豬δ冠狀病毒RBD蛋白在昆蟲細胞中的表達

張爽，郝鵬飛，伊立超1,，姜宇航，郝嘉翼，李樂天，時小雙，徐鵬，金寧一，賈立軍，李昌*

(1. 延邊大學農學院，吉林 延吉 133000；2. 中國農業科學院長春獸醫研究所/中國醫學科學院人獸共患病毒病防控關鍵技術研究創新單元，吉林 長春 130122)

豬δ冠狀病毒(porcine delta corona virus,PDCoV)是套式病毒目(Nidovirales)、冠狀病毒科(Coronaviridae)、冠狀病毒亞科(Coronavirinae)、δ冠狀病毒屬(Deltacoronavirus)成員[1]，是近年來新發現的一種豬腸道致病性冠狀病毒，可以感染各年齡段豬群，哺乳期仔豬最易感。臨床癥狀表現為急性水樣腹瀉、嘔吐、脫水等[2]，具有較強的致病性，哺乳仔豬感染后死亡率可高達30%～40%[3]。PDCoV在2012年由Woo等[4]在我國香港家豬的糞便樣本中首次發現，2014年在美國俄亥俄州腹瀉仔豬和母豬的糞便中再次檢測到PDCoV，并迅速波及美國多洲及加拿大部分地區。之后在韓國、中國大陸、日本、越南、泰國等地也檢測到了PDCoV毒株，對世界養豬業造成重大經濟損失[5-9]，但目前關于PDCoV的致病機制及其與宿主細胞的相互作用關系仍不是很清楚。

PDCoV是一種有囊膜的單股正鏈RNA病毒，基因組大小約為25.4 kb，其病毒粒子直徑約為60～180 nm，呈球形或橢圓形，外層有冠狀纖突囊膜包裹，整體呈“皇冠”狀[10]。與其他冠狀病毒一樣，PDCoV由4種主要結構蛋白構成：即刺突蛋白(spike protein，S)、包膜蛋白(envelope protein，E)、膜蛋白(membrane protein，M)、核衣殼蛋白(nuecleocapsid protein，N)。其中S蛋白是Ⅰ型跨膜糖蛋白，能夠介導細胞黏附、促進病毒與細胞膜融合，從而介導病毒入侵，此外S蛋白還能介導某些中和抗體的產生。S蛋白包括S1和S2兩個部分，S1主要負責與受體細胞的識別與結合，S2則與膜融合相關。冠狀病毒受體結合結構域(receptor-binding domain，RBD)是S1區域高度保守的一段序列，位于其結構域殘基的318～510處[11]，理論上RBD結合功能性受體(ACE2)的親和力高于完整S1結合功能受體的親和力[12]，RBD區域決定病毒的宿主范圍及嗜性，也是影響病毒與受體之間相互作用的重要因素。

目前尚無有效的藥物和疫苗針對PDCoV，因此，本試驗以PDCoV受體結合結構域RBD蛋白為研究對象，通過Bac-to-Bac桿狀病毒表達系統表達RBD蛋白，為今后PDCoV的診斷和新型疫苗研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 質粒、菌株及細胞

桿狀病毒雙表達載體pFastBacTM、DH10 Bac感受態大腸桿菌購自Thermo Scientific公司；SF9昆蟲細胞由中國農業科學院長春獸醫研究所保存。

1.2 主要試劑

昆蟲細胞培養基SF900 Ⅱ SFM購自GIBCO公司；轉染試劑CellfectinTMⅡ Reagent購自Thermo Fisher公司；2×PCR mix buffer、T4-DNA連接酶、DNA Marker、Trans1-T1感受態細胞均購自大連TaKaRa公司；pFastBacTM雙載體、EcoRⅠ、XbaⅠ均購自Thermo Scientific公司；BCA蛋白定量試劑盒購自Beyotime公司；Anti-strep tag抗體購自Abcam公司；HRP標記山羊抗鼠IgG、Cy3標記山羊抗鼠IgG購自碧云天生物技術公司。

1.3 目的基因的設計

根據PDCoV的S蛋白氨基酸序列(GenBank:QAA06990.1)，選取其受體結合域RBD基因序列，并在N端插入Strep-tag標簽，上下游分別添加EcoRⅠ和XbaⅠ兩個酶切位點，將該段序列進行桿狀病毒表達偏愛密碼子優化，交由南京金斯瑞公司合成。

1.4 引物設計

依據pFast Bac Dual載體序列設計合成檢測重組桿狀病毒的通用引物。引物由吉林省庫美生物技術有限公司合成。

1.5 重組穿梭質粒的構建與鑒定

將合成并測序正確的的基因PDCoV-RBD亞克隆至桿狀病毒雙表達載體的PH啟動子下游，命名為pFBD-PDR(圖1)，提取質粒后利用EcoRⅠ、XbaⅠ進行雙酶切鑒定。

