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血吸虫病(schistosomiasis)是由血吸虫(schistosome)感染引起的一种严重危害人类健康的人兽共患寄生虫病,主要流行于亚洲、非洲、拉丁美洲的76个国家和地区。我国主要流行日本血吸虫病,至今已有2100年历史。据2008年全国疫情调查资料显示,我国大部分流行地区已消灭或控制了血吸虫病,但尚有454个血吸虫病流行县(市、区),约41万血吸虫病人,部分疫区人群感染率仍较高,易感因素仍然存在。因此。血吸虫病仍然是我国重点防治的重大疾病之一。
血吸虫具有复杂的生物学特性,虫体在宿主体内的寄生及致病依赖于虫体特异性表达蛋白和宿主分子间的相互作用。作为侵入宿主的外来生物,血吸虫虫体蛋白作为抗原分子可诱导宿主免疫系统产生抗虫体感染免疫应答;但血吸虫能在宿主体内长期寄生,具有逃避宿主免疫应答的能力。血吸虫免疫逃避机制是血吸虫感染与免疫的重要理论基础,通过释放虫源性物质主动调节宿主的免疫应答,是血吸虫免疫逃避的重要方式。血吸虫尾蚴侵入机体后,通过多种途径分泌或释放一些免疫调节分子或免疫抑制分子,诱导宿主免疫耐受或免疫不反应,造成免疫应答下调或免疫抑制,从而逃避宿主抗感染免疫防御反应,利于虫体在宿主体内生长、发育和成熟。本课题组研究的日本血吸虫虫源性免疫调节分子Sj16是尾蚴分泌的一种炎症抑制分子,研究表明重组表达的rSj16在体外能抑制不同免疫细胞如树突状细胞、巨噬细胞等的成熟和功能,具有明确的免疫调节作用,是一血吸虫免疫逃避相关分子,但作用分子机制尚不完全清楚。进一步阐明Sj16免疫调节的作用机制将有助于更清楚地认识虫源性免疫调节分子对血吸虫感染与宿主免疫相互关系的作用,为血吸虫病防控提供实验基础。
血吸虫侵入终宿主后,虫体不断发育成熟,依赖于肠腔对宿主来源营养物质的消化与吸收,提示肠道对血吸虫感染及致病具有重要作用。肠道蛋白成分主要包括肠内腔蛋白成分及肠组织蛋白。血吸虫肠腔是虫体与宿主相接触的重要界面,肠内腔必然既包含有摄取的宿主细胞及血浆蛋白,也包含有来自虫体的分泌产物。对被摄取入虫体内的主要宿主蛋白的识别将是解释血吸虫如何降解宿主蛋白及吸收蛋白碎片等问题的重要的第一步,对肠皮层细胞释放出的蛋白质的鉴定也将为研究血吸虫代谢以及虫体与宿主免疫系统的相互作用提供重要线索。而肠组织蛋白则是维持肠道功能所必须的,可能含有大量功能性蛋白。并且血吸虫肠组织蛋白有大量为隐蔽抗原,不易被宿主免疫系统接触、识别和攻击,有可能是潜在的候选疫苗分子。因此,对血吸虫肠组织相关蛋白的识别与鉴定是寻找候选疫苗抗原分子及药物靶标的重要手段之一。
寻找新的疫苗候选分子及药物靶标、阐明血吸虫感染与免疫的分子机制是本课题组进行血吸虫研究的主要方向。基于已有的实验基础及实验条件,本研究工作的主要内容包括两部分研究内容:
第一部分是血吸虫肠相关蛋白质组学研究。蛋白质组学是寻找和发现新的血吸虫抗原分子及功能蛋白的重要手段。该项研究利用血吸虫蛋白质组学研究平台,以成虫虫体肠相关蛋白质组学为创新点,寻找与血吸虫免疫应答、免疫逃避或生物学功能相关的蛋白质。建立分离日本血吸虫雄虫肠组织的方法,提取肠组织相关总蛋白质进行双向电泳与质谱鉴定,共获得28个肠相关蛋白质信息,主要为参与细胞运动与结构形成、内膜转运、能量代谢、蛋白质合成、糖酵解、细胞周期等功能性蛋白,此外尚有少量的肠腔内容物蛋白,如血红蛋白亚基、红细胞膜蛋白成分等。为进一步研究肠相关蛋白质的功能及在血吸虫感染免疫中的可能作用提供新分子信息。
第二部分是对血吸虫虫源性免疫调节分子Sj16分子机制的进一步探讨。体外实验证明Sj16对DC、巨噬细胞等免疫细胞均有程度不同的抑制作用,但体内Sj16对巨噬细胞的作用仍不清楚,且天然虫源性Sj16分子的免疫调节功能在血吸虫感染过程中的确切作用尚未进行过研究。有必要在体内对Sj16分子的作用进行评价,是在现有Sj16分子体外研究的必要补充。此外,Sj16作用的分子机制仍不完全清除,探讨Sj16分子作用于效应细胞时如何与细胞发生相互作用,在细胞内的迁移和定位是阐明分子作用机制的重要内容。
为探讨Sj16在体内对巨噬细胞的免疫调节作用,利用小鼠腹腔注射给药模型,观察Sj16在体内对LPS诱导的小鼠腹腔巨噬细胞活化的作用,为明确Sj16对体外巨噬细胞的作用研究提供实验依据。研究显示重组蛋白rSi16可在体内抑制LPS诱导的小鼠腹腔巨噬细胞活化。此外,利用rSj16免疫小鼠模型,观察具有抗Sj16抗体水平的小鼠在尾蚴攻击感染时的皮肤炎症反应,初步探讨天然Sj16分子的免疫调节效应在血吸虫感染中的可能作用。结果初步显示小鼠体内抗rSj16抗体的产生能够封闭尾蚴感染时虫源性Sj16分子对皮肤固有免疫炎症反应应答的抑制作用,增强皮肤层的免疫应答。
为精确观察Sj16分子与作用细胞的动态过程,体外制备带有GFP融合表达标签的rSj16-GFP重组表达蛋白,利用GFP稳定的自发荧光效应,结合Confocal等技术动态观察重组蛋白作用于细胞时的反应过程。结果显示带有GFP融合表达标签的rSj16原核表达载体转化入大肠杆菌后,能在菌体内成功诱导表达发出绿色荧光的rSj16-GFP重组蛋白,为明确Sj16分子作用细胞是的动态过程提供了实验准备。
综上所述,我们成功建立了日本血吸虫肠道组织的分离技术,通过双向电泳分离与质谱分析,对雄虫肠组织蛋白质进行了鉴定,获得28个蛋白质信息;通过小鼠模型体内实验验证了rSj16对体内LPS诱导的巨噬细胞的抑制作用,并经动物感染实验初步探讨了虫源性天然Sj16分子在血吸虫自然感染诱导的皮肤固有免疫应答过程中具有免疫调节作用;成功构建了带有GFP融合表达标签的Sj16原核表达质粒,并在大肠杆菌中得以有效表达。这些实验数据为研制新的疫苗候选分子及药物靶标提供了新的分子信息,为进一步认识虫源性免疫调节分子的作用机制提供了重要的实验基础和依据。