畜牧兽医学报  2021, Vol. 52 Issue (1): 154-165. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2021.016    PDF    
共表达牛病毒性腹泻病毒E0基因和牛传染性鼻气管炎病毒gD基因的重组质粒DNA构建及其对小鼠的免疫效应
马小静, 李梦莹, 张淮瑜, 宋阿北, 许立华, 吴心华, 张巧娥, 李继东     
宁夏大学 农学院, 银川 750021
摘要:本研究计划构建能同时表达牛病毒性腹泻病毒(BVDV)和牛传染性鼻气管炎病毒(IBRV)优势抗原基因的重组质粒并研究其免疫效果,旨在为BVD-IBR二联核酸疫苗的研制提供参考。采用PCR扩增目的基因E0及gD并将其依次连接至真核表达载体pVAX1-IRES中,构建pVAX1-E0-IRES-gD重组真核表达载体;将pVAX1-E0-IRES-gD转染至293T细胞中,间接免疫荧光法检测目的基因在细胞中的表达情况;将pVAX1-E0-IRES-gD以不同剂量采用肌内注射的方式接种小鼠,通过抗体水平和细胞因子检测以及脾淋巴细胞增殖试验对该重组质粒的免疫效果进行评价。结果表明,成功构建pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒,目的基因在293T细胞内成功表达。在抗体和细胞因子水平以及脾淋巴细胞增殖能力这3个指标,重组质粒组均极显著高于空载体和阴性对照组,高剂量免疫组优于中、低剂量组;另外,高剂量重组质粒免疫组与二联灭活疫苗组相比无显著性差异。结果显示,成功构建了共表达BVDV E0和IBRV gD基因的重组质粒,体外表达检测证明目的蛋白具有良好的反应原性,动物免疫试验证明其能刺激机体产生良好免疫应答。
关键词牛病毒性腹泻病毒    E0    牛传染性鼻气管炎病毒    gD    重组质粒    共表达    免疫效果    
Construction of a Recombinant Plasmid Co-expressing Bovine Viral Diarrhea Virus E0 Gene and Infectious Bovine Rhinotracheitis Virus gD Gene and Consider Its Immune Effect on Mice
MA Xiaojing, LI Mengying, ZHANG Huaiyu, SONG Abei, XU Lihua, WU Xinhua, ZHANG Qiaoe, LI Jidong     
School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China
Abstract: This study aimed to construct a recombinant plasmid that can simultaneously express the dominant antigen genes of bovine viral diarrhea virus (BVDV) and infectious bovine rhinotracheitis virus (IBRV), and study its immune effect, so as to provide reliable data and theoretical support for the development of BVD-IBR bivalent DNA vaccine. In our experiment, PCR was used to amplify the target genes, E0 and gD, which were sequentially connected to the eukaryotic expression vector pVAX1-IRES to construct the pVAX1-E0-IRES-gD recombinant eukaryotic expression vector. The recombinant plasmid pVAX1-E0-IRES-gD was transfected into 293T cells and the expression of the target genes in foreign cells were detected by indirect immunofluorescence assay. Following, immunization test with the pVAX1-E0-IRES-gD, pVAX1-IRES and BVD-IBR combined inactivated vaccine was inoculated with SPF mice at different doses by intramuscular injection, subsequently, immune effects have been evaluated through antibody level and cytokine detection and splenic lymphocyte proliferation assay. The results showed that the pVAX1-E0-IRES-gD recombinant plasmid was successfully constructed and both antigen genes obtained a high level of expression in 293T cells. In terms of antibody and cytokine levels and the proliferation of spleen lymphocytes, the recombinant plasmid group was significantly higher than that of the empty vector and the negative control group, and the differences were extremely significant, the high-dose immunization group was better than the medium and low dose groups. Also, the high-dose recombinant plasmid immunization group was not significantly different from the BVD-IBR inactivated vaccine group. The results showed that the co-expression recombinant plasmid which contains the BVDV E0 gene and IBRV gD gene was constructed successfully. The expression test in vitro proved that the target protein has good reactionogenicity, and animal immunity tests proved that it can stimulate the body to produce a good immune response.
Key words: bovine viral diarrhea virus    E0    infectious bovine rhinotracheities virus    gD    recombinant plasmid    co-expression    immune effect    

牛病毒性腹泻(bovine viral diarrhea,BVD)和牛传染性鼻气管炎(infectious bovine rhinotracheities,IBR)是危害牛等反刍动物的两类重要疫病,病原分别为牛病毒性腹泻病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)和牛传染性鼻气管炎病毒(infectious bovine rhinotracheities virus,IBRV)。BVDV和IBRV常混合感染牛群,引起多种临床症状,对奶牛及肉牛养殖业造成了很大危害[1-3]。目前临床尚无有效治疗药物,国内早期通常采用接种猪瘟兔化弱毒疫苗来预防BVD的发生[4]。2016年,商品化的BVD疫苗出现,为BVD-IBR二联灭活苗,这也填补了国内IBR疫苗的空白[5]。传统疫苗的出现有效地降低了BVD和IBR的发病率和防治成本,但同时也带来一些无法避免的问题。灭活疫苗的优点在于安全性较高[6],但他们通常诱导较弱的中和抗体反应和较短的保护期[7]。相较于灭活苗,弱毒疫苗虽然能产生较强的免疫力且免疫保护周期较长[8],但其存在较大的安全隐患,可能会引起流产、胎儿感染等不良反应[9]。为了探究更具前瞻性的防治措施,具有免疫反应持续时间长、安全性高、容易改造、储存运输方便等优点的核酸疫苗[10-12]成为了当下的研究热点。虽然也有学者担心重组质粒有可能整合到宿主基因组,但迄今为止还没有试验数据来证实这种危险性[13]

