网刊加载中。。。

使用Chrome浏览器效果最佳,继续浏览,你可能不会看到最佳的展示效果,

确定继续浏览么?

复制成功,请在其他浏览器进行阅读

免疫增强剂CVC1302调控体细胞高频突变的机制研究  PDF

  • 杜露平 1,2
  • 鲁海燕 1,2
  • 侯立婷 1,2
  • 于晓明 1,2
  • 程海卫 1,2
  • 张元鹏 1,2
  • 陈瑾 1,2
  • 郑其升 1,2
  • 侯继波 1,2
1. 江苏省农业科学院动物免疫工程研究所/国家兽用生物制品技术创新中心/ 江苏省食品质量安全重点实验室,南京 210014; 2. 兽用生物制品(泰州)国泰技术创新中心,泰州 225300

中图分类号: S852.4

最近更新:2025-02-14

DOI:10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.01.023

  • 全文
  • 图表
  • 参考文献
  • 作者
  • 出版信息
EN
目录contents

摘要

为探究CVC1302调控生发中心B细胞发生体细胞高频突变的免疫机制,本研究将4-羟基-3-硝基苯乙酰基耦联鸡卵白蛋白(NP-OVA)混合免疫增强剂CVC1302后,利用ISA206乳化获得疫苗。BALB/c小鼠分为2组,分别后腿肌肉注射NP-ISA206和NP-CVC1302-ISA206,每只50 μg NP-OVA,免疫后14 d,利用流式分选获得生发中心B细胞,利用巢氏PCR扩增B细胞免疫球蛋白序列可变区VH186.2,Western blot检测诱导活化的胞苷脱氨酶(AID)、Pax5表达水平,β-actin作为内参,比较组间AID、Pax5表达差异;利用荧光定量PCR检测AID、Pax5基因转录水平。试验结果显示:CVC1302显著诱导生发中心B细胞免疫球蛋白序列VH186.2突变频率,试验组W33L突变频率为62.2%,而对照组仅为20.25%;CVC1302可提升AID蛋白、Pax5蛋白表达水平,其中试验组AID蛋白相对表达水平为0.72,对照组仅为0.16,试验组Pax5蛋白相对表达水平为0.62,对照组仅为0.26;CVC1302增强AID基因、Pax5基因转录水平,相较于对照组分别提高2.36、4.13倍。推断CVC1302依赖Pax5介导AID表达,调控生发中心B细胞发生体细胞高频突变。

机体感染病原体或者接受免疫后,引流淋巴结内抗原特异性B细胞被激活迁移至初级淋巴小结,并在该处快速克隆增殖,进而形成生发中心(germinal center,GC

1。组织学上,生发中心分为暗区和明2。暗区是GC B细胞迅速增殖分裂并进行体细胞高频突变(SHM)的场所,明区则是GC B细胞接受滤泡树突状细胞(FDC)和滤泡辅助性T细胞(Tfh)帮助,进行命运选择的场所。GC B细胞经过SHM,产生各种B细胞克隆,且B细胞受体(BCR)的亲和力各不相同。其中表达高亲和力受体的B细胞竞争性结合FDC递呈的抗原抗体复合物,并递呈至Tfh,依赖CD40-CD40L配接,促进抗凋亡转录因子B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)和B细胞超大淋巴瘤(Bcl-XL)的表达,使其免于凋3。GC B细胞发生SHM依赖于诱导活化的胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase,AID),AID与单链DNA上的胞嘧啶结合,使其脱氨后转变为尿嘧啶,随后经过错配修复和碱基切除修复,导致原位C∶G发生处发生点突变、插入或删除,影响抗体亲和力成4-5。AID的表达主要由活化B细胞的CD40信号调控,其次也可进一步由CD4+ T细胞分泌的IL-4及Toll样受体(TLR)信号正向调6。一系列胞内信号转导通路整合引起AID动态调控,其中包括正向调控因子,如配对盒蛋白(Pax5)、同源框C4(HoxC4)、核转录因子E47和干扰素调节因子8(IRF8);负向调控因子,如B淋巴细胞诱导成熟蛋白1(Blimp1)和DNA结合抑制蛋白2(Id27AID基因含有4个主要的顺式调控原件,其中区域2位于AID的第1个内含子区,包含Pax5、E2A、Myb和E2F等转录因子结合位点。研8-9发现,利用TLR4激动剂LPS作用于小鼠脾脏B细胞,Pax5 mRNA水平于第2天快速提升,并且AID开始表达,第4天Pax5 mRNA水平呈下降趋势,同时伴随着AID表达降低。

