潛伏相關抗原UL138蛋白的制備及其用于人巨細胞病毒感染血清學檢測的評價

陳文靜，黃崇安，陳靜，郭剛強，謝旺凱，林刻智，沈賢，薛向陽

（1.溫州醫科大學附屬第一醫院 胃腸外科，浙江 溫州 325015；2.溫州醫科大學 第一臨床醫學院，浙江 溫州 325035；3.溫州醫科大學附屬第一醫院 風濕免疫科，浙江 溫州 325015；4.溫州醫科大學 分子病毒與免疫研究所，浙江 溫州 325035；5.溫州醫科大學 基礎醫學實驗中心，浙江 溫州325035）

·論 著·

潛伏相關抗原UL138蛋白的制備及其用于人巨細胞病毒感染血清學檢測的評價

陳文靜1，黃崇安2，陳靜3，郭剛強4，謝旺凱2，林刻智5，沈賢1，薛向陽4

（1.溫州醫科大學附屬第一醫院 胃腸外科，浙江 溫州 325015；2.溫州醫科大學 第一臨床醫學院，浙江 溫州 325035；3.溫州醫科大學附屬第一醫院 風濕免疫科，浙江 溫州 325015；4.溫州醫科大學 分子病毒與免疫研究所，浙江 溫州 325035；5.溫州醫科大學 基礎醫學實驗中心，浙江 溫州325035）

目的：探討基于人巨細胞病毒（HCMV）潛伏相關抗原UL138蛋白的ELISA方法用于HCMV感染血清學檢測的意義。方法：生物信息學分析HCMV UL138蛋白的跨膜區結構，選擇胞內區序列，經原核密碼子優化后全基因合成，克隆至pET21a（+）原核載體，將成功構建的重組質粒轉化至大腸桿菌BL21（DE3），誘導蛋白表達后，SDS-PAGE及Western blot法鑒定目的蛋白表達，采用鎳柱親和層析法純化目的蛋白。將純化的UL138蛋白包被ELISA板，檢測173例人血清UL138特異性抗體，并與臨床上使用的羅氏公司cobas 8000 分析系統及配套試劑盒進行血清HCMV IgG抗體檢測比較，評價UL138蛋白作為HCMV感染血清學檢測工具的效能。結果：利用原核表達系統成功表達了UL138蛋白，經鎳柱親和純化后獲得高純度的目的蛋白；健康成人血清UL138特異性抗體的ELISA法檢測結果顯示，幾乎所有的健康成人都存在UL138特異性抗體，與羅氏公司的化學發光（CLIA）法IgG檢測結果比較，靈敏性為100.0%，符合率為98.8%，差異無統計學意義（x2=0.5，P＞0.05），而且具有較好的一致性（Kappa=0.496，P＜0.001）。結論：潛伏相關抗原UL138是HCMV感染血清學檢測重要候選抗原，可望為基于此蛋白的HCMV血清學檢測試劑的研制提供依據。

人巨細胞病毒；UL138蛋白；血清學檢測；酶聯免疫吸附試驗

目前臨床上人巨細胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）感染檢測主要依賴于血清學方法，其中酶聯免疫吸附（ELISA）法因其操作簡便、快速，在臨床上最為常用。但由于此法所用抗原成分復雜，尚存在特異性較差、受RF因子干擾以及與皰疹病毒科存在抗原交叉等缺點［1-3］，故亟待采用合適的HCMV抗原來取代全病毒抗原。經研究發現，ppl50、pp65、pp52、pp38以及糖蛋白gB和gH［4-9］等HCMV蛋白具有強免疫原性，且同源性高，其中數種融合表達后可作為HCMV檢測抗原，靈敏性和特異性較好，但單獨應用時靈敏性仍然很差［10-11］，因而對HCMV各種成分的抗原性研究從未停止。UL138是HCMV潛伏感染所必需的高度保守的基因［12-13］，本研究對其進行核苷酸同源性分析，發現它在18株HCMV病毒株中同源性高達96.47%～100.00%，可望成為HCMV感染檢測新的候選抗原。為此本研究實現了pUL138的表達，經抗原性鑒定后作為包被抗原對173例人血清特異性抗體進行檢測，并對pUL138作為一種新診斷抗原的意義做出初步評價，以期為HCMV血清學檢測新體系的建立提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料 173例健康成人EDTA抗凝血收集自2014 年9-10月溫州醫科大學附屬第一醫院門診健康體檢者，并排除乙肝、丙肝、HIV、EBV、梅毒等感染。自行設計的PCR引物和pGEX-4T-1/HCMV-UL138重組質粒由上海生物工程有限公司合成。pET-21a（+）質粒、E.col i BL21（DE3）菌株和pUL138免疫小鼠血清均由本室保存。高保真DNA聚合酶、T4 DNA連接酶、限制性核酸內切酶BamHI、Xho I酶均購自Fermentas公司，鼠抗His-tag抗體購自美國Abcam公司，辣根過氧化物酶（HRP）標記的山羊抗小鼠IgG抗體購自杭州聯科生物技術有限公司，瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒、ECL發光劑購自北京天根生化科技有限公司，Ni-NTA螯合親和層析柱購自Qiagen公司。CMV IgG檢測試劑盒購自德國羅氏診斷有限公司。所用其他化學試劑均為分析純等級。

