佐劑對兩種旋毛蟲絲氨酸蛋白酶抑制劑免疫影響的研究

劉照琨,關靖喆,路麗群,于鵬成,劉明旭,吳麗佳,路義鑫

(東北農業大學動物醫學學院 動物疾病防控技術與制劑創制重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150030)

旋毛蟲病是一種危害嚴重的人獸共患寄生蟲病,因生食或食用未煮熟含有感染性包囊的肉類食品而感染,呈全球性分布,危害嚴重[1]。絲氨酸蛋白酶抑制劑(Serine protease inhibitor,SPI)是一類對絲氨酸蛋白酶活性有抑制作用的蛋白質超家族。多個研究表明,寄生蟲SPI不但能夠通過調節蛋白酶活性影響蛋白質代謝參與凝血、炎癥反應等許多生理和病理過程,而且也是生物體免疫系統的重要組成部分[2-4],旋毛蟲SPI能夠抵制宿主的免疫反應,在蟲體與宿主相互作用中發揮著重要的作用。

佐劑常用來增強免疫效果,篩選適宜的佐劑尤為重要。為了探討不同佐劑類型對兩種SPIs(TsAd-SPI和TsKaSPI)的免疫效果的影響,本試驗選取鋁佐劑、Montanide ISA206和弗氏佐劑研究了其對BALB/c小鼠的免疫保護作用,為進一步研究SPIs與宿主的相互作用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及重組蛋白 試驗用旋毛蟲(Trichinella spiralis)T1分離株(ISS3),由東北農業大學寄生蟲教研室用健康的昆明系小鼠持續傳代保存。6～8周齡雄性BALB/c小鼠,購自遼寧長生生物公司；TsAdSPI和TsKaSPI重組蛋白由本實驗室已成功構建的載體經IPTG誘導表達,純化后獲得。

1.2 主要試劑 弗氏佐劑(FCA/FIA)、鋁佐劑(Alum)、IgG1、 IgG2a,均購自 Sigma Aldrich 公司；辣根過氧化物酶(HRP)標記的羊抗鼠IgG,購自北京中杉金橋生物技術有限公司；Montanide ISA 206佐劑,購自 Seppic公司；其他試劑,購自國內外生物公司。

1.3 試驗分組及免疫程序 將60只6～8周齡雄性BALB/c小鼠隨機分為6組,每組10只,每種蛋白3組,分別為高劑量組、中劑量組、低劑量組,將純化后的兩種重組蛋白分別用PBS稀釋后,以腹腔注射的方法免疫小鼠。初次免疫加完全弗氏佐劑,加強免疫用不完全弗氏佐劑,每次免疫高、中、低劑量組每只分別接種100、50 μg 和 20 μg,免疫 3 次,間隔2周。根據小鼠血清抗體的水平,選擇抗體效價最優的50 μg/只免疫劑量進行佐劑比較試驗。另將160只BALB/c小鼠隨機分為兩種蛋白的弗氏佐劑組、氫氧化鋁組、Montanide ISA 206組和 PBS對照組,共8組,每組20只。兩種蛋白的4個組均以最優劑量50 μg/只進行免疫,共免疫 3次,間隔 2周。弗氏佐劑組：首次免疫加完全弗氏佐劑,加強免疫用不完全弗氏佐劑,氫氧化鋁組和 Montanide ISA 720組：3次免疫分別用相應的佐劑；PBS對照組：3次每只均注射 PBS 100 μL。

1.4 血清抗體檢測 免疫前及免疫后第1、3、5周對每組免疫小鼠眼球取血,分離血清。1 μg純化后的兩種重組蛋白用包被液稀釋后,每孔100 μl分別包被96孔ELISA板,4℃ 過夜。洗滌后,將收集的不同劑量及不同佐劑組小鼠免疫前及免疫后第1、3、5周的血清樣本用封閉液1∶200倍稀釋,37℃ 孵育1.5 h。洗滌后,每組分別加入封閉液1∶5 000倍稀釋的HRP標記的羊抗鼠IgG；三免后(第5周)的血清加入封閉液1∶500倍稀釋的 Ig G1和 Ig G2a,37℃ 孵育1 h。洗滌后加底物顯色液,用酶標儀于波長450 nm測定吸光度值。

