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严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndrome,SARS)给人类的生命健康造成了极大的威胁,已经成为严重的社会公共卫生问题。SARS病毒的真正来源和贮存宿主至今仍不明确,SARS再次爆发的可能性仍然存在。目前对SARS感染诊断方法的建立和改进以及对SARS新型疫苗的研究仍然是十分重要的科研工作,对SARS的诊断和预防也具有重要意义。SARS-CoV的S蛋白在介导受体结合和膜融合中起重要作用,而且可以诱导机体产生中和抗体,是发展SARS诊断、疫苗和治疗的重要靶标。但全长S蛋白会引起抗体依赖的增强作用(ADE),而目前已知的S蛋白上引起ADE的区域不在S蛋白318-510氨基酸间的受体结合区(receptor binding domain,RBD),RBD可介导病毒吸附于宿主细胞受体,而且是诱导中和抗体的主要成分,因此S蛋白RBD是发展SARS诊断与免疫预防的理想抗原。本研究进行了SARS病毒优势表位的融合重组表达,建立了间接ELISA方法并应用于SARS感染与诊断中;同时系统地进行了以原核系统表达重组RBD蛋白为基础的亚单位疫苗研究和以RBD为靶点的枯草芽孢呈递型疫苗研究。
目的:获得SARS病毒抗原优势表位区和受体结合区的重组蛋白,建立特异性诊断SARS的血清学方法和发展有效的预防SARS病毒感染的新型疫苗。
方法:选择SARS-CoV的S、M和N蛋白优势抗原表位区,通过柔性肽linker的连接设计成具有串联结构的多表位融合蛋白(SMN),分析表位区的保守性,预测SMN蛋白的抗原性和柔性,在原核表达系统中实现蛋白表达;将纯化后的重组蛋白作为包被抗原,利用SARS患者、非SARS的发热病人和健康人血清建立SARS-CoV感染血清学ELISA检测方法。同时,以SARS病毒S蛋白受体结合区(RBD)的编码基因为研究对象,制备了两种新型SARS重组疫苗,一是在宿主菌DH5a中实现重组RBD蛋白的周质可溶性表达,将纯化的RBD重组抗原进行动物免疫并对其免疫原性和免疫效果进行分析。二是将枯草杆菌CotB基因克隆至基因组整合质粒pDG1664中,再在CotB基因的下游插入RBD基因,构建重组质粒pDG1664-CotB-RBD,通过同源重组将重组质粒pDG1664-CotB-RBD整合到PY-79枯草杆菌基因组。利用红霉素抗性筛选出重组菌并进行PCR鉴定和DNA序列分析,通过Western Blot,鉴定重组菌芽孢表面RBD蛋白的表达情况。将表达RBD的重组芽孢以口服方式免疫小鼠,通过ELISA和流式细胞术检测重组芽孢的免疫原性并利用假病毒系统分析其免疫效果。
结果:本研究选择的各优势表位区在人SARS病毒中非常保守,SMN蛋白的抗原性和柔性预测结果良好。在原核表达系统中成功表达出包涵体形式的SARS-CoV多表位融合蛋白SMN。纯化后的多表位融合蛋白SMN能有效结合SARS患者血清中的病毒特异性IgG抗体,并且能有效区分SARS患者和非SARS的发热病人。利用原核表达系统制备的重组RBD蛋白,能够诱导小鼠产生较高滴度的中和抗体、抗原特异性Th1型免疫应答和CTL应答。利用枯草杆菌芽孢呈递技术制备出表达SARS冠状病毒S蛋白受体结合区(RBD)的重组芽孢,重组芽孢免疫后的小鼠血清RBD抗原特异性IgG抗体滴度在末次免疫后两周可达1∶10880,重组芽孢初免后18周的小鼠脾细胞中IL-4+CD4+、IFN-γ+CD4+和IFN-γ+CD8+T细胞比例明显上调,表明重组芽孢经口服免疫可诱导良好的体液免疫应答和细胞免疫应答。
结论:在大肠杆菌中成功获得了多表位融合蛋白SMN和重组RBD蛋白,以SMN为基础的ELISA方法可有效应用于SARS感染诊断,以RBD为基础的重组亚单位疫苗具有良好的免疫原性。利用枯草杆菌芽孢呈递技术,探索和发展出一种新的以RBD为基础的芽孢呈递型SARS疫苗,该疫苗能够诱导产生良好的体液免疫和细胞免疫应答。