目前,国内外已经发表了较多针对BVD或IBR的核酸疫苗的研究,普遍利用其优势抗原基因作为核酸疫苗的靶基因且得到了较好的研究成果。国内石明[14]对作为核酸疫苗靶基因的BVDV囊膜蛋白E0和E2的疫苗免疫效果进行了综合评价,结果显示可分别诱导较好的体液免疫和细胞免疫。国外Deshpande等[15]发现利用携带IBRV gD基因的质粒表达gD蛋白,能诱导小鼠产生抵抗IBRV的细胞毒性T细胞,为机体提供保护力;除gD外,以gCgE为靶基因的核酸疫苗也得到研究,国内张帆等[16-17]先后构建IBRV gC、IBRV gE真核表达载体,并对其反应原性进行了研究。但是,对能够同时防制BVD和IBR的二联核酸疫苗的研究却未见报道。因此,本试验计划扩增BVDV E0和IBRV gD目的基因,将两者插入pVAX1-IRES中,构建pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒,转染293T细胞,利用间接免疫荧光试验检测E0和gD在293T细胞中的表达情况。此外,将pVAX1-E0-IRES-gD肌内注射免疫小鼠,研究其免疫效应。通过上述试验过程及结果,为BVD-IBR二联核酸疫苗的研究提供参考。

1 材料与方法 1.1 毒株、质粒、细胞和实验动物

BVDV NADL病毒株、IBRV HVRI-002病毒株购自中国兽医微生物菌种保藏管理中心;pVAX1质粒、MDBK细胞、BVDV和IBRV牛源阳性血清均由宁夏大学农学院预防兽医学实验室保存;大肠杆菌DH5α购自索莱宝生物科技有限公司;293T细胞株由宁夏大学农学院动物遗传育种实验室馈赠;18~22日龄SPF级小鼠,购自宁夏医科大学实验动物中心;BVD-IBR二联灭活苗(商品名:哞乐优)购自金宇保灵有限公司。

1.2 主要试剂及试剂盒

PBST、BSA、TMB显色液、PEG6000(索莱宝);限制性内切酶(NEB);PrimeSTAR HS DNA聚合酶、rTaq DNA聚合酶、DNA T4连接酶(TaKaRa);兔抗牛IgG-FITC荧光二抗、HRP标记的兔抗鼠IgG(Abcam);病毒基因组DNA/RNA提取试剂盒、DNA纯化回收试剂盒、快速质粒小提试剂盒、无内毒素质粒大提试剂盒(Tigen);Lipofectamine 3000转染试剂盒(Thermo Fisher);小鼠γ干扰素(IFN-γ)酶联免疫吸附测定试剂盒、小鼠白细胞介素4(IL-4)酶联免疫吸附测定试剂盒(Elabscience)。

1.3 引物的设计与合成

根据GenBank中的参考序列,利用Prime premier设计用于扩增BVDV E0、IBRV gD基因和IRES元件的引物(表 1)。在扩增BVDV E0基因和IBRV gD基因的5′端均引入了Kozak序列,这段序列的加入有助于后期重组质粒的表达等试验顺利进行。E0基因预期扩增大小为706 bp,包括684 bp的基因编码区和酶切位点及Kozak序列;gD基因预期扩增大小为1 275 bp,包括1 254 bp的基因编码区和酶切位点及Kozak序列。引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

表 1 试验所用引物序列 Table 1 Primers sequences
1.4 目的基因的克隆

取出-80 ℃保存的BVDV和IBRV细胞培养物,反复冻融3次,利用DNA/RNA提取试剂盒提取病毒基因组。以获得的IBRV DNA溶液为模板,对gD基因进行扩增,PCR反应体系:5× PrimeSTAR Buffer (Mg2+ Plus) 10 μL,dNTP Mixture 4 μL,上下游引物各0.2 μL,基因组1.5 μL,ddH2O 34.1 μL。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;98 ℃变性10 s;55 ℃退火15 s;72 ℃延伸2 min;35个循环;72 ℃延伸10 min。以获得的BVDV RNA溶液为模板,按反转录试剂盒操作步骤合成cDNA。对E0基因进行扩增,PCR反应体系:10×Buffer (Mg2+ Plus) 5 μL,dNTP 4 μL,rTaq酶0.5 μL,上下游引物各0.5 μL,cDNA 3 μL,RNase free水36.5 μL。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,60 ℃退火50 s,72 ℃延伸50 s,35个循环;72 ℃延伸10 min。PCR反应后进行2%琼脂糖凝胶电泳,100 V 30 min,用凝胶成像仪观察结果并拍照。利用DNA凝胶回收试剂盒回收纯化目的基因E0和gD