免疫增强剂CVC1302组分包含TLR和NOR激动剂。前期研

10-12发现,CVC1302配伍NP-OVA模式抗原免疫小鼠,相较于NP免疫组小鼠,其高亲和力NP特异性抗体水平显著提升。在兽医领域中,免疫增强剂多停留于研制层面,对其作用机制的研究甚少。体细胞高频突变加之Tfh细胞阳性选择是抗体亲和力成熟的关键,因此,本试验探究CVC1302介导高亲和力抗体的免疫机制是否依赖于Pax5表达介导AID表达进而诱导体细胞高频突变,旨在研制新型免疫增强剂以促进GC B细胞产生体细胞高频突变,分泌高亲和力抗体提升疫苗效力,为机体提供免疫保护力。

1 材料与方法

1.1 试验材料

5周龄BALB/c雌性小鼠购自扬州大学;NP-OVA购自美国Bioscience Technologies公司;免疫增强剂CVC1302为笔者所在团队制备所得;MontanideTM-ISA206购自上海Seppic特殊化学品有限公司;RNA提取试剂盒和Real-time PCR mix购自武汉ABclonal有限公司;anti-GL-7-PE荧光抗体购于上海优宁维有限公司;单克隆抗体AID和Pax5购于华安生物有限公司;HRP-羊抗兔IgG购自武汉博士得有限公司;高敏性ECL发光试剂盒购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司。

1.2 免疫抗原制备

本研究参照文献[

10]制备疫苗,NP-OVA(4-羟基-3-硝基苯乙酰基耦联鸡卵白蛋白)利用磷酸缓冲液(PBS)溶解后,与CVC1302混合制备水相(50∶1),涡旋混匀后利用ISA206进行乳化(1∶1),即获得疫苗并命名为NP-CVC1302-ISA206。

1.3 小鼠免疫试验

将10只小鼠随机均分为2组,分别免疫NP-ISA206和NP-CVC1302-ISA206,肌肉注射,50 μg NP-OVA/只,1 μL CVC1302/只。

1.4 GC B细胞分选

免疫后14 d,采集小鼠腹股沟淋巴结,用PBS冲洗3次,将淋巴结置于70 μm滤网上进行研磨,获得单个淋巴细胞。细胞先利用B细胞负选磁珠进行初次分选,随后用anti-GL-7-PE进行染色,用流式分选仪分选获得GC B细胞,一部分细胞提取RNA,利用Real-time PCR检测AID转录水平;一部分细胞利用试剂盒提取蛋白,利用Western blot检测AID表达水平。

1.5 巢氏PCR及VH186.2突变频率分析

分选获得的GC B细胞利用试剂盒提取基因组DNA,通过巢氏PCR扩增VH186.2片段,引物见表1

表1  巢氏PCR用引物对序列
Table 1  Sequences of primers for nested-PCR

目的基因

Target gene

引物名称

Primer name

引物序列(5′-3′)

Primer sequences (5′-3′)