圖1 pFBD-PDR重組質粒設計示意

1.6 重組桿粒的制備

將重組質粒pFBD-PDR轉化到DH10BacTM感受態細胞中，并涂布于藍白斑篩選平板：含有四環素(10 mg/L)、硫酸卡鈉霉素(50 mg/L)、慶大霉素(7 mg/L)、IPTG(40 mg/L)、X-Gal(100 mg/L)的LB固體培養基，37 ℃避光培養48 h以上。挑取較大的白色菌落在上述固體培養基上進行劃線接種，37 ℃避光培養48 h以上。挑取劃線平板上較大的白色菌落接種至含四環素(10 mg/L)、硫酸卡鈉霉素(50 mg/L)、慶大霉素(7 mg/L)的三抗液體培養基中，37 ℃，220 r/min振蕩培養12 h。以PH-F和M13-R游引物進行菌液PCR鑒定(上游引物5′-TTCATACCGTCCCACCAT-3′；下游引物：5′-AGCGGATAACAATTTCACACAGG-3′)，驗證桿狀病毒基因組是否轉座成功。并提取驗證正確的菌株桿粒，命名為Bacmid-PDR。

1.7 重組桿狀病毒的拯救

提前準備細胞密度為1.5×106～2.5×106個/mL且狀態良好的SF9細胞6孔板，將培養基更換為1 mL雙無Grace’s培養基。并另取2個100 μL雙無Grace’s培養基，分別加入4 μL CellfectinTMⅡ Reagent 轉染試和4 μg陽性重組桿粒，并輕輕混勻后靜置15 min，再將二者輕輕混勻，靜置20 min后緩慢、均勻加入到6孔板中。27 ℃培養6 h后更換培養基為2 mL SF9Ⅱ完全培養基。27 ℃培養5～7 d，待大部分細胞出現明顯病變(CPE)后收取細胞上清液為第一代重組桿狀病毒，命名為rBV-PDR，后繼續盲傳3代。

1.8 間接免疫熒光法(IFA)鑒定目的蛋白的表達

取生長狀態良好的SF9細胞均勻鋪入6孔板，待細胞長至60%～70%，每孔接種20 μL的P2代rBV-PDR，27 ℃培養48 h后棄掉培養基。用PBS輕洗3次，加入細胞固定液固定30 min，PBS洗3次；Trion X-100透化處理10 min，PBS清洗1次；5%脫脂乳封閉1 h，PBST洗3次；1∶1 000稀釋Anti-strep tag一抗37 ℃孵育2 h，PBST洗3次；1∶2 000稀釋Cy3-標記的山羊抗鼠IgG室溫避光孵育40 min，PBST洗2次。熒光顯微鏡觀察。

1.9 Western blot檢測

PDCoV-RBD蛋白表達4 000 r/min離心5 min收集感染第3代rBV-PDR的SF9細胞，加入適量IP裂解液裂解破碎后12 000 r/min離心3 min，收取上清后制備蛋白樣品。通過SDS-PAGE，將蛋白轉印至硝酸纖維膜上，以1∶1 000稀釋的Anti-strep tag為一抗，1∶5 000稀釋的山羊抗鼠IgG為二抗，進行Western blot鑒定。

2 結果

2.1 目的序列分析

PDCoV-RBD氨基酸同源性分析與序列比對見圖2。

圖2 PDCoV-RBD氨基酸同源性分析(A)與序列比對(B)

選取的目的氨基酸序列來自于中國南方流行株CC-HN2K-02株S蛋白(GenBank:QAA06990.1)的302～422 aa處，將其與NCBI上我國其他已知典型毒株S蛋白上對應的RBD氨基酸序列(23條)進行同源性分析，結果顯示，該氨基酸序列完全一致(圖略)；將其與國外流行株進行對比(圖2)，同源性介于98.3%～100%，除泰國的3株毒株氨基酸序列(ANK58278.1 Thailand 2015、AMN91712.1 Thailand 2015、AMN91700.1 Thailand 2015)第46位與48位分別突變為L與R外，其余毒株均未發生變化，表明RBD氨基酸序列具有高度保守性。

2.2 重組質粒的鑒定

利用EcoRⅠ、XbaⅠ對重組質粒pFBD-PDR進行雙酶切鑒定，經1%瓊脂糖電泳，結果顯示，得到1條636 bp左右的目的條帶(圖3)，與預期合成片段大小一致；膠回收DNA片段后測序，驗證該序列為目的序列，表明重組質粒構建成功。

M．DL5000 Marker；1.重組質粒；2.重組質粒雙酶切

2.3 重組桿粒Bacmid-PDR的鑒定

利用PH-F和M13-R引物對Bacmid-PDR 菌液進行PCR擴增，結果得到1條1 200 bp左右的條帶(圖4)，與預期結果一致，表明重組桿粒Bacmid-PDR構建成功。