1.5 真核表达载体的构建

1.5.1 pVAX1-IRES载体的构建与鉴定   将本实验室保存的pIRES-AcGFP1质粒作为模板,扩增IRES序列。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;98 ℃变性10 s;60 ℃退火15 s;72 ℃延伸1 min;35个循环;72 ℃延伸10 min。PCR反应体系:5× PrimeSTAR Buffer (Mg2+ Plus) 10 μL,dNTP Mixture 4 μL,上下游引物各0.2 μL,pIRES-AcGFP1质粒1 μL,ddH2O 34.6 μL,合计50 μL。PCR反应后进行2%琼脂糖凝胶电泳,110 V 30 min,用凝胶成像仪观察结果并拍照。利用DNA凝胶回收试剂盒回收纯化IRES片段,利用BamHⅠ和EcoRⅠ双酶切pVAX1和IRES后,进行连接与转化。产物经双酶切鉴定并送至上海生工生物工程公司测序。

1.5.2 pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒的构建与鉴定   用AfIⅡ、BamHⅠ同时双酶切pVAX1-IRES和E0基因后,进行连接和转化。产物经双酶切鉴定,鉴定阳性者送往上海生工生物工程公司测序,得到重组质粒pVAX1-E0-IRES。将pVAX1-E0-IRES和gD基因均使用EcoRⅠ和PstⅠ双酶切后,进行连接和转化。产物经双酶切鉴定,鉴定阳性者送往上海生工生物工程公司测序,得到重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD。

1.6 间接免疫荧光法检测目的基因的表达

依照天根无内毒素质粒大提试剂盒操作步骤提取空载体pVAX1-IRES和重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD,调整两者质量浓度为1.0 μg·μL-1。复苏293T细胞并将其接种至六孔板中培养至细胞贴壁75%~85%。将构建好的重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD和空载体pVAX1-IRES按照Lipofectamine 3000试剂说明书分别转染293T细胞,另设空白对照。转染48 h后,利用一抗(BVDV、IBRV阳性血清)和二抗(兔抗牛IgG-FITC)进行间接免疫荧光试验(IFA),检测E0和gD基因在293T细胞中的转录和表达情况。

1.7 小鼠免疫试验

1.7.1 动物免疫试验设计   将108只SPF级小鼠分为6个试验组,Ⅰ~Ⅲ组为重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD注射组,质粒注射量分别为50、100和200 μg·只-1;Ⅳ组为空载体pVAX1-IRES注射组(100 μg·只-1);Ⅴ组为PBS对照组(0.2 mL);Ⅵ组为BVD-IBR灭活苗注射组(0.2 mL)。免疫方式均为小鼠腿部肌内注射,初次免疫2周后加强免疫1次。各组小鼠分别于首免前0 d,首免后7、14、21、28、42 d进行颌下静脉采血,收集血清保存于-20 ℃备用;在0、14、28、42 d 4个时间点每组随机选取2只小鼠,颈椎脱臼法处死后无菌采取脾,用于随后的脾淋巴细胞增殖试验。所有动物试验均严格按照国家研究委员会实验动物护理和使用指南的要求进行,并已提交宁夏大学实验动物伦理与福利委员会批准(批准号:NXU-ACAU-2019-010)。

1.7.2 免疫小鼠血清中gD和E0抗体水平检测   采用ELISA方法分别检测两次免疫后的小鼠血清中gD和E0特异性抗体水平的变化。对BVDV和IBRV进行增殖,将病毒培养液反复冻融3次,利用PEG6000进行病毒的纯化。将纯化好的病毒按照1:100的比例包被酶标板,4 ℃过夜。PBST洗板3次,用含1% BSA的PBST作为封闭液,37 ℃作用2 h,洗去封闭液。加入1:200倍稀释的待检血清,37 ℃作用1 h后洗板5次。加入HRP标记的兔抗鼠IgG酶标二抗(1:8 000),37 ℃作用1 h。最后依次加入TMB显色液和终止液(2 mol·L-1硫酸)。用酶标仪检测450 nm波长处各孔OD值。

1.7.3 免疫小鼠脾淋巴细胞增殖试验   采用噻唑蓝比色法(MTT)检测免疫小鼠脾淋巴细胞增殖情况。无菌采取小鼠脾进行淋巴细胞分离并制备脾淋巴细胞悬液,用1640完全培养液调整悬液中细胞数至1×106个·mL-1。按每孔100 μL依次加入96孔板中,每个样品做3个重复。加入终质量浓度为10 μg·mL-1的ConA溶液,轻轻混匀后置于37 ℃ 5% CO2培养箱中培养48 h。在结束培养前4 h取出细胞培养板,轻轻吸出上清液后加入5 mg·mL-1的MTT溶液10 μL·孔-1,继续培养4 h后每孔加入100 μL DMSO以终止反应。震荡15 min后测定各孔OD490 nm值。

