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文档简介
1、论文实例:重组卡介苗诱导T细胞免疫应答的分子、细胞机理研究作者简介:焦新安,男,1964年09月出生,1997年02月师从于扬州大学刘秀梵教授,于1999年12月获博士学位。摘要牛结核分枝杆菌BCG是世界上广泛使用的疫苗,亦被认为是表达与传递外源抗原的理想活载体之一,然而迄今对BCG或重组BCG(rBCG)与宿主免疫系统相互作用机理尚未阐明,而从免疫调节生物学角度探讨BCG或rBCG诱导T细胞应答的规律亦未涉足。为此,本研究以表达大肠杆菌麦芽糖结合蛋白(MalE)的rBCG(rBCGMalE)为模型,以期阐明rBCG与抗原提呈细胞相互作用的规律、rBCG表达产物抗原表位多样性、rBCG和BCG
2、诱导的T细胞应答规律与调控因素。1重组卡介苗表达的MalE蛋白T细胞表位的鉴定在体外抗原提呈试验中,证实rBCGMalE成功表达MalE蛋白的四种T细胞抗原表位,即p68-82、p100-114、p151-165和p277-291。T细胞增殖试验和ELIOT试验结果均表明这种表达是功能性的,rBCGMalE可刺激小鼠产生MalE蛋白及其多肽特异的T细胞增殖和IFN-应答。表位作图显示,BCG表达的MalE未形成新的抗原表位或使隐蔽表位暴露出来,并进一步证实MalEp68-82多肽表位是MalEH-2d限制性主要T细胞表位,而p100-114、p151-165和p277-291多肽表位为次要表位
3、。本研究结果表明,作为表达和运送外源抗原的BCG载体,它功能性地表达了外源抗原MalE蛋白,并能向宿主免疫系统有效地传递,这进一步证明BCG是一种优良的疫苗载体。2重组卡介苗感染早期树突细胞的作用具有抗原提呈细胞(APC)功能的吞噬性细胞,通过刺激T细胞应答可促进细菌清除,从而在抵抗细菌感染中起重要作用。巨噬细胞(M?)是胞内寄生菌的优选宿主细胞,并贮存大量的抗原物质,而树突细胞(DC)却是非常强势的APC。然而在体内针对细菌的T细胞应答中,这两种有吞噬活性的细胞之作用还未阐明。为此,本研究以rBCGMalE为材料,对M?和DC诱导抵抗细菌的T细胞应答中的相对作用进行了探讨。在小鼠i.v.接种
4、rBCGMalE12小时后,脾脏M?和DC的感染率相当,但在来自体内的体外试验(Exvivo)中,用针对MalE蛋白的特异T细胞杂交瘤仅测出DCS表面存在免疫原性的MalE多肽/MHC复合物,而M?却没有。同样,在rBCGMalE感染后,仅在DCs观察到CD40、B7.1(CD80)和B7.2(CD86)分子表达水平升高,并分泌IL-12p40,因而首次证实DC在激发针对分枝杆菌T细胞应答中的关键作用。进一步试验还显示,脾脏DCCD8和CD8亚群在体内是相同势能的APC,但IL-12的产生主要来自CD8亚群。这表明在rBCG感染早期,DC在体内条件下不仅在针对分枝杆菌获得性免疫中发挥主导作用,
5、而且还通过分泌IL-12在自然免疫中起重要作用。研究中还首次发现,rBCG在其感染早期能在DC中存活,但数量没有增长。鉴于DC提呈rBCG抗原能力的迅速丧失,表明除M?外DC亦是rBCG或BCG感染早期的贮存宿主细胞。这些结果为BCG感染与免疫机理提供了新认识,对结核病控制有重要价值,同时,为以BCG作载体研制新型疫苗提供了重要理论依据。3表达MalE重组卡介苗诱导T细胞应答的动力学应用免疫磁性分离技术去除免疫小鼠脾脏中CD4和CD8T细胞后,在ELIOT试验中证实,rBCGMalE诱导的T细胞应答是CD4T细胞依赖的。对MalE、D特异T细胞应答的动态分析结果表明,MalE、BCGwt诱导的
6、特异CD4T细胞应答存在Th1/Th2平衡转换现象,即起始阶段为Th1应答,一段时间后出现Th2应答,并逐步形成Th1/Th2混合应答。在此基础上,进一步分析了rBCGMalE诱导针对MalE不同T细胞表位的应答规律,结果发现,随着感染与免疫过程的发展,针对MalEp68-82和p277-291的特异T细胞应答从起初的Th1应答向Th1/Th2混合类型变迁,非常有趣的是,针对p100-114的特异T细胞应答呈现典型的Th1/Th2平衡转换,而针对p151-165的T细胞应答仅是Th2类型,而且在免疫后较长时间才出现。这些结果不仅进一步验证rB CGMalE诱导的T细胞应答规律,而且还揭示Mal
7、E蛋白不同T细胞表位的功能多样性。此外,研究中证实rBCG不同表达构建产生的MalE及其表达量亦直接影响它们诱导免疫应答的质和量。这些结果亦为疫苗的分子设计提供了新思路。关键词重组BCG,MalE,T细胞表位,树突细胞,巨噬细胞,IL-12,Th1/Th2应答MolecularandCellularMechanismsofTCellImmune ReoesInducedbyRecombinantMycobacteriumbovisBCGAtractMycobacteriumbovisBCGisthemostwidelyusedvaccineallovertheworld,andrepresen
8、tsoneofthemostpromisinglivevectorstodeliverforeignantigetotheimmunesystem.However,untilnow,littleisknownaboutthemechanismsofinteractionbetweenBCGorrecombinantBCG(rBCG)andhostimmunesystem,andthedetailedcharacteristicsofcell-mediatedimmunityinducedbyrBCGorBCG.Toaddrethesequestio,therBCGexpreingMalEpro
9、teinofEscherichiacoli(rBCGMalE)wasusedasmodelstraintostudythemechanismsbywhichMalEproteinispresentedbymajorhistocompatibilitycomplexcla(MHC)moleculestoTcells,todefinethefunctionaldiversityofTcellepitopesofexpreedMalEfromrBCG,andtodemotratethecharacteristicsandregulationmechanismsofThreoesinitiatedby
10、rBCGMalE.1.IdentificationofTcellepitopesofMalEproteinexpreedbyrecombinantMycobacteriumbovisBCGTheepitoperepertoireofexpreedMalEfromrBCGwasanalyzedinvitrobyantigenpresentationaayusingdendriticcells(DCs)asantigenpresentingcell(APC)pulsedwithrBCGMalE、BCGwtorpurifiedMalEprotein.FourTcellepitopesofMalEpr
11、oteinpresentedonthesurfaceofthoseDCspulsedwithrBCGMalEandpurifiedMalEproteinwererecognizedbyCD4ThybridomasecificforMalEpeptidesp68-82,p100-114,p151-165andp277-291,reectively,whereasDCspulsedwithBCGwtfailedtostimulatetheseThybridomas.TheresultsalsoshowedthatrBCGMalEinducedinvivoTcellproliferationandI
