梅毒螺旋体优势表位抗原嵌合表达构建双抗原夹心法的研究
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中国皮肤性病学杂志2006年7月第20卷第7期ChinJDermVenereol,July.2006,V01.20,No.7
梅毒螺旋体优势表位抗原嵌合表达构建
双抗原夹心法的研究
陆原1,陈达灿2,孙鹏1,祸国维2
[摘要]目的用基因工程方法表达嵌合的梅毒螺旋体优势表位抗原,建立检测血清梅毒抗体的双抗原夹心酶联免疫方法。方法通过计算机软件分析选择梅毒螺旋体优势抗原表位,用聚合酶链反应(PeR)扩增优势表位基因,构建了梅毒螺旋体多优势表位嵌合抗原(rTpNl5-TpNl7-TpN47)表达载体,转化宿主茵BL21(DE3)进行表达,亲和层析柱法纯化获得高纯度融合抗原,并用其建立检测梅毒抗体的DAS-EIA。结果表达的优势表位嵌合抗原具有很好的抗原性。
用其建立的嵌合抗原DAS.EIA检测确诊的50份阳性和30份阴性血清,阳性检出率和阴性检出率都是100%。结论嵌合抗原DAS.EIA法具有比间接EIA和重组单抗原DAS.EIA更高的灵敏度和检出正确率,其检测水平已经达到国外TPHA的水平,该方法的建立为临床检测梅毒开辟了新的领域。
[关键词]梅毒;嵌合优势表位抗原;双抗原夹心法
[中图分类号]R392.11;R377.1[文献标识码]A[文章编号]1001—7089(2006)07—0403一03
StudyoftheRecombinantTreponemaPallidumMulti-epitopeChimedeAntigen-basedDoubleAntigenSandwichedEn-zyme-linkedlmmunosorbentAssay
LUYuan,CHENDa-Call,SUNPeng,etal
(DepartmentofDermatology,ShenzhenSixthPeople’sHospital,Shenzhen518052,China)
Abstract:ObjectiveUsingthegeneengineeringtoestablishanewmethodwhichnameddoubleantigensandwicheden?zyme-linkedimmunosorbentassay(DAS-EIA)todetecttheserumSyphilisantibody.MethodsThedominantepitopesofTrepone-
mapallidumwereanalyzedandpickedoutbyusingcomputersoftware.Therecombinant
multi-epitopechimericantigen(rTpNl5-
TpNl7-TpN47)expressionvectorofTreponemaPallidumwasconstructed,andtransformedintoE.coliBL21(DE3).Then,thean—tigen
Washighlyexpressed,purifiedandusedfordevelopmentofDAS-EIAconsequently.Results50positiveseraand30negative
serawhichhadbeendiagnosedweredetected.Thesensitivityand
specificityofEIAwere
100%(50/50)and100%(30/30),
respectively.Condusion
TheresultshowedtheDSA-ELISAisamethodinthesamelevelasTPHAanditwillbeaverypoten—tialmethodfordetectingserumSyphilisantibody.
Keywords:Syphilis;RecombinantTreponemapallidumMulti——epitopechimericantigen;Doubleantigensandwicheden--zyme.1inkedimmunosorbentassay
ELISA技术应用于梅毒检测最早出现于1975年,该方法具有特异性强、重复性好、操作简便、结果易于判断、便于自动化检测等优点,质量远远优于甲苯胺红不加热血清试验(TRUST)、快速血浆反应素试验法(RPR),接近螺旋体血球凝集试验(TPHA)、梅毒微粒凝集试验法(TPPA),故得到了越来越广泛的应用。近年来伴随着基因工程技术的不断发展,通过重组手段,国内外已经开发出含有梅毒各种膜蛋白主要活性区域的重组蛋白,本试验通过基因工程重组技术获得包含梅毒螺旋体膜蛋白TpNl5,TpNl7,TpN47等主要免疫活性区域的重组蛋白嵌合抗原,结果报告如下。
[作者单位]1深圳市第六人民医院皮肤性病科,广东深圳518052;2广州中医药大学第二临床医学院(广东省中医院)皮肤科,广东广州510120
[作者简介]陆原(1971一),男,上海市人,医学博士,副主任医师,主要从事中西医结合临床与实验研究。1材料和方法
1.1材料
1.1.1菌株、表达质粒及基因模板菌株BL21(DE3)购自深圳源动力科技有限公司,表达质粒PFPB为本实验室自己构建。感染TP(Nichols)的家兔睾丸组织为深圳市第六人民医院提供的梅毒患者的样品,由深圳市菲鹏科技有限公司制得。梅毒螺旋体DNA参照文献¨1。
1.1.2工具酶和试剂DNA限制性内切酶,T4DNA连接酶及DNA聚合酶均购自TAKARA公司;抗生素氨苄西林、卡那霉素购自华北制药公司;胰化蛋白胨(tryptone)及酵母提取物(yeastextract)购自Oxoid公司;PCR产物回收试剂盒由华舜生物工程有限公司生产,确诊梅毒患者血清和正常人血清均来自深圳市第六人民医院(南山医院)中心实验室。
万方数据
中国皮肤性病学杂志2006年7月第20卷第7期ChinJDermVenereol,July.2006,v01.20,No.7
1.2方法
1.2.1克隆、表达、纯化根据参考文献,辅以生物软件分析梅毒螺旋体膜蛋白TpNl5,TpNl7,TpN47的优势表位基因,并以各膜蛋白编码免疫优势表位的DNA为模板设计引物,由上海华舜生物技术有限公司合成。TpNl5一F:5’一GGGGGATCCGGTGGCAAGATGGTGC一3’;TpNl5一R:5’-GGGGAATCC7rrAAGATCTCC7I’ACTAATA—ATrGCTI?CCq37C一37;TpNl7一F:5’一GGGGGATCCG7I℃T?