1.7.4 免疫小鼠血清中细胞因子IFN-γ和IL-4检测   参照小鼠IFN-γ酶联免疫吸附测定试剂盒和小鼠IL-4酶联免疫吸附测定试剂盒说明书,检测小鼠首免后42 d采集的血清中细胞因子IFN-γ和IL-4的含量。

1.7.5 免疫小鼠血清中的中和抗体检测   依照微量血清中和试验(固定病毒-稀释血清法)对免疫小鼠血清中的中和抗体水平进行检测。将首免后42 d的小鼠血清60 ℃灭活30 min,自1:2开始进行2倍稀释。稀释好的血清分别与200 TCID50的BVDV NADL病毒株、IBRV HVRI-002病毒株等体积混合于96孔细胞培养板,置于37 ℃温箱中孵育1 h,每孔加入定量MDBK细胞悬液。同时设病毒回归试验作为参考。37 ℃、5% CO2培养箱中培养48~72 h,逐日观察细胞病变情况。采用Reed-Muench两氏法计算被检血清的中和抗体效价。

1.7.6 数据处理   使用EXCEL软件对数据进行整理;利用SPSS 20.0对各组内数据进行单因素方差分析;采用GraphPad Prism 8.0作图。

2 结果 2.1 目的基因的扩增

以提取的BVDV cDNA溶液和IBRV DNA溶液为模板分别扩增E0和gD基因。取PCR产物各0.5 μL,进行2%的琼脂糖凝胶电泳(图 1)。电泳图显示E0片段约为706 bp,gD片段约为1 275 bp,与预期大小相符。

M. DNA相对分子质量标准(2000);1. BVDV阴性对照;2. BVDV NADL株;3. IBRV HVRI-002株;4. IBRV阴性对照 M. DNA marker (2000); 1. BVDV negative control; 2. BVDV NADL strain; 3. IBRV HVRI-002 strain; 4. IBRV negative control 图 1 BVDV E0基因(A)、IBRV gD基因(B)的PCR扩增 Fig. 1 PCR amplification of BVDV E0 (A), IBRV gD (B)
2.2 重组质粒的鉴定

对构建好的重组质粒进行双酶切鉴定(图 2),双酶切鉴定阳性者送上海生工测序。结果显示,pVAX1-E0-IRES重组质粒中包含E0基因编码区684 bp,AfIⅡ和BamHⅠ酶切位点及Kozak序列均得到正确引入,说明E0序列正确插入pVAX1-IRES中IRES序列的上游区域;pVAX1-E0-IRES-gD中包含gD基因编码区1 254 bp,EcoRⅠ和PstⅠ酶切位点和Kozak序列均得到正确引入,说明gD序列正确插入pVAX1-E0-IRES中IRES片段的下游区域,成功构建pVAX1-E0-IRES-gD真核表达载体。

M. DNA相对分子质量标准(8000);A图中1、2、3分别为BamHⅠ和EcoRⅠ双酶切pVAX1-IRES、pVAX1、IRES的PCR产物;B图中1、2、3分别为AfIⅡ和BamHⅠ双酶切pVAX1-E0-IRES、pVAX1-IRES、E0的PCR产物;C图中1、2、3分别为EcoRⅠ和PstⅠ双酶切pVAX1-E0-IRES-gD、pVAX1-E0-IRES、gD的PCR产物 M. DNA marker (2000); in Fig.A, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-IRES, pVAX1, IRES by BamHⅠand EcoRⅠ, respectively; in Fig.B, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-E0-IRES, pVAX1-IRES, E0 by AfIⅡand BamHⅠ, respectively; in Fig.C, 1, 2, 3 represent enzyme digestion of pVAX1-E0-IRES-gD, pVAX1-E0-IRES, gD by EcoRⅠand PstⅠ, respectively 图 2 重组质粒的双酶切鉴定 Fig. 2 Enzyme digestion and identification of recombinant plasmid
2.3 重组质粒在293T细胞中的表达情况

间接免疫荧光结果见图 3。质粒转染48 h后进行间接免疫荧光试验,在倒置显微镜下观察免疫荧光产生情况。结果显示,分别使用IBRV阳性血清和BVDV阳性血清作为一抗,使用兔抗牛IgG-FITC作为二抗,转染pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒的细胞中有绿色荧光产生;而pVAX1-IRES空载体组和正常细胞组未见绿色荧光。

A、C、E、G分别为pVAX1-E0-IRES-gD转染组(一抗BVDV阳性血清)、pVAX1-E0-IRES-gD转染组(一抗IBRV阳性血清)、pVAX1-IRES空载体转染组、正常细胞对照组在荧光激发下的状态;B、D、F、H分别为A、C、E、G各组细胞未被荧光激发的状态 A, C, E, G are cells transfected by pVAX1-E0-IRES-gD(Primary antibody added with BVDV positive serum), cells transfected by pVAX1-E0-IRES-gD(Primary antibody added with IBRV positive serum), cells transfected by no-carrier of pVAX1-IRES vector, the normal MDBK cells under fluorescence; B, D, F, H are negative control for A, C, E, G 图 3 重组质粒在293T细胞中的表达情况 Fig. 3 Expression of recombinant plasmid in 293T cells
2.4 免疫小鼠血清中抗体产生情况