1.2 方法

1.2.1 引物設計與UL138基因的擴增：使用在線蛋白工具預測pUL138蛋白跨膜區，結果提示其最開始表達的29個氨基酸處于跨膜區。設計引物，上游引物：5'-CGCGGATCCATGCACTGGCACGATACCTT-3'，下游引物：5'-CCGCTCGAGTCATTAATGGTGATGGTGGT-3'。以公司合成的pGEX-4T-1/UL138重組質粒作為模板，用自行設計的UL138胞內區引物進行PCR擴增，以去除29個氨基酸的跨膜區序列，擴增UL138基因胞質區序列。反應體系為：pGEX-4T-1/UL138重組質粒模板1.0 μL，前后引物（10 pmol/μL）各1.0 μL，2× PCR Master Mix 12.5 μL，雙蒸水9.5 μL，總體系為25 μL。反應條件為：95 ℃預變性5 min，95 ℃變性30 s，65 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min，循環30次，72 ℃延伸10 min，4 ℃保溫。反應完成后，取5 μL擴增產物進行1.5%瓊脂糖凝膠電泳鑒定。按PCR產物純化試劑盒的操作步驟純化剩余的PCR產物，-20 ℃保存備用。

1.2.2 pET21a（+）/UL138重組質粒的構建與鑒定：利用限制性內切酶BamHI、XhoI對pET21a（+）質粒及回收的PCR產物進行雙酶切。酶切產物經瓊脂糖電泳回收并純化，T4 DNA連接酶16 ℃連接過夜，連接產物轉化到E.col i BL21（DE3）感受態細菌中。氨芐青霉素平板篩選陽性克隆并用T7引物進行PCR鑒定，篩選出其中的陽性克隆。將鑒定正確的對應菌液進一步送測序驗證，測序工作由上海生工生物工程股份有限公司完成。

1.2.3 pET21a（+）/UL138重組蛋白的誘導表達與鑒定：挑選測序正確的陽性菌株進行誘導表達，以1∶100的比例接種于15 mL LB/Amp液體培養基中，37 ℃，250 r/min，過夜振蕩培養；取10 mL新鮮培養的菌液，接種于500 mL LB/Amp液體培養基中，37 ℃，250 r/min，振蕩培養，在菌液A600=0.6時，加入IPTG至終濃度1.0 mmol/L，37 ℃誘導6 h后12 000 r/min離心5 min，收集細菌；用8 mol/L尿素溶解細菌，與上樣緩沖液混勻，100 ℃加熱10 min，進行SDS-PAGE電泳，電泳完成取下凝膠，一塊用考馬斯亮藍染色1 h后脫色過夜，觀察蛋白條帶；另一塊經轉膜后，分別用鼠抗His-tag抗體和HCMV感染者血為一抗，用對應的辣根HRP標記的山羊抗小鼠IgG抗體和HRP-山羊抗人IgG抗體為二抗，進行Western blot法分析鑒定，檢測蛋白的抗原性與特異性。

1.2.4 Ni-NTA親和層析法純化目的蛋白：將pUL138全長蛋白進行大量誘導表達，經反復多次凍融和超聲破壁處理后，12 000 r/min離心10 min后收集上清和沉淀，進行SDS-PAGE電泳，結果顯示目的蛋白在沉淀中；將超聲沉淀處理后通過Ni-NTA螯合親和層析柱純化，以不同濃度的咪唑洗脫，將各濃度咪唑的洗脫液進行SDS-PAGE凝膠電泳鑒定。對含有純化蛋白的洗脫液進行透析、濃縮，測定蛋白濃度后于-20 ℃保存備用。