CTTGTACAACAGTGTGTCC.3’:TpNl7一R:57一GGG—GAA’兀1CⅡ’AAGATCTrGGCT兀'CC’rGCTCCTGG一3’:
TpN47一F:5
7一GGGGG√盯CCGGAGCACTGCAGrI.I'ATI℃G一3’:TpN47一R:5’一GGGGAATTCTrAAGATCTTGCAA’r-cAAAGrITrAGccrI'G玎A一3’。参照文献旧1有关章节进行PCR扩增、酶切、连接、转化及诱导表达。从表达菌体中提取包涵体,并用溶解液[25mmol/LTE,1%(v/v)B一巯基乙醇,8mol/L脲,pH8.0]将其溶解,然后进行Q—SepharoseFF离子交换层析,上样后以平衡缓冲液[25mmol/LTE,6mol/L脲,0.1%(v/v)B一巯基乙醇,pH8.0]洗至基线,再用不同浓度的NaCl(用平衡缓冲液配制)洗脱。SDS—PAGE鉴定各抗原蛋白所在的洗脱峰。将收集的洗脱峰用SephadexG250凝胶过滤(缓冲液:25mmol/LTE,6mol/L脲,pH8.0),收集第1峰。
1.2.2双抗原夹心法采用过碘酸钠法将梅毒多表位嵌合抗原标记上辣根过氧化物酶(HRP)。抗原经碳酸缓冲液适度稀释后包被,37℃温育2h,4℃过夜;甩去孔内液体,PBS洗涤3次;然后每孑L加200斗l封闭液,37℃温育2h;甩去孔内液体;再每孑L按顺序加50¨l样品稀释液、50斗l待测血清、50一酶标抗原,37℃温育1h;甩去孑L内液体,PBS洗涤6次。加入含0.5%0过氧化氢尿素(生工,货号UBl753)、4。76%o三水合乙酸钠、0.9%。冰醋酸的显色剂A及含0.32%。TMB(生工,货号TB0514)、5mmol/L柠檬酸、o.5mmol/LED—TA-2Na、5%甲醇、2‰二甲基甲酰氨的显色剂B各50山,370C避光显色10min。每孑L加50山,含2mol/L硫酸的终止液终止反应,酶标仪450nm波长(参考波长630nm)空白孔校零后读取DD值。临用前取100mmol/LPB(pH6.0),TMB贮液100斗l,30%H202混匀,每孔加100山,避光显色10rain,最后酶标仪读数(测定波长450nm,参考波长650rim)。
1.2.3嵌合表位抗原活性鉴定用纯化的梅毒多表位嵌合抗原分别包被酶联测定板,同时以HRP标记此抗原,采用双抗原夹心法对经过TPHA确诊的梅毒阳性和阴性血清样品进行测定,评价嵌合表达抗原的反应活性。1.2.4cutoff值的计算双抗原夹心法cutoff=阴性标本值x2.1(阴性标本对照值<0.5的以0.5计算,>0.5的按实际值计算);间接法cutoff=0.13+阴性标本对照值(阴性标本对照值<0.5的以0.5计算,>0.5的按实际值计算)。
2结果
2.1表位抗原表达质粒的构建以梅毒螺旋体全序列为模板,通过PCR扩增,获得梅毒螺旋体膜蛋白TpN47,TpNl7,TpNl5基因片段(图1)。所有片段的57端均带有BamHI酶切位点,3’端均带有BglII和EcoRI两个酶切位点。TpNl5片段用BamHI/EcoRI双酶切连接法插入表达载体PFPB,即获得了表达质粒PFPB—TpNl5,多表位嵌合抗原表达质粒的构建就可以按图2的方法进行,即把其中一个质粒作为载体,如PFPB-Tpl5,用BgllI和EcoRI双切;另一经过BamHI和EcoRI双酶切的基因Tpl7作为插入片段,获得含有Tpl5和Tpl7两个基因的表达质粒PFPB—Tpl5.17。由于新质粒中,PFPB-Tpl5和Tpl7基因间的连接是由互补酶BglII和BamHI之间的相连,连接后酶切位点消失,因此,新质粒又可成为新的载体。按同样的方法连接在双酶切片段1M7新质粒的后面,获得质粒PFPB.TpNl5—17-47。构建的表达质粒经PCR鉴定,各表达质粒均可扩增出相应的基因片段,证明各表达质粒均已构建成功。