VH186.2

外部引物-F

Outer primer-F

GTGACAACAATGATTAGACCCCTG

AGCTCTATCATGCTCTTCTTGGCA

外部引物-R

Outer primer-R

内部引物-F

Inner primer-F

GTGACAACAATGATTAGACCCCTG

AGATGGAGGCCAGTCAGGGAC

内部引物-R

Inner primer-R

外部引物PCR程序为:95 ℃ 5 min,95 ℃ 1 min,55 ℃ 30 s,72 ℃ 1 min,共进行25个循环;72 ℃延伸10 min。内部引物PCR程序为:95 ℃ 5 min,95 ℃ 1 min,55 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,共进行25个循环;72 ℃延伸10 min。跑胶回收扩增的VH186.2片段并连接到pMD18-T载体(Takara)上利用T7引物进行测序;测序结果利用IgBlast(NCBI)进行分析统计。

1.6 GC B细胞AIDPax5转录水平检测

将分选获得的2组GC B细胞分别用Trizol提取RNA,反转为cDNA后,利用Real-time PCR分别检测基因AIDPax5转录水平,以β⁃actin作为内参基因,试验所涉及的基因引物见表2。程序为:95 ℃ 10 min,95 ℃ 15 s,60 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min,共进行40个循环。

表2  实时荧光定量PCR用引物对序列
Table 2  Sequences of primers for real-time PCR
目的基因 Target gene引物序列(5′-3′) Primer sequences (5′-3′)退火温度/℃ Annealing temperature
β⁃actin CACTGCCGCATCCTCTTCC/CAATAGTGATGACCTGGCCGT 53
AID GGAGAGATAGTGCCACCTCC/TCTCAGAAACTCAGCCACGT
Pax5 CACAGTCCTACCCTATTGTCAC/TCCAGAAAATTCACTCCCAGG

1.7 GC B细胞AID、Pax5表达水平检测

取相同数目分选的GC B细胞置于冰上,加入蛋白裂解液,冰上裂解约30 min,每10 min在震荡仪上混匀涡旋1次。将样品置于离心机4 ℃ 12 000 r/min离心10 min,取上清,加入5×SDS上样缓冲液,100 ℃作用10 min,进行SDS-PAGE和Western blot。分别利用AID、Pax5一抗37 ℃作用1 h;PBST洗涤后,HRP-羊抗兔IgG 37 ℃作用1 h,洗涤3次后,将高敏型ECL化学发光试剂滴加至目的条带大小处,利用化学发光成像仪观察拍照。图片利用Image J进行灰度分析,比较组间AID条带灰度值/β-actin条带灰度值和Pax5条带灰度值/β-actin条带灰度值。

1.8 统计与分析

试验数据表示为“平均值±标准差”,利用Graph Prism软件进行数据分析、作图,以P<0.01和P<0.001表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 VH186.2片段突变频率分析

考虑到抗体亲和力成熟与体细胞高频突变相关联,因此,小鼠免疫后14 d,制备淋巴结细胞,流式分选GC B细胞,并利用巢氏PCR对VH186.2片段进行测序分析。由图1可知,CVC1302可显著影响VH186.2及对应类似物Analogue家族在整体克隆内所占的比例(图1A),经统计分析发现,NP-CVC1302-ISA206组小鼠VH186.2片段W33L突变频率高达62.20%,而NP-ISA206组小鼠VH186.2片段W33L突变频率仅为20.25%(图1B)。图1C为VH186.2片段不同氨基酸突变数目的比较,NP-CVC1302-ISA206组小鼠氨基酸突变个数多为0~2,占56.25%;而NP-ISA206组突变个数多大于5,占50%,然而其突变氨基酸多位于FR区。结果表明,CVC1302可以诱导GC B细胞发生显著的体细胞高频突变,进而使高亲和力GC B细胞在FDC和Tfh细胞辅助下分化为浆母细胞,随血液循环并定居于骨髓,转变为长寿浆细胞,持续分泌高亲和力抗体。

图1  CVC1302 诱导VH186.2片段突变

Fig.1  CVC1302 induced mutation of VH186.2

A:VH186.2片段占比;B:W33L突变频率;C:VH186.2片段氨基酸突变频率。A: The percentage of VH186.2; B: The mutation ratio of W33L; C: The mutation ratio of amino acid of VH186.2.

