猪圆环病毒2型致病机理和重组腺病毒介导shRNA抑制PCV2在体内外复制的研究

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猪圆环病毒2型(PCV2)为圆环病毒科成员之一,在全球各地已广泛流行,可引起多种临床疾病,包括是引起断奶仔猪多系统衰竭综合征(PMWS),猪皮炎和肾病综合征,已给世界养猪业造成巨大经济损失。该病毒与其它细菌或病毒(如猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒)发生混合感染,则能引起更严重的疾病。其致病机理研究尚不十分清楚,在我国也尚无有效控制措施。本研究从我国不同地方PCV2流行毒株的分子遗传特性、PCV2与PRRSV共感染对猪肺泡巨噬细胞的免疫功能两方面探讨其致病机理,并利用腺病毒介导shRNA技术探讨该病防治的新策略,为我国有效防治该病奠定基础。1.中国PCV2流行毒株遗传特性研究。我们收集了2002-2004年全国9个省市具有PMWS临床症状的仔猪病料,分别通过病理学观察、病毒分离,并对不同来源和时间的毒株进行全基因测序及序列分析。结果为,11株PCV2的全序列核苷酸同源性为95.1-99.7%,与GenBank中来源于不同地区、不同时间和不同疾病的49株PCV2序列进行分析比较,全基因核苷酸同源性为93.5-99.70%,ORF2核苷酸同源性为89.9-99.9%。其中与来源于健康猪群的PCV2比较,全基因核苷酸同源性为94.3-99.7%,ORF2核苷酸同源性为89.3-99.7%;与来源于其它疾病(PDNS和流产)的PCV2全基因核苷酸同源性为94.5-99.6%,ORF2同源性为90.2-99.6%。;所有这60株PCV2的系统发生树由两个大分支构成;中国PCV2毒株在两个分支上均有分布。结果证实,PCV2感染及PMWS的发生在我国猪群中已相当普遍;中国PCV2序列与其它国家的毒株均有很近的亲缘关系,但其中大部分与欧洲的毒株同源性较高;中国各地的PCV2存在多种基因型,流行毒株分子遗传特性无时间和地域性差异。基因的差异与临床症状无明显联系。病毒致病特性与病毒分子遗传变异可能无直接相关性。2.PCV2与PRRSV混合感染对猪肺泡巨噬细胞免疫学功能的影响。我们首先成功建立了PCV2、PRRSV以及猪几种细胞因子(INFα,INFγ,TNFα,IL-8和IL-10)的实时定量PCR检测方法,然后制备猪肺泡巨噬细胞(PAM),再将PAM细胞分为6组,分别接种PRRSV和PCV2,即PCV2、PRRSV、PCV2+PRRSV(先接种PCV2,12h后接种PRRSV)、PRRSV+PCV2(先接种PRRSV,12h后接种PCV2)、PRRSV/PCV2(同时接种)和Mock组。接种后培养不同时间观察细胞病变和存活率,并用Real-time PCR和IFA方法检测PAM中PRRSV和PCV2的滴度、以及细胞因子INFα、INFγ、TNFα、IL-8和IL-10的mRNA水平。结果为:①PRRSV能在PAM中增殖,并产生CPE;PCV2在PAM中感染率较低,无CPE。②PRRSV对PCV2增殖没有明显影响,而PCV2先于或同时与PRRSV感染对PRRSV的复制具有抑制作用,但PCV2后于PPRSV感染,可促进PRRSV增殖。③PCV2单独感染PAM后能促进INF-α和INF-γ的大量表达;PRRSV单独感染PAM初期,INF-γ表达量增加,INF-α表达量减少,感染后期INF-α的表达量才有所上升。PCV2与PRRSV混合感染初期则使INF-α和INF-γ表达减少,感染48h后,INF-α的表达量迅速上升,并维持在较高的水平,INF-γ虽然有所上升,但始终维持在较低的水平。