钙依赖性蛋白激酶CDPK3和CDPK5作为隐孢子虫病潜在药物靶标的研究

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隐孢子虫(Cryptosporidium spp.)及毕氏肠微孢子虫(Enterocytozoon bieneusi)是两种新发传染病病原,导致人和动物腹泻、体重减轻和生长迟缓,对人类健康以及畜牧业带来严重危害。在隐孢子虫中,微小隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)可以感染多种动物,具有较为广泛的宿主范围,因此具有人兽共患意义。目前,隐孢子虫病仍然缺乏有效的治疗药物,药物筛选工作亟待开展。钙依赖性蛋白激酶(calcium-dependentprotein kinase,CDPKs)广泛存在于包括隐孢子虫在内的顶复门原虫中,但尚未在人和动物中发现,因此被认为是潜在的药物靶标。目前,针对于隐孢子虫CDPKs(CpCDPKs)功能的研究多集中于对CpCDPK1的研究与抑制剂设计,而对于CpCDPK家族其它蛋白的研究仍非常匮乏。本研究中,原核表达了隐孢子虫的钙依赖性蛋白激酶家族的两个成员,CpCDPK3及CpCDPK5,并对二者进行了初步功能探究,对相应的抑制剂进行了筛选,评估了二者作为药物靶标的可行性。通过大肠杆菌克隆并原核表达了重组CpCDPK3蛋白,初步测定了其酶活性,并制备得到了多克隆抗体,该抗体只可以识别CpCDPK3,并且无法识别与其结构相似的CpCDPK1,因此具有较强的特异性。编码CpCDPK3蛋白的基因在体外侵染HCT-8细胞后,初期维持低表达,表达量于侵染后12 h达到峰值,而后下降,并于48 h再次升高。蛋白定位实验表明,CpCDPK3蛋白分布于整个子孢子和裂殖子,但在卵囊时期没有分布。同时,针对CpCDPK3的多克隆抗体对寄生虫的宿主入侵过程没有显著抑制作用。在可与CpCDPK3分子对接的50个候选化合物中,筛选到一种化合物对C.parvum的发育具有显著抑制作用,抑制率可达91.0%,同时该化合物能够抑制CpCDPK3酶活性,因此被认为是CpCDPK3的有效抑制剂。结果表明,CpCDPK3可能在C.parvum的细胞内发育时期中起重要作用,并且可以作为隐孢子虫病的潜在药物靶标。此外,还通过大肠杆菌克隆并原核表达了重组CpCDPK5蛋白。在侵染细胞后,编码CpCDPK5蛋白的基因的起初维持较低量的表达,至侵染12h后表达量突然升高至顶点,而后再次下降,在侵染后48 h时再次升高至顶点。蛋白定位实验表明,CpCDPK5蛋白在卵囊时期表达量较低,在子孢子中定位于中后端,而在裂殖子表面呈点状分布。而在测定抗体对隐孢子虫体外侵染效率影响的评估试验中,抗CpCDPK5的多克隆抗体仅在稀释度为1:100时,对隐孢子虫的侵入过程有抑制作用,然而抑制率仅为14.9%。在可与CpCDPK5分子对接的50个候选化合物中,筛选到两种化合物对C.parvum具有一定的抑制作用,然而本研究中重组CpCDPK5不具有酶活性,因而无法准确验证抑制剂作用的靶标是否是该蛋白。酶活性的丢失可能是由于不正确的蛋白折叠过程破坏了正确的构象,导致其不能产生活性。结果表明,CpCDPK5可能参与C.parvum的发育过程,是否是药物靶标还需要进一步验证。目前,世界上对于隐孢子虫分布的研究主要集中于肉牛和奶牛,而对于牦牛的研究较少。牦牛作为我国青藏高原地区的主要家畜,与当地野生动植物共享牧场及水源,具有潜在的公共卫生意义。为进一步了解牦牛中的隐孢子虫与毕氏肠微孢子虫的分布,探究其人兽共患可能性,本研究采集了881份来自于我国青海省的牦牛样本,针对样品的核糖体小亚基rRNA(SSU rRNA)和内转录间隔区(ITS),进行PCR扩增并结合测序,对其中的隐孢子虫和毕氏肠微孢子虫进行了虫种和基因型鉴定。我国青海牦牛中的隐孢子虫总阳性率为31.1%(274/881),其中共鉴定出6个隐孢子虫虫种。我国青海牦牛中的毕氏肠微孢子虫阳性率为7.2%(63/881),其中共发现10种毕氏肠微孢子虫基因型。在牦牛体内发现的C.bovis和C.andersoni以及毕氏肠微孢子虫基因型BEB4、BEB6和J都曾被报道在人体内发现,表明牦牛可能是人类感染隐孢子虫和毕氏肠微孢子虫的潜在传染源,需要加以一定的防控。综上,本研究为隐孢子虫病的治疗提供了潜在药物靶标,有助于抗隐孢子虫病新药的研发。同时,有助于对两种病原在牦牛中分布特点的了解,为预防两种病原在人畜间传播提供理论依据。
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