2.2 CVC1302促进GC B细胞AID转录和表达

考虑到体细胞高频突变主要由AID介导,本研究比较分析NP-CVC1302-ISA206与NP-ISA206对照组诱导AID转录与表达水平。由图2可知,NP-CVC1302-ISA206组小鼠GC B细胞中AID转录水平为NP-ISA206组小鼠的2.36倍,二者差异极显著(P<0.001);NP-CVC1302-ISA206组及NP-ISA206组AID的相对表达水平分别为0.721、0.161,二者差异极显著(P<0.001,图3)。结果表明,免疫增强剂CVC1302配伍NP-OVA免疫小鼠,GC B细胞AID转录和表达水平得到显著提升。

图2  CVC1302处理下GC B细胞AID基因转录水平

Fig.2  CVC1302 regulates the transcription level of AID in GC B cells

**表示P<0.01,差异极显著;***表示P<0.001,差异极显著。下同。** represent extremely significant differences between groups (P<0.01);*** represent extremely significant differences between groups (P<0.001).The same as below.

图3  CVC1302处理下GC B细胞AID表达水平

Fig.3  CVC1302 regulates the expression level of AID in GC B cells

A:AID蛋白表达;B:AID蛋白相对表达水平。A:AID protein expression; B: Relative expression level of AID protein.

2.3 CVC1302促进GC B细胞中Pax5转录和表达

小鼠免疫后14 d,取腹股沟淋巴结,流式分选获得GC B细胞,分别利用Real-time PCR和Western blot分别检测Pax5转录和表达水平。由图4可知,NP-CVC1302-ISA206组小鼠GC B细胞中Pax5转录水平为NP-ISA206小鼠的4.13倍,二者差异极显著(P<0.001);同时二者Pax5蛋白表达水平差异极显著(P<0.01,图5)。结果表明,CVC1302可显著提升GC B细胞Pax5转录和表达水平。

图4  CVC1302处理下GC B细胞Pax5基因转录水平

Fig.4  CVC1302 regulates the transcription level of Pax5 in GC B cells

图5  CVC1302处理下GC B细胞Pax5表达水平

Fig.5  CVC1302 regulates the expression level of Pax5 in GC B cells

A:Pax5蛋白表达;B:Pax5蛋白相对表达水平。A: Pax5 protein expression; B: Relative expression level of Pax5 protein.

3 讨论

免疫增强剂的研制注重于抗体水平及其持续期的检测,然而高亲和力的抗体可以更高效地识别并中和病原体,以抵抗高毒力病原体感染。文献中关于免疫增强剂调控AID也仅限于其表达量的变

13,本研究利用模式抗原NP-OVA免疫小鼠,注重分析免疫增强剂CVC1302如何调控AID表达进而诱导高亲和力抗体。

位于生发中心暗区的GC B细胞增殖分裂,与此同时,AID作用于单链DNA,使GC B细胞重链和轻链的V区基因发生SHM。突变后的GC B细胞间BCR亲和力存在差异,进入明区后,经过FDC和Tfh细胞的双重辅助后,具有高亲和力BCR的B细胞分化为浆细胞,其分泌的抗体对抗原具有高亲和力,此现象为亲和力成

14。抗体亲和力提升可以更高效地识别并中和病原体,为机体提供高效体液免疫保护力。AID的表达水平多依赖于转录过程中多种转录因子的调控,研究发现,Pax5可促进AID的表达,进而介导SHM15。本研究发现,NP-CVC1302-ISA206组小鼠中GC B细胞VH186.2片段中W33L突变的频率显著提升,研究报道称第33位氨基酸W突变为L,其抗体亲和力可提升10倍,表明CVC1302可显著提升抗体亲和16,这一发现与笔者前期的研究结果(高亲和力NP特异性抗体水平显著提升)一致;此外本研究发现,CVC1302可显著提升Pax5的转录及表达水平,进而促进AID的转录及表达,后续将集中探究CVC1302提升Pax5表达所涉及的相关信号通路。本研究利用NP-OVA混合CVC1302免疫小鼠,阐明CVC1302依赖于Pax5正向调控AID使GC B细胞发生SHM,提升抗体亲和力抵抗强毒力病毒的感染,为机体提供高效的免疫保护力。