2.2转化及诱导将以上所构建的含有目的基因的表达质粒转化到BL21(DE3)受体菌中,经IPTG诱导后,进行SDS—PAGE鉴定,嵌合抗原获得了高效的表达,表达量在20%以上。
2.3抗原纯化嵌合抗原用离子交换及凝胶过滤等方法进行纯化后,经SDS—PAGE鉴定,均可达到电泳纯化(图3)。
2.4双抗原夹心法测定将嵌合抗原包被抗原测定板,并以同样的嵌合抗原标记HRP,然后测定了经过TPHA确诊的梅毒阳性和阴性血清,其中包括50份阳性和30份阴性血清。结果见表1。
表1双抗原夹心法与间接法的性能比较
双抗原夹心法间接法组别PB-TpNl5一PB—PB-TpNl5-
TpNIT-TpN47。TpN47TpNl7-TpN47
阳性血清50.0048.oo48.00
阴性血清30.0030.0028.00
敏感性100.0096.0096.00
特异性100.00100.0093.00
准确性100.0097.5096.00从表1可以看出,双抗原夹心法cutoff值为0.105,间接法cutoff值为0.18。三种方法的检测结果
万方数据
中国皮肤性病学杂志2006年7月第20卷第7期ChinJDermVenereol,July。2006,V01.20,No.7
存在一定的差异:采用三种膜蛋白(TpNl5,TpNl7,TpN47)优势表位嵌合抗原所构建的双抗原夹心法测定上述血清样品,阳性率为100.00%,阴性率为100.00%,准确率为100.00%(80/80);而采用单一膜
泳道1为DNAMarkerDL2000,2为TpNl5基因片段,3为TONl7基因片段,4为TpN47基因片段
图1PCR扩增的三个基因片段
TpNl5优势表位片段
TpNl7优势表位片段
图2表达质粒的构建流程
图3
1.Marker;2.BL21(DE3)-PFPB空载体诱导对照;3.BL21
(DE3)一PFPB-Tpl5—17-47的小量表达样品;4.BL21(DE3)-PF-PB—Tpl5-17-47大量表达纯化前样品;5.BL21(DE3)-PFPB—Tpl5-17-47大量表达纯化后样品
蛋白(TpS47)优势表位嵌合抗原所构建的双抗原夹心法测定上述血清样品,阳性率为96.00%(48/50),阴性率100.00%,准确率为97.50%(78/80);采用三种膜蛋白(TpNl5,TpNl7,TpN47)优势表位嵌合抗原包
被酶联板,间接法测定上述血清样品,阳性率为
98.00%(49/50),阴性率为93.34%(28/30),准确率为96.25%(77/80)。就灵敏度来说,采用三种膜蛋白(TpNl5,TpNl7,TpN47)优势表位嵌合抗原所构建的双抗原夹心法也比采用单一膜蛋白(TpN47)优势表位嵌合抗原所构建的双抗原夹心法和间接法要高。说明采用三种膜蛋白(TpNl5,TpNl7,TpN47)优势表位嵌合抗原所构建的双抗原夹心法是一个与TPHA具有同等效果的检测方法,为梅毒螺旋体血清抗体的检测开辟了新的方法和途径。
3讨论
本研究有2个技术特点:第一,嵌合抗原作为包被
和酶标二抗原。目前国内市场上以用梅毒螺旋体重组蛋白质作抗原来检测梅毒已有不少产品,但是绝大部分都是以单一梅毒重组抗原的,这种单一梅毒基因重组抗原对潜伏晚期、合并HIV感染或经过治疗的梅毒病人反应性差,常出现假阴性结果∞J。国内外文献也有报道用多种梅毒抗原组合可以获得比单一重组蛋白质更好的结果HJ,本试验就是在上述基础上,并根据文献得知膜蛋白TpNl5,TpNl7,ToN47具有很好的抗原原性H1,计算机分析出TpNl5,TpNl7,TpN47中的优势抗原表位,通过基因工程技术,表达和纯化得到多种优势表位的嵌合抗原,并以此抗原作为包被抗原来验证重组嵌合抗原具有比单一抗原更好的免疫反应性。结果也表明,用单一Tp基因重组抗原双抗原夹心法检测为阴性,或P/N比值偏低的血清标本,用联合