使用ELISA方法检测免疫小鼠血清中抗体产生情况,结果以各样品的OD450 nm值表示。试验结果显示,在首免后7 d,相较于空载体组及PBS对照组,不同剂量的pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒组抗E0和gD IgG抗体水平均有所增长,且200 μg免疫组极显著性增加(P < 0.01),提示高剂量免疫组能够迅速产生较高水平的抗体。自首免后14~42 d,高剂量免疫组抗E0和gD IgG抗体的增长水平持续极显著性高于其余两剂量组(P < 0.01),而中低两剂量组抗体水平无显著性差异(P>0.05)。此外,自首免后28 d至试验结束,BVD-IBR灭活疫苗免疫组的抗E0和gD IgG抗体水平和200 μg免疫组无显著性差异(P>0.05),且代表抗E0 IgG抗体水平的OD450 nm均值在试验最后1 d还略高于BVD-IBR灭活苗免疫组。

2.5 免疫小鼠脾淋巴细胞增殖试验

使用MTT法检测ConA刺激的小鼠脾淋巴细胞增殖情况。结果显示,自首免后14~42 d,相较于pVAX1-IRES空载体对照组和PBS组,pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒组和BVD-IBR灭活苗免疫组的脾淋巴细胞增殖能力不断提高。其中,不同剂量的pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒组中以200 μg剂量脾淋巴细胞增殖能力最强,极显著高于其余两组(P < 0.01),100 μg剂量显著性高于50 μg剂量组(P < 0.01)。

2.6 免疫小鼠血清中细胞因子产生情况

采用ELISA方法检测首免后42 d小鼠血清中IFN-γ和IL-4的含量。分析所得试验数据发现(表 2),小鼠血清中细胞因子IFN-γ和IL-4含量均表现为200 μg剂量组最高,100 μg剂量组次之,50 μg剂量组最低,高剂量极显著高于其余两组(P < 0.01),中剂量组和低剂量组无显著性差异(P>0.05),且中高剂量组显著性高于空载体组和PBS组。高剂量组与BVD-IBR灭活苗免疫组无显著性差异(P>0.05)。将不同试验组的IFN-γ和IL-4含量单独比较发现,IL-4整体含量较高于IFN-γ。

表 2 各试验组小鼠血清内IFN-γ、IL-4检测情况 Table 2 The results of IFN-γ and IL-4 in each experimental mice serum
2.7 免疫小鼠血清中和抗体水平

本试验对IgG抗体水平较高时期的血清进行体外的病毒中和试验,试验结果见表 3。首免后42 d的小鼠血清中,除空载体组和PBS组外,其余各试验组均检测到中和抗体。随着真核表达质粒免疫剂量的增加,被检血清中和抗体效价也呈现出增高的趋势。血清在1:64的稀释度时,200 μg高剂量组和灭活疫苗组的病毒抑制率仍在50%以上,均显著性高于50 μg低剂量组和100 μg中剂量组(P < 0.05),但两者之间并无显著性差异(P>0.05)。

表 3 各试验组小鼠血清内中和抗体水平 Table 3 Neutralizing antibody titers of serum in different groups
3 讨论

目前,防控BVD和IBR疫病的主要途径是疫苗接种,针对这两类疫病的二联灭活苗和弱毒苗已在我国部分牛场得到应用。但从长远来看,传统疫苗的使用并不利于BVD和IBR的净化且制备工艺繁琐并存在安全隐患,所以高效、安全、易于大量制备的核酸疫苗便成为了当下的研究热点。本次试验选用BVDV、IBRV的主要保护性抗原E0、gD,由于抗原性较强,这二者常作为构建核酸疫苗的靶基因。E0基因高度保守,对病毒的感染具有重要的调控作用且有利于病毒的持续性感染,其所表达的蛋白病毒和细胞接触过程中的主要结构蛋白,是宿主中和抗体的主要靶标[18]。在IBRV的主要糖蛋白中,gD基因编码的糖蛋白免疫原性良好[19],能够诱导最高水平的血清抗体应答,被认为是制备核酸疫苗的首选蛋白[20]。本试验构建了真核表达载体pVAX1-IRES,利用IRES元件将BVDV E0和IBRV gD连接到表达载体中,成功构建了重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD。IRES元件的存在可以使E0和gD同时进行翻译,目前已广泛用于表达双目标基因的真核质粒的构建上,通常将其序列插入两个目标基因序列之间来行使功能[21-22]。pVAX1载体也已广泛用于重组质粒的构建,该载体含有多个克隆酶切位点,允许同时克隆多个大片段的目的基因[23-24],本研究选用其中的AfIⅡ、PstⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ四个酶切位点来完成目的基因和其他序列的导入。此外,由于pVAX1载体属于非融合载体,在目的基因前插入Kozak序列能够增加其转录和翻译能力[25]。因此,在合成引物时给E0和gD序列前端突变了Kozak序列,以保证两段基因的高效表达。另外,pVAX1具有的强启动子pCMV和BGH poly A信号可以在哺乳动物细胞中高水平的表达重组蛋白,是其主要优势所在[26-27]。将重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD转染至293T细胞,利用间接免疫荧光法检测其免疫原性,结果显示,pVAX1-E0-IRES-gD中的E0和gD蛋白均得到表达。