参考文献References

1

VICTORA G D, NUSSENZWEIG M C. Germinal centers[J]. Annual review of immunology, 2012,30:429-457. [百度学术] 

2

YOUNG C, BRINK R. The unique biology of germinal center B cells[J]. Immunity, 2021,54(8):1652-1664. [百度学术] 

3

MAYER C T, GAZUMYAN A, KARA E E, et al. The microanatomic segregation of selection by apoptosis in the germinal center[J/OL]. Science,2017,358(6360):eaao2602[2023-12-15]. https://doi.org/10.1126/science.aao2602. [百度学术] 

4

WANG J H. The role of activation-induced deaminase in antibody diversification and genomic instability[J]. Immunologic research, 2013,55(1/2/3):287-297. [百度学术] 

5

YU K F. AID function in somatic hypermutation and class switch recombination[J]. Acta biochimica et biophysica sinica, 2022,54(6):759-766. [百度学术] 

6

CHEN Z G, WANG J H. Signaling control of antibody isotype switching[J]. Advances in immunology, 2019,141:105-164. [百度学术] 

7

YEAP L S, MENG F L. Cis- and trans-factors affecting AID targeting and mutagenic outcomes in antibody diversification[J]. Advances in immunology, 2019,141:51-103. [百度学术] 

8

LIN K I, ANGELIN-DUCLOS C, KUO T C, et al. Blimp-1-dependent repression of Pax-5 is required for differentiation of B cells to immunoglobulin M-secreting plasma cells[J]. Molecular and cellular biology, 2002,22(13):4771-4780. [百度学术] 

9

SCHRADER C E, LINEHAN E K, MOCHEGOVA S N, et al. Inducible DNA breaks in Ig S regions are dependent on AID and UNG[J]. The journal of experimental medicine,2005,202(4):561-568. [百度学术] 

10

CHEN J, YU X M, ZHENG Q S, et al. The immunopotentiator CVC1302 enhances immune efficacy and protective ability of foot-and-mouth disease virus vaccine in pigs[J]. Vaccine, 2018,36(52):7929-7935. [百度学术] 

11

DU L P, CHEN J, HOU L T, et al. Long-term humoral immunity induced by CVC1302-adjuvanted serotype O foot-and-mouth disease inactivated vaccine correlates with promoted T follicular helper cells and thus germinal center responses in mice[J]. Vaccine, 2017,35(51):7088-7094. [百度学术] 

12

DU L P, HOU L T, YU X M, et al. Pattern-recognition receptor agonist-containing immunopotentiator CVC1302 boosts high-affinity long-lasting humoral immunity[J/OL]. Frontiers in immunology, 2021,12:697292[2023-12-15]. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.697292. [百度学术] 

13

RIVERA C E, ZHOU Y L, CHUPP D P, et al. Intrinsic B cell TLR-BCR linked coengagement induces class-switched, hypermutated, neutralizing antibody responses in absence of T cells[J/OL]. Science advances,2023,9(17):eade8928[2023-12-15]. http://doi.org/10.1126/sciadv.ade8928. [百度学术] 

14

GITLIN A D, MAYER C T, OLIVEIRA T Y, et al. T cell help controls the speed of the cell cycle in germinal center B cells[J]. Science,2015,349(6248):643-646. [百度学术] 

15

NAGAOKA H, TRAN T H, KOBAYASHI M, et al. Preventing AID, a physiological mutator, from deleterious activation: regulation of the genomic instability that is associated with antibody diversity[J]. International immunology, 2010,22(4):227-235. [百度学术] 

16

CHEN D Y, WANG Y, VIJAY G K M, et al. Coupled analysis of transcriptome and BCR mutations reveals role of OXPHOS in affinity maturation[J]. Nature immunology,2021,22(7):904-913. [百度学术]