1.2.5 UL138蛋白用于HCMV血清學檢測：用純化的UL138蛋白包被ELISA板，以待測血清為一抗，以HRP標記的山羊抗人IgG抗體為酶標二抗，按照常規方法分別確定抗原最佳包被濃度、包被時間、封閉條件、待測血清最佳稀釋倍數、作用時間以及酶標二抗的稀釋倍數和作用時間等條件，建立以UL138蛋白為診斷抗原的間接ELISA方法。用上述方法檢測173例健康體檢者血清中UL138特異性IgG抗體，每個樣本設置2個復孔，置酶標儀下450 nm波長處讀取吸光度值A450，以空白孔調零，得到標本（S）與陰性對照（N）的A值后，以S/N值≥2.1表示陽性；采用德國羅氏公司cobas 8000分析系統及配套試劑盒，以電化學發光（CLIA）法重復上述173例血清樣本HCMV IgG抗體檢測，嚴格按照試劑盒說明書進行操作。

1.3 統計學處理方法 采用SPSS16.0統計軟件進行統計學分析。采用x2檢驗對2種檢測方法的檢測結果進行統計分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 HCMV UL138基因同源性分析 通過對18株HCMV病毒株UL138基因的同源性檢測，發現同源性在96.47%～100.00%，說明UL138在不同的HCMV病毒株之間存在很高的同源性（見表1），可作為檢測HCMV感染的新的候選基因。

表1 UL138編碼序列在不同HCMV病毒株之間的同源性分析

2.2 UL138基因的擴增與pET21a（+）/UL138重組質粒的鑒定 以pGEX-4T-1/UL138重組質粒為模板，進行PCR擴增，PCR產物瓊脂糖凝膠顯示在465 bp位置出現目的條帶。測序結果經Blast與Gene bank中的序列完全一致。分別將PCR產物與pET21a（+）質粒用限制性內切酶BamHI和XhoI進行雙酶切（見圖1），再分別將其切膠回收后進行酶連及測序，測序結果與目的序列吻合，說明成功構建了重組質粒pET21a （+）/UL138。

圖1 pET21a（+）/UL138重組質粒構建酶切鑒定圖

2.3 UL138重組蛋白的原核表達、鑒定和純化 將構建好的重組質粒誘導表達后收菌，經SDS-PAGE電泳和考馬斯亮藍染色，在相對分子質量（Mr）約17 kD的位置可獲得一條明顯的蛋白條帶，大小與預期Mr一致；而未誘導的對照組菌液則不出現此條帶（見圖2A）。進行Western blot法檢測，結果顯示pUL138蛋白能被鼠抗His標簽抗體和HCMV感染者血清分別識別，在Mr約17 kD處檢測到特異性的蛋白條帶（由于HCMV感染者血清為全血清，故背景較高），位置符合預期，而未誘導組則不與陽性血清反應（見圖2B-C），說明目的蛋白pUL138具有良好的特異性和較強的免疫反應性，可期待應用于HCMV感染血清學檢測。

將pUL138蛋白進行大量誘導表達并超聲破菌，經鑒定目的蛋白主要存在于沉淀中；將超聲沉淀進行處理并純化pUL138全長蛋白，以不同濃度的咪唑洗脫，SDS-PAGE電泳顯示pUL138全長蛋白主要存在于100 mmol/L咪唑洗脫液中（見圖3），純化后純度高達90%以上。

圖2 pUL138蛋白Western blot法鑒定圖

圖3 pUL138蛋白純化鑒定圖

2.4 ELISA條件的優化與HCMV感染血清IgG抗體檢測 按照常規方法對間接ELISA法的工作條件進行優化，確定UL138蛋白最適包被濃度為10 μg/mL，4 ℃包被過夜；5%脫脂牛奶37 ℃封閉1 h；待測血清最佳稀釋度為1∶200，37 ℃作用1 h；二抗按1∶5 000稀釋，37 ℃孵育，作用時間1 h；包被、封閉、孵育后洗板5次，每次1 min，拍干。此法具有較好的可重復性。用上述方法檢測173例健康體檢者血清中UL138特異性抗體IgG，結果以S/N值≥2.1表示陽性；與羅氏HCMV IgG檢測試劑盒的檢測結果比較（見表2），UL138蛋白-ELISA法的陽性率為99.4%，羅氏HCMV IgG檢測試劑盒法的陽性率為98.3%，提示大多數健康成人存在HCMV既往感染，差異無統計學意義（x2=0.5，P＞0.05），兩種方法具有中度一致性（Kappa=0.496，P＜0.001）；若以羅氏HCMV IgG檢測試劑盒法的檢測結果為金標準，UL138蛋白-ELISA法的靈敏性為100.0%（170/170）；二者的符合率高達98.8%（171/173）。