同一时间大写字母无相同者为差异极显著(P < 0.01);同一时间小写字母无相同者为差异显著(P < 0.05) The difference in capital letters at the same time is extremely significant (P < 0.01); the difference in lowercase capital letters at the same time is significant (P < 0.05) 图 4 不同免疫组E0抗体检测结果 Fig. 4 The results of E0 antibody test in different immune groups
同一时间大写字母无相同者为差异极显著(P < 0.01);同一时间小写字母无相同者为差异显著(P < 0.05) The difference in capital letters at the same time is extremely significant (P < 0.01); the difference in lowercase letters at the same time is significant (P < 0.05) 图 5 不同免疫组gD抗体检测结果 Fig. 5 The results of gD antibody test in different immune groups
同一时间大写字母无相同者为差异极显著(P < 0.01);同一时间小写字母无相同者为差异显著(P < 0.05) The difference in capital letters at the same time is extremely significant (P < 0.01); the difference in lowercase letters at the same time is significant (P < 0.05) 图 6 小鼠脾淋巴细胞增殖情况 Fig. 6 The proliferation of mouse spleen lymphocytes

为了鉴定pVAX1-E0-IRES-gD重组质粒的免疫效应,我们采用肌内注射的方式免疫小鼠,进行小鼠免疫试验,通过采集小鼠血清和脾,检测血清内抗体水平、细胞因子含量及脾淋巴细胞增殖情况。试验数据表明,pVAX1-E0-IRES-gD可刺激小鼠同时产生抗E0和gD的IgG抗体,抗体水平随着免疫时间的延长而升高。国内梁霄勇[28]将E0插入到pVAX1真核表达载体上,构架重组质粒pVAX1-E0,一免后试验组与空载体抗体水平差异显著(P < 0.05),二、三免后抗体水平依旧处于上升阶段;Toussaint等[29]外国学者构建了编码IBRV gD的核酸疫苗并将其注射至牛体内进行试验,结果发现,随着免疫时间的增加,诱导牛的体液免疫和细胞免疫逐渐增强。本研究结果与梁霄勇[28]、Toussaint等[29]的研究相符合。在体外病毒中和试验后,发现首免后42 d的小鼠血清中产生了分别针对BVDV和IBRV的中和抗体,且随着重组质粒免疫剂量的增加其抗体效价也有了显著提升。虽然BVD-IBR灭活疫苗组中和抗体效价略高于200 μg剂量组,但两者并无明显差异,试验结果与仝晓丹[30]的研究相符合。通过分析不同剂量组的抗体水平,发现本重组质粒具有剂量依赖性,即免疫剂量越高,其产生的抗体水平越高。细胞因子含量方面,首免后42 d的小鼠血清中均产生了IFN-γ和IL-4,说明重组质粒免疫小鼠后可刺激机体同时产生Th1和Th2型免疫应答。将不同试验组的IFN-γ和IL-4含量单独比较发现,IL-4整体含量较高于IFN-γ。另外,脾淋巴细胞增殖能力也随着免疫时间而持续增强。

多价核酸疫苗的出现不仅降低了疫苗的接种成本,还缓解了动物的接种压力,可谓一举两得。本试验构建的pVAX1-E0-IRES-gD可以刺激小鼠产生特异性抗体及细胞因子,为BVD-IBR二联核酸疫苗的研究提供了参考。同时,试验中也存在一些不足之处,在小鼠免疫试验中应该通过更准确的梯度试验来确定重组质粒用量;应该在不同时间点来分析细胞因子的含量变化;要应用于实际生产时还需通过宿主动物攻毒试验等来确定其免疫效应,以上问题还需要进一步研究解决。

4 结论

构建同时表达牛病毒性腹泻病毒E0和牛传染性鼻气管炎病毒gD基因的重组质粒pVAX1-E0-IRES-gD,体外表达检测证明目的蛋白具有良好的反应原性,动物免疫试验证明其能刺激机体产生良好免疫应答。