④PCV2单独感染对TNF-α的表达量影响不大;而PRRSV感染后,TNF-α表达量持续增加,尤其是与PCV2混合感染后,TNF-α的表达量明显增加。⑤PCV2与PRRSV单独感染后均可以刺激IL-8和IL-10大量表达,感染初期IL-8的表达量高,随后下降,但IL-10的表达量一直维持在很高的水平。PRRSV+PCV2组与PCV2/PRRSV组IL-8和IL-10的平均表达量均明显增加。上述结果表明,PRRSV与PCV2体外共感染对PCV2的增殖没有明显影响,PRRSV感染后如果再感染PCV2,可以明显促进PRRSV病毒增殖,抑制体液免疫和细胞免疫,同时,两种病毒共同刺激了TNF-α、IL-8和IL-10的大量表达,抑制了抗病毒因子INF-γ的表达,从而加重了病理学免疫应答,促进了病理损伤。3.腺病毒介导shRNA在体内外抑制PCV2复制机理研究。(1)靶向PCV2 ORF1和ORF2 shRNA重组腺病毒的构建。首先,我们设计合成分别针对PCV2 ORF1与ORF2基因的发夹小RNA片段(shRNA)S1与S2,分别体外退火形成双链,克隆入pSUPER载体中的H1启动子后的克隆位点,再将H1启动子连同小RNA片段切下后插入重组腺病毒穿梭质粒(pAdTrack-CMV)的多克隆位点,与骨架质粒pAdEasy-1在大肠杆菌BJ5183内进行同源重组,获得的重组腺病毒质粒pAdS1与pAdS2经转染293A细胞生成表达针对PCV2 ORF1与ORF2的shRNA的重组腺病毒,分别命名为:rAdS1与rAdS2。我们用相同的方法将pSUPER载体中的H1启动子插入腺病毒表达载体,构建成功了对照重组腺病毒,rAdH1。(2)重组腺病毒介导的shRNA抑制PCV2在PK15细胞中复制的研究。将rAdS1、rAdS2和对照病毒rAdH1接种PK-15细胞,24h后再接种PCV2病毒,继续培养48h后,用间接免疫荧光试验检测PCV2,结果为,rAdS1和rAdS2均能有效地抑制PCV2病毒的增殖,其中rAdS2抑制效率更强,达96%。分别通过半定量PCR,实时定量PCR和Western blot方法检测上述试验中PCV2的mRNA、DNA和蛋白表达,结果表明,PCV2感染后48h,重组腺病毒rAdS1与rAdS2对PCV2在PK15细胞上的复制有明显的抑制作用,并至少持续120h,且这种抑制作用有重组腺病毒感染剂量依赖性,当表达shRNA重组腺病毒的接种剂量增加至1000个MOI时,rAdS1与rAdS2对PCV2的抑制效率分别升至78%和96%;将这两种重组腺病毒共同感染PK15细胞,发现对病毒复制的抑制作用具有相加性;而且用重组腺病毒接种已经感染PCV2的PK15细胞,病毒的复制也得到部分抑制,其中rAdS1与rAdS2对PCV2的DNA水平的抑制效率分别为48.8%和78.9%。(3)重组腺病毒介导的shRNA抑制PCV2在小鼠体内复制的研究。将重组病毒以108efu/只的剂量通过滴鼻与腹腔注射的方式接种BALB/c小鼠,24h后每只小鼠通过同样的接种方式感染104TCID50 PCV2。感染后观察小鼠的临床症状,并在第7、14,21和28天每组分别宰杀5只小鼠,观察肉眼病变,并通过实时定量PCR方法检测小鼠脾脏及血液中PCV2的病毒含量。结果显示,各组小鼠均未表现出明显的临床症状和肉眼病变。在阳性对照组(PCV2单感染组),小鼠感染PCV2后7-21天,脾脏内PCV2病毒的滴度逐渐增加。在试验组,重组腺病毒rAdS1和rAdS2在感染后前1-2周对小鼠脾脏中PCV2病毒均有轻微的抑制作用,到第3、4周这种抑制作用明显增强,对PCV2病毒的抑制效率可达91.4%-96.8%。结果表明,靶向PCV2基因组不同区域的shRNA可以作为控制该病毒传播的候选策略。
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