表2 UL138蛋白-ELISA法和羅氏HCMV IgG檢測試劑盒法的檢測結果比較

3 討論

HCMV屬于皰疹病毒科β亞科，以潛伏感染狀態在人群中廣泛存在［14-15］。HCMV感染具有緩慢增殖和潛伏-活化的特點，感染者多表現為無癥狀性或潛伏感染，僅靠臨床表現難以明確診斷，但當機體免疫力低下時，潛伏感染的HCMV可被激活，并導致移植失敗、HCMV肺炎、肝炎、全身散播性感染、甚至死亡等嚴重后果［16-18］，再加上對HCMV感染尚缺乏非常有效的防治措施［19］，因此建立一種高效、靈敏、特異的HCMV感染檢測方法顯得尤為重要。

本研究選擇潛伏相關抗原UL138蛋白作為新的候選抗原，原因在于：首先，UL138基因是HCMV臨床株所特有的，并被認為是HCMV潛伏感染的建立與維持所必需的基因［12-13］；其次，UL138基因和蛋白在臨床低傳代分離株中高度保守［20］，經核苷酸同源性分析在18株HCMV病毒株中同源性高達96.47%～100.00%；再次，UL138基因轉錄本和蛋白產物不僅見于血清陽性個體還可在潛伏個體內檢測到，病毒通過多種多順反子確保其在不同細胞環境下都能表達［21］。我們假設，UL138蛋白可成為HCMV感染血清學檢測一種新的候選抗原。為此本研究除去pUL138跨膜區29個氨基酸對應的基因序列，重新設計引物（包含BamHI、XhoI酶切位點、保護性堿基、ATG起始密碼子以及His標簽），擴增UL138基因胞質區序列作為目的基因；采用pET21a（+）為目的基因的原核表達載體，pET21a（+）含有較強的T7啟動子、終止子、His標簽、BamHI、Xho I酶切位點和抗Amp基因，是蛋白表達、鑒定、純化的有效工具；選擇BL21感受態細菌也有利于目的基因的表達；最終獲得了大量原核表達的重組蛋白，蛋白純度＞90%；經Western blot法進行抗原性檢測，結果提示pUL138蛋白具有良好的特異性和較強的免疫反應性，可期待應用于HCMV感染血清學檢測。在此基礎上，我們將純化的UL138蛋白包被ELISA板，建立pUL138蛋白-ELISA法檢測173例人血清UL138特異性抗體，結果陽性率為99.4%。

據研究顯示，在現有的HCMV感染血清學檢測方法中，德國羅氏公司生產的重組嵌合抗原對特異性HCMV IgG抗體的檢測具有很好的靈敏性和特異性［22］。因此，為了評價UL138蛋白作為HCMV感染血清學檢測工具的效能，本研究將上述檢測結果與臨床上使用的羅氏公司cobas 8000分析系統及試劑盒CLIA法檢測的結果進行比較。二者陽性率分別為99.4%和98.3%，差異無統計學意義（x2=0.5，P＞0.05），符合率達98.8%，靈敏性達100.0%，證明本實驗表達純化的UL138蛋白可成為HCMV感染血清學檢測一種新的候選抗原，為進一步制備和組裝更高靈敏性和特異性的、可以真正代表全病毒裂解抗原的HCMV基因工程多基因、多表位、重組嵌合抗原試劑盒提供了重要依據。此外，靈敏性高本應是CLIA法關鍵的優越性，但若以羅氏HCMV CLIA法檢測試劑盒的檢測結果為金標準，本研究建立的UL138蛋白-ELISA法的靈敏性也達到了100.0%，結果令人滿意，同時本法還具有成本及維護費用較低的優點，比CLIA法更適合在基層和初篩工作中推廣。值得注意的是，與一些文獻報道的單一片段重組抗原特異性好而靈敏性差的現象不同，本研究中UL138蛋白-ELISA法的靈敏性很高，達100.0%；但由于HCMV在人群中的感染非常廣泛，上述173例健康成人血清中HCMV IgG陰性的樣本過少，只有3例，尚不能以其檢測結果判斷本方法的特異性好壞，反而導致2種檢測方法的Kappa分析只表現出中度一致性。因此，本研究計劃增大待檢血清樣本總量，或增加已確診的HCMV陰性樣本量，并采用其他病毒的抗血清為一抗判斷有無交叉反應，進一步評價UL138蛋白用于HCMV血清學檢測的靈敏性和特異性；若特異性不夠理想，可嘗試降低UL138蛋白的包被濃度。