2.4 重組桿狀病毒rBV-PDR的拯救

重組桿粒rBV-PDR轉染SF9細胞產生P1代毒。與正常SF9細胞(圖5A)相比，轉染P3代毒的細胞在72～96 h后與出現典型CPE(圖5B、5C)出現變大、變圓、細胞邊界模糊、貼壁細胞數量減少、部分細胞破碎漂浮等情況，表明重組桿狀病毒rBV-PDR拯救成功。

2.5 IFA鑒定PDCoV-RBD蛋白的表達

利用Strep-tag抗體對感染重組桿狀病毒rBV-PDR的SF9細胞進行IFA檢測，結果顯示，正常SF9細胞未出現特異性熒光，而感染重組桿狀病毒rBV-PDR的SF9細胞出現特異性紅色熒光(圖6)，表明成功表達外源蛋白且表達的外源蛋白位于細胞核外。

A.正常SF9細胞；B.重組桿粒Bacmid-PDR轉染72 h的SF9細胞;C.P3代重組桿狀病毒感染120 h的SF9細胞

圖6 IFA鑒定PDCoV-RBD蛋白的表達(400×)

2.6 Western blot檢測PDCoV-RBD蛋白的表達

收集感染rBV-PDR的SF9細胞沉淀，進行裂解和破碎，12 000 r/min離心3 min后取上清裂解液制備蛋白樣品。SDS-PAGE后，以Strep-tag抗體為一抗進行Western blot檢測。結果顯示，與正常SF9細胞裂解液相比，感染rBV-PDR的SF9細胞裂解液中檢測到約22 kDa的蛋白條帶(圖7)，與預期蛋白大小一致。進一步表明桿狀病毒表達系統能夠表達PDCoV-RBD蛋白。

M.蛋白Marker；1.正常細胞；2.重組病毒感染細胞

3 討論

PDCoV作為一種2012年新發現的豬腹瀉病毒，常與豬流行性腹瀉病毒(PEDV)、豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV)等其他病原發生混合或繼發感染的情況，給多國養豬業帶來嚴重經濟損失[13-15]。冠狀病毒的S蛋白具有識別受體、介導病毒侵入宿主細胞的功能，同時S蛋白也是決定病毒宿主范圍及組織趨向性的關鍵結構[16-18]。另外，S蛋白作為重要抗原，能夠刺激天然宿主產生中和抗體[19-21]。S蛋白由受體結合亞結構S1蛋白和膜融合亞結構S2蛋白組成，其中，S1結構域不止包含多個能夠誘導產生中和抗體的中和表位[22]，同時也具有識別受體、結合細胞的重要作用。候林杉等[23]以PDCoVHB-BD株的S1蛋白為基礎，利用pET-32a載體構建了pET-32a-S1重組質粒，轉化到BL21 (DE3) 感受態細胞中，誘導表達后利用His標簽純化蛋白，Western blot結果表明該方法表達的S1蛋白具有良好的免疫反應活性。Thachil等[24]利用真核表達載體成功表達了S1-Fc融合蛋白，在純化后去除Fc標簽，得到了PDCoV IA2014-1株(GenBank:KM613173)S1蛋白(氨基酸序列1～573)，該蛋白具有良好的反應原性。S1結構域因其參與病毒入侵受體細胞、誘導產生中和抗體，成為PDCoV的重點研究區域。理論上PDCoV RBD結構域是S1蛋白的截短表達，含有多個抗原表位，是重要的免疫原性區域。Shang等[25]發現PDCoVS蛋白的S1-CTD區域能夠與宿主表面的未識別受體結合，推測該段包含主要RBD，為PDCoV RBD的研究奠定了基礎。

昆蟲細胞-桿狀病毒表達系統是以桿狀病毒為載體、在昆蟲細胞內表達外源蛋白的真核表達系統。該表達系統不但能對表達的重組蛋白進行糖基化、乙酰化、硫酸化、寡聚化、折疊等多種翻譯后修飾，還因為具有高度的種屬特異性，對包括人在內的哺乳動物無致病性的優點，具有良好的生物安全性[26-28]。因此，桿狀病毒表達系統是以桿狀病毒為載體的一種成熟、高效、安全的真核表達系統。本試驗利用分子克隆技術將修飾后的PDCoV-RBD基因重組到桿狀病毒表達載體中，構建了pFBD-PDR質粒，將獲得的穿梭質粒轉染到SF9昆蟲細胞，獲得重組桿狀病毒。經間接免疫熒光和Western blot證明了感染rBac-PDR的SF9細胞能夠正確表達PDCoV-RBD蛋白。

綜上，本試驗利用昆蟲桿狀病毒真核表達系統成功表達了PDCoV-RBD蛋白，為進一步研究PDCoV-RBD蛋白的生物學特性奠定了基礎，也為后續PDCoV診斷試劑的研發、亞單位疫苗的制備等提供了新的思路。