12、FN-reoesagaitMalEproteinanditspeptidesorDantigenwhileBCGwtonlytriggeredreoesecificforD.rBCGMalEfunctionallyexpreedthefourTcellepitopesofMalEproteinandepitopemaingfrommiceimmunizedwithrBCGMalEshowedthatnonovelepitop esorcrypticepitopeswererevealedinrBCG,andthep68-82wasimmunodominantepitopeandtheother
13、sweresubdominantepitopes.ItwasfurthershownthatBCGisoneofthemostpromisinglivevectorstoexpreanddeliverforeignantigetotheimmunesystem.2.TheroleofdendriticcellsduringtheearlystagesofarecombinantMycobacteriumbovisBCGinfectionPhagocyticcellswithAPCfunctioplayanimportantroleinresistancetobacterialinfection
14、inturnthattheycanstimulateTcellreoesenhancingbacterialclearance.Macrophages(M?)areprivilegedhostcellsforintracellularbacteriaandthusrepresentalargereservoirofantigenicmaterial,butDCsaremuchmorepotentAPC.Therefore,inTcellimmunitytobacteriatheroleofthesetwophagocyticcellsisnotclearlyestablished.Here,w
15、einvestigatedivivotherelativecontributionofM?andDCsuetstotheantibacterialTcellreoetoMycobacteriumbovisBCG.Twelvehoursafteri.v.administrationofrBCGMalE,therateofinfectionintheleenwascomparableforM?andDC.However,thepresenceofimmunogenicMalEpeptides/MHCcomplexeswasdetectedexvivoonDC,butnotonM?,usingTce
16、llhybridomasecificfortheMalEprotein.Likewise,upregulationofCD40,B7.1andB7.2moleculesandproductioofIL-12p40followinginfectionwasonlyoervedforDC,confirmingtheexclusiveroleofDCinstimulatingTcellreoes.CD8andCD8leenDCwereequallypotentantigenpresentingcellsinvivo,buttheproductionofIL-12wasmainlyaociatedwi
17、ththeCD8suet.Altogether,thesedataindicatedthatinvivoDCplayedaprimaryrolenotonlyinacquiredimmunitytomycobacteriaintheearlytimesofinfection,butalsoiniateimmunitythroughIL-12secretion.Strikingly,BCGbacillussurvivebutremainstableinnumberintheDCduringtheearlystagesofinfection.AsantigenpresentationbyDCisr
18、apidlylost,thissuggeststhatDCmayrepresentahiddenreservoirformycobacteria.Theseresultswereveryusefulforthepreventionoftuberculosisandrelatedinfectio,andforthedevelopmentofnewvaccinesbasedonBCGvector. 3.KineticsofTcellimmunereoesinducedbyrecombinantMycobacteriumbovisBCGexpreingMalEproteinInordertodete
19、rminethecharacteristicsofTcellreoesinducedbyrBCGMalE,thelenocytesfromimmunizedmiceweretreatedtodepleteCD4orCD8 Tcellsbyanimmunomagneticselection,thenthesecellswereusedtomeasuretheIFN-orIL-2reoestoMalEproteinoritspeptidesinELIOTtest.NoIFN-orIL-2reoesagaitMalEanditspeptidesweredetectedafterdepletionof
20、CD4Tcells,incontrast,highlevelofIFN-orIL-2reoesagaitMalEanditspeptideswerestilldetectedafterremovingCD8Tcells.TheseresultsclearlyindicatedthatTcellreoesinducedbyrBCGMalEwereCD4Tcell-dependent.TheresultsofanalyzingTcellreoestoMalEproteinorDafterrBCGMalEimmunizationshowedthatinitialTh1reoestoBCGorrBCG
21、weremodulatedduringthecourseofinfectiontobecomeamixedTh1/Th2reoes.ToverifythisphenomenonofTh1/Th2shift,wefurtheranalyzedthekineticreoestoMalEpeptidesafterrBCGMalEimmunization.Tcellreoesagaitp68-82andp277-291wereshiftfromTh1typetoTh2type,thenbecomeamixedTh1/Th2reoe.Intriguingly,Tcellreoestop100-114weretypicalshiftofTh1/Th2reoes,whileonlyTh2reoestop151-165weredetectedatlatertimepoints.ThisrevealedthatMalEproteinhadfunctiona
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