1.5 攻蟲感染 末次免疫后2周,不同佐劑組每只小鼠均經口感染500條旋毛蟲肌幼蟲。攻蟲后第1、3、7、10天剖殺小鼠,取出小腸,縱向剖開后剪成2～3 cm片斷,除去小腸內容物,放入盛有生理鹽水的平皿內,置于37℃孵育3～4 h,顯微鏡下計數成蟲,計算減蟲率。

1.6 數據分析 應用EXCEL,GraphPad Prism 5軟件對實驗數據進行統計和分析。統計學上處理實驗數據以均數±標準差(x±s)表示,同時采用GraphPad Prism 5軟件進行f檢驗、方差分析與相關分析。

2 結果

2.1 兩種重組蛋白的表達及純化 將實驗室保存TsAdSPI和TsKaSPI表達載體經IPTG誘導表達,通過SDS-PAGE檢驗誘導結果,純化后的兩種蛋白TsAdSPI和TsKaSPI,SDS-PAGE檢驗目的條帶單一,大小正確,如圖1和圖2所示。

圖1 重組蛋白TsAdSPI純化結果分析

圖2 重組蛋白TsKaSPI純化結果分析

2.2 兩種蛋白不同劑量組結果分析 用20、50、100 μg TsAdSPI和TsKaSPI分別與等體積弗氏佐劑乳化后免疫小鼠,與免疫前(0周)相比均使重組蛋白特異性 IgG水平顯著升高。在二免后,兩種20 μg重組蛋白免疫組 IgG水平均顯著低于50 μg和100 μg 免疫組(P ＜ 0.001),而 50 μg 免疫組與100 μg免疫組 IgG水平無顯著差異(P＞0.05),如圖3和圖4所示。因此,兩種蛋白均選擇50 μg為最優免疫劑量。

圖3 不同劑量TsAdSPI免疫小鼠IgG分析

圖4 不同劑量TsKaSPI免疫小鼠IgG分析

2.3 兩種蛋白不同佐劑組結果分析

2.3.1 特異性抗體IgG檢測 TsAdSPI和TsKaSPI分別與弗氏佐劑(FCA/FIA)、鋁佐劑(Alum)、ISA 206佐劑乳化后免疫小鼠,與對照組相比均誘導TsAdSPI和TsKaSPI特異性 IgG水平顯著升高(圖5、圖6)。兩種蛋白的鋁佐劑組 IgG水平與弗氏佐劑組無明顯差異。ISA 206免疫組IgG水平二免后明顯低于弗氏佐劑組,但在三免后IgG水平明顯升高,并高于弗氏佐劑組。

圖5 不同佐劑TsAdSPI免疫小鼠IgG分析

圖6 不同佐劑TsKaSPI免疫小鼠IgG分析

不同佐劑免疫組小鼠與對照組小鼠相比抗TsAdSPI和TsKaSPI特異性 Ig G1及IgG2a的水平均顯著升高(P＜0.001),3種佐劑免疫組之間無明顯差異(圖7、圖8)。兩種重組蛋白分別與3種佐劑乳化后免疫小鼠均可誘導機體產生混合型Ig G1/Ig G2a(Th1/Th2)反應,并以 Ig G1(Th2)為主。