参考文献
[1] 刘占悝, 刘泽余, 李智杰, 等. 牛传染性鼻气管炎病毒和牛病毒性腹泻病毒双重Nano-PCR检测方法的建立与应用[J]. 中国兽医科学, 2019, 49(12): 1499–1504.
LIU Z L, LIU Z Y, LI Z J, et al. Establishment and application of dual Nano-PCR detection method for infectious bovine rhinotracheitis virus and bovine viral diarrhea virus[J]. Chinese Veterinary Science, 2019, 49(12): 1499–1504. (in Chinese)
[2] 谢春芳, 于瑞嵩, 李震, 等. 规模化奶牛场牛传染性鼻气管炎与牛病毒性腹泻的流行病学调查[J]. 中国奶牛, 2016, 312(4): 38–41.
XIE C F, YU R S, LI Z, et al. Epidemiological investigation of bovine viral diarrhea and infectious bovine rhinotracheitis in dairy herds[J]. China Dairy Cattle, 2016, 312(4): 38–41. (in Chinese)
[3] 季新成.牛传染性鼻气管炎病毒和牛病毒性腹泻病毒分子生物学检测技术研究[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2010.
JI X C. Study on molecular biology detection technology of infectious bovine rhinotracheitis virus and bovine viral diarrhea virus[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2010. (in Chinese)
[4] 阮东.某牛场牛BVD-MD的诊断与BVD-MD/IBR二联苗免疫效果评价[D].石河子: 石河子大学, 2017.
RUAN D. Evaluation of BVD-MD diagnosis and BVD-MD/IBR combined vaccine in a cattle farm[D]. Shihezi: Shihezi University, 2017. (in Chinese)
[5] 何小丽, 李凡飞, 张凯, 等. 国内外牛传染性鼻气管炎的流行现状及防控措施的研究进展[J]. 现代畜牧兽医, 2018(6): 53–57.
HE X L, LI F F, ZHANG K, et al. Epidemiology and control of infectious bovine rhinotracheitis in the domestic and overseas[J]. Modern Journal of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 2018(6): 53–57. (in Chinese)
[6] 刘瑞宁, 邓明亮, 刘玉辉, 等. 牛传染性鼻气管炎疫苗研究进展[J]. 动物医学进展, 2016, 37(2): 85–90.
LIU R N, DENG M L, LIU Y H, et al. Advance in vaccines of infectious bovine rhinotracheitis[J]. Progress in Veterinary Medicine, 2016, 37(2): 85–90. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5038.2016.02.017 (in Chinese)
[7] KELLING C L. Evolution of bovine viral diarrhea virus vaccines[J]. Vet Clin North Am Food Anim Pract, 2003, 20(1): 115–129.
[8] 冷雪, 郭利, 张淑琴, 等. 牛传染性鼻气管炎活疫苗安全性和免疫保护效果研究[J]. 中国畜牧兽医, 2011, 38(10): 181–184.
LENG X, GUO L, ZHANG S Q, et al. Safety and efficacy of an attenuated infectious bovine rhinotracheitis virus vaccine[J]. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2011, 38(10): 181–184. (in Chinese)
[9] VAN OIRSCHOT J T, BRUSCHKE C J M, VAN OIRSCHOT P A. Vaccination of cattle against bovine viral diarrhea[J]. Vet Microbiol, 1999, 64(2-3): 169. DOI: 10.1016/S0378-1135(98)00268-5
[10] 王利丽, 王云峰, 孙惠玲, 等. 传染性喉气管炎病毒基因疫苗免疫效应[J]. 畜牧兽医学报, 2007, 38(2): 175–183.
WANG L L, WANG Y F, SUN H L, et al. Immune efficacy of DNA vaccine of avian infectious laryngotracheitis virus[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2007, 38(2): 175–183. DOI: 10.3321/j.issn:0366-6964.2007.02.013 (in Chinese)
[11] BELÁKOVÁ J, HORYNOVÁ M, KRUPKA M, et al. DNA vaccines: are they still just a powerful tool for the future?[J]. Arch Immunol Ther Exp (Warsz), 2007, 55(6): 387–398. DOI: 10.1007/s00005-007-0044-4
[12] LI L, PETROVSKY N. Molecular adjuvants for DNA vaccines[J]. Curr Issues Mol Biol, 2017, 22: 17–40.
[13] FAUREZ F, DORY D, LE MOIGNE V, et al. Biosafety of DNA vaccines: New generation of DNA vectors and current knowledge on the fate of plasmids after injection[J]. Vaccine, 2010, 28(23): 3888–3895. DOI: 10.1016/j.vaccine.2010.03.040
[14] 石明.牛病毒性腹泻/粘膜病病毒E0、E2基因免疫原性的比较[D].呼和浩特: 新疆农业大学, 2014.
SHI M. The difference of immunogenicity between E0 and E2 gene in Bovine viral diarrhea/mucosal disease virus[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2014. (in Chinese)
[15] DESHPANDE M S, AMBAGALA T C, HEGDE N R, et al. Induction of cytotoxic T-lymphocytes specific for bovine herpesvirus-1 by DNA immunization[J]. Vaccine, 2002, 20(31-32): 3744–3751. DOI: 10.1016/S0264-410X(02)00375-4
[16] 张帆, 刘行波, 倪宏波. 牛传染性鼻气管炎病毒gE蛋白的真核表达及其多克隆抗体的制备[J]. 中国生物制品学杂志, 2020, 33(5): 507–509, 515.
