异性的治疗药物和安全有效的疫苗,但及时采取临床救治措施可以大大减少DHF/DSS的发病率和死亡率,由于多数DENV感染者早期缺乏特异的临床表现,仅有发热、寒战等流感样症状,难以跟其它发热疾病和出血热疾病区分,必须依赖实验室的诊断加以确认。然而,当前实验室诊断存在众多问题：病毒分离培养和RT-PCR等检测技术影响因素多,需要昂贵仪器、专门的操作场地及熟练技术人员,不利于推广；黄病毒属病毒间抗体具有广泛的交叉反应性,血清学检测抗体的方法难以区分是黄病毒属疫苗接种的结果还是DENV感染结果。因此,研制疫苗和早期诊断免疫试剂是目前登革热防治的迫切任务。针对当前DENV感染防治中存在的问题,本课题旨在鉴定DENV蛋白中可作为诊断靶标和疫苗候选蛋白的B细胞表位,为研制DENV感染诊断试剂和疫苗的奠定基础。 DENV非结构蛋白1(NS1)具有良好的免疫原性,能够诱导产生保护性的体液免疫和细胞免疫,是DENV疫苗研制的靶标。NS1上既有血清型特异性表位,同时也存在Ⅰ～Ⅳ型DENV交叉反应性表位,是一种理想的早期分型诊断标志物。DENV包膜(E)蛋白中第三功能区(EⅢ)是一个相对独立和完整的区域,暴露于病毒颗粒表面,是E蛋白中诱导中和抗体的主要区域,针对EⅢ的特异性抗体是拮抗病毒与宿主细胞结合的最强拮抗剂,因此,EⅢ是DENV特异性亚单位疫苗的主要候选。了解病毒蛋白表位及其如何诱导保护性和致病性免疫应答将有助于研制有效疫苗和诊断试剂。本研究首先采用Ⅰ～Ⅳ型重组DENV NS1蛋白和对应的同型DENV分别免疫小鼠制备针对Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1的交叉性单抗、每种血清型特异性单抗和动物免疫血清,这些小鼠单抗和免疫血清同覆盖DENV-1 NS1蛋白的重叠多肽反应,鉴定DENV-1 NS1上的B细胞表位和优势表位；接着采用毕赤酵母表达的重组DENV-1 EⅢ免疫小鼠,制备针对Ⅰ～Ⅳ型DENV EⅢ的交叉性中和单抗和DENV-1血清型特异性中和单抗,采用针对DENV-1 EⅢ中和单抗同覆盖DENV-1 EⅢ蛋白的重叠多肽反应鉴定DENV-IE蛋白EⅢ上中和B细胞表位。以上研究为研制DENV感染的诊断试剂和疫苗提供依据。本研究的目的在于：(1)全面分析DENV-1 NS1蛋白的B细胞表位；(2)精确定位DENV-1E蛋白EⅢ中和B细胞表位。这些DENV蛋白上的B细胞表位为研制DENV诊断试剂和疫苗奠定基础。本研究分为3个部分：第一部分：DENV NS1单抗、DENV-1 EⅢ单抗以及免疫动物血清的制备与鉴定首先采用Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1重组蛋白及其对应同型DENV分别免疫Balb／c小鼠,制备鉴定针对Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1的交叉反应单抗、每种血清型特异性单抗和对应的动物血清。从9只DENV-1 NS1免疫小鼠,4只DENV-2 NS1免疫小鼠,4只DENV-3 NS1免疫小鼠,10只DENV-4 NS1免疫小鼠中共获得抗DENV NS1单抗149株和对应的27只NS1小鼠免疫血清,这些单抗Ig亚类大多数为IgG1,其中25株DENV-1 NS1血清型特异性单抗,20株DENV-2 NS1血清型特异性单抗,15株DENV-3 NS1血清型特异性单抗和15株DENV-4 NS1血清型特异性单抗,其它74株交叉反应性单抗以不同的方式同Ⅰ～Ⅳ型DENVNS1反应。接着采用DENV-1 EⅢ重组蛋白为免疫原,免疫Balb/c小鼠,制备抗DENV-1EⅢ单抗,鉴定单抗的免疫学特性、中和活性和交叉反应性。共制备抗DENV-1EⅢ单抗37株,36株单抗具有中和活性,这些单抗亚类大多数为IgG1。这些中和单抗中,其中17株DENV-1血清型特异性单抗,9株Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉反应性单抗,其它10株交叉反应性单抗以不同的方式同Ⅰ～Ⅳ型DENV EⅢ反应。这些单抗和动物免疫血清为下一步研究蛋白的B细胞表位奠定了基础。第二部分：DENV-1 NS1 B细胞表位的鉴定 1.49株来源于Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1的针对Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1的交叉单抗、每种血清型特异性单抗和对应的27只小鼠免疫血清与一组覆盖DENV-1 NS1蛋白的重叠15肽反应,分析DENV-1 NS1的B细胞表位。在25株DENV-1血清型特异性单抗中大多数单抗同DENV-1 NS1的3个区域反应,对应DENV-1 NS1氨基酸残基序列依次位于第1-15、71-85和338-352。蛋白序列比对分析表明以上3个DENV-1血清型特异性抗体识别表位在黄病毒属病毒或Ⅰ～Ⅳ型DENV无共同序列,在目前已报道的DENV-1分离株中高度保守,提示这3个区域是DENV-1血清型特异性B细胞表位。Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉单抗鉴定DENV-1NS1上5个Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉B细胞表位,位于DENV-1 NS1氨基酸残基第21-35、111-125、191-205、261-275和291-305。