3种基因重组抗原(Tpl5,TpNl7和(下转第408页)
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万方数据
中国皮肤性病学杂志2006年7月第20卷第7期ChinJDermVenereol,July.2006,V01.20,No.7
是一种发生在多基因遗传基础上的炎症增生性皮肤病。最新研究结果表明真皮血管系统尤其是真皮乳头微血管的异常增生是银屑病最早发生的病理过程旧J。VEGF是一种糖蛋白,对于血管的生成是一个重要的因素。有研究指出银屑病患者皮损中存在VEGF的高表达,由角质形成细胞分泌的VEGF对于银屑病皮损中真皮乳头部血管新生起着决定性的作用旧J。在银屑病中表皮角质形成细胞加强了VEGF的自我表达,并通过一系列信号传导促进血管通透性增加及血管内皮细胞增生、迁移,最终导致新血管形成。有研究证实VEGF具有以下生物作用:增加血管通透性;促进内皮细胞增殖和血管形成;抑制内皮细胞凋亡Hj。VEGF是目前所发现的生物体内最强、最特异的促血管生成因子之一。有研究表明VEGF蛋白及VEGFmRNA表达在银屑病患者皮损和非皮损中增加∞J,银屑病患者血清中VEGF水平也较正常人增加MJ。本研究结果显示,虽然在寻常型银屑病皮损中VEGF蛋白表达增强,但是,阳性表达程度在中医辨证各证型皮损处有差异,表现为血热型组>血燥型组及血瘀型组。同时,ELISA法检测结果也证实在寻常型银屑病中医辨证各证型血清中VEGF水平有差异,表现为血热型组>血燥型组>血瘀型组。
由于本研究所观察到VEGF蛋白在寻常型银屑病中医辨证各证型皮损和血清中有不同程度的变化,以血热型银屑病变化显著高于正常人和血燥型银屑病及血瘀型银屑病,从而提示对寻常型银屑病患者皮损处VEGF蛋白的表达及血清中VEGF水平的检测有可能成为本病中医辨证分型中血热型银屑病与非血热型银屑病的客观辨证指标之一。笔者认为本研究不仅为银屑病中医辨证分型提供了一定客观依据,同时也为中西医结合诊治寻常型银屑病提出了在微观层次上的结合点。
志谢本研究得到本科实验室王兢、冯灵娟和张镜的大力协助,特此致谢。
[参考文献]
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[收稿日期】2005—11-22[修回日期]2006-03-15
(上接第405页)
Tp47)双抗原夹心法检测,其P/N比值明显升高。首次证实了优势表位嵌合抗原的双抗原夹心法的灵敏度较单一Tp基因重组抗原双抗原夹心法高。而且联合应用3种基因重组抗原未出现假阳性反应,并不降低EIA法的特异度。
第二,本试验采用了双抗原夹心的方法,包被抗原和酶标二抗都是嵌合抗原。现在市场上用间接ELISA法检测血液梅毒抗体的方法比较多。但是间接ELISA法具有一些无法回避的缺陷:①采用了非特异性识别的第二抗体标记,这种非特异性的识别导致其较高的本底和较低的特异性;②由于特异性差且本底高致使包被抗原、标记二抗的使用浓度被迫降低,待测样品量减少,稀释倍数增加又进一步导致了灵敏度的降低;③只能检测抗体中的IgG组分,对其他抗体类型尤其是IgM无法检出,延长了窗口期∞J。夹心法利用标记的抗原代替标记二抗,由于使用了两步特异性识别,所以从方法学上解决了间接法的上述缺陷。本试验的夹心抗原采用的都是嵌合的多优势表位抗原,基本上杜绝了漏检和假阳性现象。初步验证该法具有跟TPHA相同的效价,为梅毒诊断发展提供了一个很好思路。
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[收稿日期]2005-09-19[修回日期]2006-01-24
万方数据
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