ZHANG F, LIU X B, NI H B. Eukaryotic expression of gE protein of infectious bovine rhinotracheitis virus and preparation of polyclonal antibody[J]. Chinese Journal of Biologicals, 2020, 33(5): 507–509, 515. (in Chinese)
[17] 张帆, 刘行波, 倪宏波. 牛传染性鼻气管炎病毒gC结构蛋白的真核表达及其反应原性分析[J]. 中国生物制品学杂志, 2018, 31(12): 1333–1335, 1339.
ZHANG F, LIU X B, NI H B. Eukaryotic expression and reactogenicity of infectious bovine rhinotracheitis virus gC structural protein[J]. Chinese Journal of Biologicals, 2018, 31(12): 1333–1335, 1339. (in Chinese)
[18] 李婷玉, 李雪梅, 石慧娟, 等. 牛病毒性腹泻病毒结构蛋白功能相关研究进展[J]. 黑龙江科技信息, 2016(19): 29–30.
LI T Y, LI X M, SHI H J, et al. Research progress on the functions of bovine viral diarrhea virus structural proteins[J]. Heilongjiang Science and Technology Information, 2016(19): 29–30. DOI: 10.3969/j.issn.1673-1328.2016.19.029 (in Chinese)
[19] MARSHALL R L, ISRAEL B A, LETCHWORTH G J. Monoclonal antibody analysis of bovine herpesvirus-1 glycoprotein antigenic areas relevant to natural infection[J]. Virology, 1988, 165(2): 338–347. DOI: 10.1016/0042-6822(88)90578-8
[20] BABIUK L A, LEWIS P J, COX G, et al. DNA immunization with bovine herpesvirus-1 genes[J]. Ann N Y Acad Sci, 1995, 772: 47–63. DOI: 10.1111/j.1749-6632.1995.tb44731.x
[21] 白艳丽, 薛慧文. 核糖体内部进入位点介导的翻译起始机制研究进展[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2017(21): 67–72.
BAI Y L, XUE H W. Review on translation initiation mechanism mediated by internal ribosome entry site[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine, 2017(21): 67–72. (in Chinese)
[22] 段瑞峰, 李刚. 细胞内部核糖体进入位点研究进展[J]. 生物技术通讯, 2004, 15(5): 59–61.
DUAN R F, LI G. Advances in the research of cellular internal ribosome entry site[J]. Letters in Biotechnology, 2004, 15(5): 59–61. (in Chinese)
[23] 阎瑾琦, 刘国栋, 刘荷中, 等. 双顺反子真核表达载体pVAX1-IRES的构建与鉴定[J]. 军事医学科学院院刊, 2008, 32(2): 111–115.
YAN J Q, LIU G D, LIU H Z, et al. Construction and identification of bicistronic eukaryotic expression vector pVAX1-IRES for gene coexpression[J]. Bulletin of the Academy of Military Medical Sciences, 2008, 32(2): 111–115. DOI: 10.3969/j.issn.1674-9960.2008.02.003 (in Chinese)
[24] 曲云鹏, 刘建国, 杨德琴. 真核表达质粒pVAX1的应用[J]. 温州医学院学报, 2009, 39(2): 194–196.
QU Y P, LIU J G, YANG D Q. Application of eukaryotic expression plasmid pVAX1[J]. Journal of Wenzhou Medical College, 2009, 39(2): 194–196. DOI: 10.3969/j.issn.1000-2138.2009.02.035 (in Chinese)
[25] 魏昭, 张超, 徐东刚. 基因回路调控元件的研究进展[J]. 军事医学, 2017, 41(7): 623–627.
WEI Z, ZHANG C, XU D G. Regulatory elements in gene circuits: research progress[J]. Military Medical Sciences, 2017, 41(7): 623–627. (in Chinese)
[26] 董博. PCV2 ORF2基因真核表达质粒的构建及与猪IL-15联合免疫效果研究[D].哈尔滨: 东北农业大学, 2013.
DONG B. Construction of eukaryotic expression plasmid of PCV2 ORF2 gene and immune responses in mice immunized with porcine IL-15[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2013. (in Chinese)
[27] 石娜.猪IL-15与PRRSV ORF5基因真核表达质粒的构建及其免疫原性分析[D].哈尔滨: 东北农业大学, 2010.
SHI N. Construction of eukaryotic expression plasmids of porcine IL-15 and PRRSV ORF5 gene and its immunogenicity analysis[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2010. (in Chinese)
[28] 梁霄勇.牛病毒性腹泻病毒的分离鉴定及其E0核酸疫苗与细胞因子佐剂联合免疫研究[D].乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2016.
LIANG X Y. The Research on Combined Immunization with DNA Vaccine against bovine viral diarrhea virus and bovine cytokine genes[D].Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2016. (in Chinese)
[29] TOUSSAINT J F, COEN L, LETELLIER C, et al. Genetic immunisation of cattle against bovine herpesvirus 1: glycoprotein gD confers higher protection than glycoprotein gC or tegument protein VP8[J]. Vet Res, 2005, 36(4): 529–544. DOI: 10.1051/vetres:2005015
[30] 仝晓丹.牛传染性鼻气管炎病毒多表位嵌合蛋白表达及免疫原性评价[D].大庆: 黑龙江八一农垦大学, 2019.
TONG X D. Expression of recombinant multiple-epitope chimeric protein of IBRV and immunogenic analysis[D]. Daqing: Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2019. (in Chinese)