蛋白序列比对分析表明以上Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉B细胞表位中的25VHTWTEQYKFQ35、112KYSWKSWGKAK122、193AVHADMGYWIES204、266GPWHLGKLE274和294RGPSLRTTT302在已报道的Ⅰ～Ⅳ型DENV分离株中高度保守,提示这5个表位是Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉B细胞表位。DENV-1 NS1免疫小鼠血清反应结果表明位于DENV-1 NS1氨基酸残基第1-15和21-35的2区域具有高度的免疫反应性,提示以上2区域是DENV-1 NS1上优势B细胞表位,DENV-1 NS1第1-15是优势DENV-1血清型特异性免疫B细胞表位。DENV NS1上氨基酸残基第111-125、191-205和261-275在每种血清型DENV NS1免疫动物血清中均表现出强的免疫原性,提示以上3个区域是DENV NS1上优势Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉B细胞表位。这些NS1上免疫优势的DENV-1血清型特异性B细胞表位和Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉B细胞表位可能有助于研制DENV疫苗和诊断试剂。第三部分：DENV-1 EⅢ中和B细胞表位鉴定 36株针对DENV-1 EⅢ中和单抗同两组分别覆盖DENV-1 EⅢ的重叠反应多肽(12肽和16肽)反应定位DENV-1 EⅢ上的诱导中和抗体的B细胞表位。17株DENV-1血清型特异性中和单抗中2株分别同DENV-1 EⅢ的2个区域反应,位于DENV-1 E蛋白氨基酸残基序列第3129-348和381-392。蛋白序列比对分析表明以上两区域黄病毒属病毒或Ⅰ～Ⅳ型DENV无共同序列,仅DENV-1 E蛋白氨基酸残基第381—392在目前已报道的DENV-1分离株中高度保守,提示DENV-1 E蛋白氨基酸残基第333-348是DENV-1分离株特异性中和B细胞表位,第381-392是DENV-1血清型特异性中和B细胞表位。9株Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉中和单抗中7株同DENV-1 EⅢ的1个区域反应,位于DENV-1 E蛋白氨基酸残基序列第309-320,蛋白序列比对分析表明DENV-1 E蛋白中310KEVAETQHGT319在已报道的Ⅰ～Ⅳ型DENV分离株中高度保守,氨基酸残基替代发现DENV-1中E309、V312、A313和V320不影响蛋白抗原性,提示该位点是Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉中和B细胞表位。这些DENV-1 E蛋白EⅢ上中和B细胞表位可能有助于研制新的DENV亚单位疫苗。小结综合以上三个部分的研究结果,本研究的发现和创新点如下：一、采用一组来源于Ⅰ～Ⅳ型DENV NS1的每种血清型特异性单抗、交叉单抗和免疫血清全面分析DENV-1 NS1的B细胞表位。精确定位3个DENV-1NS1血清型特异性B细胞表位分别位于NS1蛋白氨基酸残基第1-15、71-85和338-352位氨基酸。蛋白序列比对分析表明这3个DENV-1血清型特异性B细胞表位在已报道的DENV-1分离株中高度保守,其中aa1-15在DENV-1 NS1免疫小鼠血清中有很强的抗原性,是免疫优势DENV-1 NS1血清型特异性B细胞表位。精确定位Ⅰ-Ⅳ型DENV NS1共同交叉表位的依次位于NS1蛋白氨基酸残基第21-35、111-125、191-205、261-275和291-305位氨基酸。以上5个Ⅰ-Ⅳ型DENV NS1共同交叉表位中25VHTWTEQYKFQ35、112KYSWKSWGKAK122, 193AVHADMGYWIES204、266GPWHLGKLE274和294RGPSLRTTT302在已报道的Ⅰ-Ⅳ型DENV分离株中高度保守,其中区域111-125aa、191-205aa和261-275aa在各型DENY-1 NS1免疫血清中有强的抗原反应性,区域aa21-35在DENV-2 NS1免疫小鼠血清和DENV-1 NS1免疫小鼠血清中具有很强的抗原反应性。这些新发现的NS1血清型特异性和Ⅰ～Ⅳ型共同交叉的B细胞表位将有助于DENV疫苗和分型诊断试剂盒的研制。二、采用一组来源于DENV-1 E蛋白EⅢ的中和单抗分析DENV-1 E蛋白EⅢ诱导中和抗体的B细胞表位。精确定位1个DENV-1血清型特异性中和B细胞表位,位于DENV-1 E蛋白氨基酸残基第381-392位氨基酸,蛋白序列比对分析表明该表位在已报道的DENV-1分离株中高度保守。精确定位1个Ⅰ～Ⅳ型DENV共同交叉中和B细胞表位,位于DENV-1 E蛋白氨基酸残基第309-320,蛋白序列比对分析表明该表位中310KEVAETQHGT319在已报道的Ⅰ～Ⅳ型DENV分离株中高度保守,E309、V312、A313和V320氨基酸残基替换不影响蛋白抗原性。这些新发现中和表位将有助于DENV亚单位疫苗研制。
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【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R392

【参考文献】