转录组揭示猪瘟活疫苗(兔源)经Notch1通路提高仔猪细胞免疫功能

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猪瘟是由猪瘟病毒(Classical swine fever virus,CSFV)引起猪的一种急性、烈性传染病。CSFV为黄病毒科瘟病毒属成员,是具有囊膜的单股、正链RNA病毒。因其高死亡率,给世界养猪业造成了巨大的损失。目前在我国养猪行业中,多应用猪瘟活疫苗(兔源)(又称为猪瘟脾淋苗)或细胞苗来预防猪瘟。细胞免疫在猪瘟脾淋苗免疫效果中发挥重要作用,但是其机制仍然有很多需要科学验证。因此,本研究采用转录组学技术对免疫猪瘟脾淋苗后不同时间的外周血细胞的差异表达基因进行分析,并在细胞水平和动物水平进行了验证分析,取得了积极的成果。研究成果可为猪瘟脾淋苗提高仔猪细胞免疫功能的研究提供补充,也对猪瘟脾淋苗的临床应用具有重要意义。本论文主要包括三个方面1、猪免疫兔脾淋组织后外周血细胞转录组谱的分析。为探讨兔脾淋组织对仔猪细胞免疫功能的影响,首先选择4周龄猪瘟抗原抗体双阴性的仔猪10头,将其平均分为两个组,分别注射生理盐水(A组)和兔脾淋组织(B组)。三日后采集两组的外周血液装至抗凝管中,分离淋巴细胞送至生物公司进行转录组测序,筛选差异表达基因并进行GO和KEGG功能富集分析。最后提取两组血液样品mRNA逆转录为c DNA,QPCR验证差异表达基因的表达水平与转录组数据是否一致。结果表明:A、B两组样品的测序长度约为6×10~9bp,测序质量符合要求;两组外周血细胞共筛选到差异表达基因1246个。GO富集结果表明,差异基因富集到的生物过程有56个GO条目,细胞组成有19个GO条目,分子功能有10个GO条目。KEGG富集结果表明,共有17条显著性富集KEGG通路。本研究重点分析了A、B两组样品T细胞受体和Toll样受体的KEGG通路,验证差异表达基因的表达水平,QPCR验证结果显示,与A组相比,B组CD4/8、TCRα、AP-1、NAFT基因的表达水平显著上调,与转录组数据一致。以上结果表明,兔脾淋组织肌肉注射第3天可显著影响猪外周血转录组谱,特别是可调节T细胞受体和Toll样受体的KEGG通路,提高猪的免疫功能。2、免疫猪瘟脾淋苗后仔猪外周血细胞转录组谱的分析。选择4周龄猪瘟抗原抗体双阴性的小猪10头,分别注射猪瘟脾淋苗(A组),兔脾淋组织(B组),通过采集猪体免疫猪瘟脾淋苗、脾淋组织后的3d、6d、9d外周血抗凝处理,分离淋巴细胞送至生物公司进行转录组测序分析,差异表达基因筛选及GO、KEGG功能富集分析。提取各组血样样品mRNA并反转录,获得c DNA,QPCR验证其差异表达基因的表达水平与转录组数据是否一致。结果表明:从获得的转录组数据中发现猪瘟脾淋苗免疫组与脾淋组织对照组相比,免疫后3d时有221个基因上调,96个基因下调,6d时有596个基因上调,332个基因下调,9d时有605个基因上调,311个基因下调。GO富集分析结果表明:对病毒的防御反应(Defense response to virus)、内膜系统(Endometrial system)、微管结合(Microtubule binding)分别是生物过程、细胞组分和分子功能三个分类中差异最显著的生物学功能。KEGG分析表明3d主要富集在甲型流感信号通路(Influenza A)、EB病毒感染通路(Epstein-Barr virus infection)、RIG-I样受体信号通路(RIG-I-like receptor signaling pathway),6d主要富集在甲型流感信号通路、EB病毒感染通路、细胞溶质DNA传感通路(Cytosolic DNA-sensing pathway),9d主要富集在核糖体(Ribosome)、产热(Thermogenesis)、AMPK信号通路(AMPK signaling pathway)。QPCR验证结果表明,猪瘟脾淋苗组相对于脾淋组织免疫组上调了CXCL10、RELB、CD86、NOD1、HES4、NQO1、RSP6、OAS1、ISG15等基因表达,下调了AKT2、MAPK13、STAT1、TRIM25基因表达,其结果与转录组数据一致。3、猪瘟脾淋苗(兔源)活化Notch1通路促进HES4基因表达。HES4具有促进T细胞发育和分化功能。本研究对猪瘟脾淋苗免疫后KEGG的Notch通路进行差异表达基因分析,进行QPCR验证后,将稀释后的猪瘟脾淋苗和兔脾淋组织处理PK15细胞3h,提取其mRNA进行逆转录后,QPCR分析差异表达基因的表达水平。随后采用RNAi技术干扰HES4的上游基因Notch1表达,QPCR分析HES4表达水平。最后采集猪场免疫猪瘟脾淋苗(兔源)3天猪前腔静脉血液样本30份,QPCR检测HES4的表达水平。结果表明:通过KEGG通路分析发现,HES4基因在疫苗免疫后3d和9d被显著上调,QPCR验证其结果与转录组数据一致。猪瘟脾淋苗与接种兔脾淋组织处理PK15细胞,猪瘟脾淋苗组HES4的mRNA表达量被显著上调。干扰Notch1基因后,猪瘟脾淋苗组HES4的mRNA表达量显著下降。规模化猪场免疫猪瘟脾淋疫苗3天的血样检测结果表明,20份样品的HES4基因的表达被显著上调。可见,猪瘟脾淋苗(兔源)可通过Notch1信号通路调控HES4基因表达提高其细胞免疫功能。综上所述,兔脾淋组织免疫仔猪可以显著影响猪外周血转录组谱,特别是可调节T细胞受体和Toll样受体的KEGG通路中的主要基因表达,提高猪的细胞免疫功能;此外与免疫兔脾淋组织相比,猪瘟活疫苗(兔源)免疫仔猪可显著影响细胞免疫和炎症等相关通路;猪瘟活疫苗(兔源)体内外试验均显著提高HES4基因表达。研究成果对于猪瘟脾淋苗(兔源)的临床应用具有重要的指导意义。
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