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研究背景和目的:
丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)是慢性肝炎的主要致病因子之一,目前全世界约有一亿七千万人受到感染,约占全球人口的3%。HCV的感染很容易持续存在,引起肝脏慢性炎症,进而导致肝脏纤维化、肝硬化及肝癌等严重后果。肝纤维化是各种慢性肝病向肝硬化发展的共同病理过程,是影响慢性肝病预后的重要环节。肝纤维化是纤维增生和纤维分解失衡的结果,其做为一动态过程,属可逆性病变。肝纤维化的特征是以胶原为主的细胞外基质(ECM)各成份因合成增多、降解相对不足而在肝内过量沉积。
目前共识,肝星状细胞(Hepatic stellate cell,HSC)的激活是肝纤维化发生、发展的中心环节。在各种致病因素作用下,静止期HSC被激活并增殖、转化为肌成纤维细胞(myofibroblasts,MFB),它可产生大量的ECM,包括:Ⅰ~Ⅳ型胶原、透明质酸、结缔组织生长因子、纤维连接蛋白等。目前认为Ⅳ型胶原、Ⅲ型前胶原肽、层粘连蛋白及透明质酸是最具代表性的肝纤维化血清学指标。而转化生长因子-β1(TGF-β1)是迄今所知道的最强的促HSC活化的细胞因子,在肝纤维化中起着核心作用。
核心区基因是HCV基因组中最为保守的结构区域,有证据表明它编码的C蛋白是一种多功能蛋白质,能参与病毒复制、脂质代谢紊乱、丙型肝炎的慢性化、肝纤维化和肝癌的发生发展以及抑制免疫反应、影响干扰素的治疗效果。我们推测HCV核心蛋白可能参与了ECM的合成与降解的调控,从而影响着肝纤维化的发生、发展。
本实验的目的是扩增HCV C基因的全序列,构建能够稳定表达核心蛋白的细胞株,采用体外培养的肝星状细胞作为研究的靶细胞,来研究核心蛋白对HSC活化及合成ECM的影响,以期了解HCV核心蛋白的致肝纤维化机制,为研究HCV的致病作用奠定基础。
研究内容和方法:
提取HCV阳性病人血清中的病毒总RNA,用AMV RTase XL逆转录获得cDNA,根据GenBank数据库中HCV1b和2a型全序列,设计一对能扩增5末端约1100bp片段的引物,PCR产物连接入pGEM-T Easy载体,蓝白筛选得到阳性克隆,委托公司测序。测序结果利用DNAstar软件及GenBank资源进行序列分析、比对。进而以质粒pGEM-T Easy-HCV1100为模板特异性扩增HCV C基因全序列,构建真核表达载体pEGFP-C3-HCV-C转染人肝癌细胞系HepG2细胞,筛选获得稳定表达核心蛋白的HepG2-HCV-C细胞株。并用SDS-PAGE和WesternBlot鉴定C蛋白的表达和抗原特异性。用1640培养基作阴性对照,ELISA法检测HepG2-HCV-C和HepG2细胞株培养液中TGF-β1的表达。另外用这两株细胞的上清液来培养人肝星状细胞系LX-2细胞,同时用DMEM培养LX-2细胞作对照,分别制备细胞爬片,用免疫细胞化学染色法分别检测LX-2细胞中人α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、Ⅳ型胶原(ColⅣ)、结缔组织生长因子(CTGF)和纤维连接蛋白(FN)的表达情况。同时ELISA法分析上述三种方式培养的LX-2细胞其上清液中人Ⅳ型胶原(ColⅣ)、Ⅲ型前胶原肽(PⅢ NP)、透明质酸(HA)和人层粘连蛋白(LN)分泌表达的情况。所有数据采用SPSS11.0统计软件进行统计分析。
结果:
本实验从HCV阳性病人的血清标本中扩增出了完整的HCV C基因的编码序列,经同源性分析,与国内HCV1b型分离株的核苷酸及氨基酸的同源性均为95%以上。成功构建HCV C基因全序列的真核表达载体pEGFP-C3-HCV-C,转染人肝癌细胞系HepG2细胞,经SDS-PAGE和Western Blot鉴定获得稳定表达核心蛋白的HepG2-HCV-C细胞株。
ELISA检测结果显示,HepG2-HCV-C细胞1~6天培养液中TGF-β1的量(pg/ml)(110.00±28.45,290.00±61.16,455.00±28.46,871.67±41.35,939.16±49.85,935.00±53.06)显著高于HepG2细胞(0,12.50±38.78,35.83±29.35,76.67±15.63,122.5±32.89,124.16±29.35),F=21984.81,p<0.001。两株细胞间同一时间点的两两比较均显示P<0.01,提示HCV C蛋白表达的肝癌细胞系分泌TGF-β1的量明显增加。
免疫细胞化学染色结果显示用HepG2-HCV-C细胞株上清液培养的LX-2细胞人α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、Ⅳ型胶原(ColⅣ)、结缔组织生长因子(CTGF)、纤维连接蛋白(FN)四种因子均为弥漫阳性,细胞染成深褐色;用HepG2培养的LX-2细胞呈局灶性棕黄色,DMEM培养的LX-2细胞染色阴性。
另外经分析,LX-2(HepG2-HCV-C)组ColⅣ的值明显高于LX-2(HepG2)组(F=3977.80,p<0.001)和LX-2(DMEM)组(F=1305.29,p<0.01);HA的值明显高于LX-2(HepG2)组(F=13365.12,p<0.001)和LX-2(DMEM)组(F=2604.61,p<0.001);LN的值明显高于LX-2(HepG2)组(F=880.92,p=0.001)和LX-2(DMEM)组(F=8573.96,p<0.001)。同样,LX-2(HepG2-HCV-C)组PⅢ NP的值与LX-2(HepG2)组比较有差异(F=23.67,p=0.04),与LX-2(DMEM)组相比也有显著增高(F=88.63,p=0.011)。提示核心蛋白对HSC活化及ECM合成存在一定影响。
结论:
1.利用PCR技术扩增了HCVC基因的全序列,经同源性分析,与1b型分离株的核苷酸及氨基酸的同源性均为95%以上。
2.利用基因工程技术成功构建了HCV C基因全序列的真核表达载体,体外转染获得稳定表达核心蛋白的HepG2-HCV-C细胞株。为进一步研究HCV核心蛋白的功能奠定了物质基础。
3.ELISA分析显示,HCV核心蛋白表达的细胞系中有TGF-β1的合成和分泌增加。提示HCV C蛋白可能上调TGF-β1的表达。
4.ELISA和免疫细胞化学染色分析显示,HCV核心蛋白表达的细胞系能促进LX-2细胞多种细胞外基质的合成,提示HCV C蛋白可能通过活化肝星状细胞,参与肝纤维化形成中ECM合成与降解的调控。为进一步研究HCV C蛋白的致肝纤维化机制和HCV的致病机理积累了资料。