目前國內外鮮有潛伏相關抗原UL138蛋白用于HCMV診斷的報道。本研究制備的UL138蛋白針對HCMV特異性IgG抗體檢測具有較好的靈敏性和可重復性，與羅氏檢測試劑盒的符合率高達98.8%，結果令人滿意，說明UL138蛋白作為HCMV感染血清學檢測的重要候選抗原，具有良好的應用前景，可望為進一步組裝更高靈敏性和特異性的HCMV基因工程多基因、多表位、重組嵌合抗原試劑盒提供重要依據。

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（本文編輯：胡苗苗）

Preparation of human cytomegalovirus latency-associated determ inant pUL138 and evaluation of its prelim inary use in the serodiagnosis of HCMV in fection

CHEN Wenjing1，HUANG Chongan2，CHEN Jing3，GUO Gangqiang4，XIE Wangkai2，LIN Kezhi5，SHEN Xian1，XUE Xiangyang4. 1.Department of General Surgery，the First Affliated Hospital of Wenzhou Medical University，Wenzhou，325015； 2.The First Clinical，Wenzhou Medical University，Wenzhou，325035； 3.Department of Rheumatology，the First Affliated Hospital of Wenzhou Medical University，Wenzhou，325015； 4.Department of Microbiology and Immunology，Institute of Molecular Virology and Immunology，WenzhouMedical University，Wenzhou，325035； 5.Experimental Center，Wenzhou Medical University，Wenzhou，325035

Ob jective：To prepare latency-associated protein UL138 of human cytomegalovirus，determ ine its antigenicity and evaluate its prelim inary use as an antigen in the serodiagnosis of HCMV infection. Methods：Bioinformatics methods were used to analyze the transmembrane domain of UL138 protein，and the complete coding region of pUL138's cytoplasmic domain was optim ized by the usage of the favorite codons in E.coli，amplif ed by PCR and cloned into the expression vector pET21a（+）. The constructed pET21a（+）/UL138 plasm id was transformed into E.coli BL21 cells and induced by IPTG. The recombinant protein pUL138 was purif ed by Ni-NTA aff nity chromatography and conf rmed by SDS-PAGE and Western blot analysis. Then the purifed UL138 protein was coated on plates as a diagnosis antigen and an indirect ELISA method was established and optim ized to investigate the HCMV-specif c IgG. Finally serum samples from 173 healthy individuals were detected by the established method，and Roche's electrochemilum inescence detection kit was considered as the golden standard to evaluate its signif cance in the serodiagnosis of HCMV infection. Resu lts：HCMV UL138 protein w as successfully expressed in prokaryotic system and highly purifed by affnity purif cation. The positive rate of specif c IgG against HCMV was 99.4% by the established ELISA，w ith no statistically signif cant difference between the result of pUL138-based ELISA and that of Roche's detection kit （x2=0.5，P＞0.05），and the sensitivity and coincidence rate of the ELISA method were 100.0% and 98.8%. These two results had good coherence （Kappa=0.496，P＜0.001）. Conclusion：Latency-associated protein UL138 is a potential candidate antigen for HCMV detection and can be useful for development of new techniques for the serodiagnosis of HCMV infection.

human cytomegalovirus； UL138 protein； serological test； enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA）

R373.9

A DO I：10.3969/j.issn.2095-9400.2015.10.001

2015-04-22

國家自然科學基金資助項目（81472308，81001343，31470891）；浙江省自然科學基金資助項目（Y21009 09，Y2012314）；浙江省科技廳科研基金資助項目（2012C33126）。

陳文靜（1991-），女，浙江蒼南人，碩士生。

薛向陽，副教授，碩士生導師，Emai l：wzxxy001@163.com。