圖7 不同佐劑TsAdSPI免疫小鼠IgG亞型分析

圖8 不同佐劑TsKaSPI免疫小鼠IgG亞型分析

2.3.2 成蟲減蟲率 TsAdSPI的鋁佐劑、ISA 206佐劑、弗氏佐劑免疫組小鼠在感染后第1、3、7、10天成蟲減蟲率分別為：41.05%、45.26%、53.15%；19.20%、26.72%、30.11%；17.20%、23.23%、18.68%；29.57%、33.85%、25.98%,3種佐劑免疫原均可誘導產生抗旋毛蟲成蟲感染相似的免疫力,ISA 206佐劑組稍優于其他兩組,如圖9。TsKaSPI的鋁佐劑、ISA 206佐劑、弗氏佐劑免疫組小鼠在第1、3、7、10 天成蟲減蟲率分別為：22.22%、20.14%、17.36%；21.67%、21.33%、25.42%；23.42%、24.83%、19.05%；24.10%、25.47%、22.05%,鋁佐劑及ISA 206佐劑組減蟲率相近,均優于弗氏佐劑組,如圖10。

圖9 不同佐劑TsAdSPI免疫小鼠成蟲減蟲率

圖10 不同佐劑TsKaSPI免疫小鼠成蟲減蟲率

3 討論

絲氨酸蛋白酶抑制劑可以通過抑制宿主絲氨酸蛋白酶的活性,使其免受宿主體內蛋白酶類降解,從而逃避宿主的防御機制,有利于寄生蟲在宿主體內入侵和存活[8]。由本實驗室重組的TsAdSPI和TsKaSPI具有良好的抗原性,已被證實是旋毛蟲病診斷候選抗原之一[9-10]。由于機體的免疫誘導機制非常復雜,除了與抗原本身的免疫原性強弱有關外,多種因素也影響機體對抗原的免疫應答強度及類型,包括接種途徑、劑量、次數、免疫間隔時間以及免疫佐劑的類型等[11]。本研究使用3種劑量(20、50 μg 和 100 μg)的兩種絲氨酸蛋白酶抑制劑TsAdSPI和TsKaSPI分別免疫小鼠,結果顯示,50 μg蛋白劑量免疫組與100 μg蛋白劑量免疫組均誘導產生類似的抗體水平,且均高于20 μg免疫組,所以,50 μg可作為該抗原免疫的最優劑量。

免疫佐劑可以增強免疫應答的水平,且不同佐劑產生的免疫應答有所不同,所以在免疫應答及保護性研究中需要選擇合適的佐劑制定免疫方案[12]。竇蘭清[13]的研究表明,旋毛蟲成蟲可溶性抗原與弗氏佐劑、白油-司班佐劑、ISA 206佐劑和蜂膠佐劑乳化后免疫,4種佐劑均具有免疫增強作用。李強[1]的研究表明,佐劑 FCA/FIA、IMS1312、ISA720、Quil-A及氫氧化鋁均能不同程度增強rsT87對小鼠的保護性免疫力,其中佐劑ISA720、Quil-A和氫氧化鋁的保護效果更好。本研究比較了鋁佐劑、弗氏佐劑和 Montanide ISA206三種佐劑對TsAdSPI和TsKaSPI兩種蛋白免疫效果的影響,結果顯示,3種佐劑均能誘導較高的免疫應答及成蟲減蟲率,與上述兩位研究者的結論相一致。通過對抗體水平及減蟲率的比較,ISA206和鋁佐劑的保護效果更好。

旋毛蟲為了成功感染宿主,必須在其寄生過程中調節宿主的免疫應答以避免其自體毀滅,同時又不至于對宿主造成嚴重損傷,因此旋毛蟲感染時同時具備Th1和Th2型免疫應答特征[14]。本研究的IgG亞型結果顯示,鋁佐劑、弗氏佐劑和 Montanide ISA206各組均誘導產生了Th2為主的 Th1/Th2混合免疫應答,與以往研究結果相一致。結果表明,佐劑不能從根本上改變免疫應答,但可以影響免疫應答的強度。選擇合適的佐劑能夠最大限度的幫助抗原發揮誘導免疫保護作用。Montanide ISA 206在本試驗中展現出了良好的免疫保護性,與傳統的油乳劑相比更為穩定并且黏度低,易于注射,乳化技術較簡單,易于掌握,可作為旋毛蟲的免疫佐劑。