qRT-PCR檢測結核分枝桿菌蛋白抗原編碼基因表達水平

陳 偉,王遠志,李永祥,米利古,張 輝,張 娟,魏克娜,袁 俐

(1.石河子大學醫(yī)學院病原生物學與免疫學教研室,新疆石河子 832002;2.婁底市中心醫(yī)院輸血科,湖南婁底 417100）

結核病是人類致死的主要感染性疾病之一,全世界有1/3的人感染過結核分枝桿菌,且以每年有900萬新發(fā)病例的速度發(fā)展[1]。隨著耐藥和耐多藥結核的不斷出現(xiàn),導致傳統(tǒng)的以異煙肼為一線治療藥物的化療方案失效,使結核病成為當前嚴重危害人類健康的公共衛(wèi)生問題,因此對耐藥結核病的早期診斷和早期治療是控制耐藥結核病的至關重要的[2]。

結核分枝桿菌無內(nèi)毒素也不產(chǎn)外毒素和侵襲性酶,其致病性可能與細菌在組織細胞內(nèi)大量繁殖引起的炎癥、菌體成分和代謝物質的毒性及機體對菌體成分產(chǎn)生的免疫損傷有關,而結核分枝桿菌分泌的蛋白及菌體蛋白在宿主抗結核分枝桿菌免疫反應中發(fā)揮著重要作用。結核分枝桿菌mRNA的半衰期很短(約3-5 mim）,是結核分枝桿菌活菌診斷及檢測藥物敏感性很好的分子標志[3]。本試驗從轉錄水平來探討結核分枝桿菌蛋白抗原編碼基因的表達水平在耐藥菌株和敏感株及北京基因型和非北京基因型中的差異以及qRT-PCR診斷活菌的價值。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 標本來源 結核分枝桿菌標準株H37Rv由北京結核病胸部腫瘤研究所提供,46株結核分枝桿菌臨床分離株(本實驗室保存菌種）,其中耐藥組22株,敏感組24株,北京基因型組26株,非北京基因型組20株,以及2株非結核分枝桿菌。藥物敏感試驗采用絕對濃度法,結果判定以在濃度高于1 μ g/ml的異煙肼培養(yǎng)基上生長為異煙肼耐藥[4],北京基因型分型采用RD105缺失基因檢測法進行分型[5]。

1.1.2 主要試劑與儀器 細菌RNA提取試劑盒購自Omega公司,逆轉錄試劑盒購自上海東洋紡生物科技有限公司,PMD18-T載體、熒光定量PCR試劑盒購自寶生物工程(大連）公司,Smart CyclerⅡ實時定量PCR儀購自Cepheid公司。

1.1.3 引物設計及合成 通過primer3.0在線軟件設計實時定量引物(表1）。

表1 引物序列

1.2 方法

1.2.1 細菌總RNA提取及逆轉錄 取7H9液體培養(yǎng)基(含OADC）中生長至對數(shù)期的細菌1-3 ml,按Omega公司的細菌RNA提取試劑盒操作步驟提取RNA,1.2%變性瓊脂糖電泳檢測其完整性。取1 μ l RNA于65℃變性5 min,立即置于冰上,按逆轉錄體系 :primer mix 0.5 μ l、逆轉錄酶 0.5 μ l 、Buffer 2.0 μ l、RNA 1.0 μ l、H2O(無Rnase）6.0 μ l。37℃15min,98℃5 min,逆轉錄為cDNA后,-20℃保存。

1.2.2 Siga、fbpB、psts1及mpt64定量質粒標準品的制備 以 cDNA為模板,擴增 Siga、fbpB、psts1及mpt64的基因片段。PCR產(chǎn)物經(jīng)2%瓊脂糖凝膠電泳分離,用膠回收試劑盒回收后,與pMD18-T simple載體連接。將連接產(chǎn)物轉化入感受態(tài)DH5а,涂布于含50 μ g/mL氨芐青霉素的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)過夜。取培養(yǎng)基中生長的菌落,菌落PCR進行初步鑒定,陽性克隆送測序分析(由上海生物工程公司完成）。從測序正確的陽性菌株中抽提質粒,-20℃保存。

1.2.3 qRT-PCR檢測Siga、fbpB、psts1 及mpt64 mRNA表達水平 將含siga、fbpB、psts1及mpt64基因的質粒,準確定量后倍比稀釋(10×）,分別制備成107、106、105、104、103、102、101copies/μ L 的標準品,以稀釋的標準品及陰性對照分別進行實時定量PCR。反應體系(共 25 μ l）:SYBR Premix(2 ×）12.5 μ l,上 、下游引物各 0.5 μ l,模板 2.0 μ l,H2O 9.5 μ l。 反應條件:95℃預變性5 min,95℃15 s,62℃30 s,72℃30 s,40個循環(huán),Smart CyclerⅡ實時定量PCR儀器自動繪制標準曲線及融解曲線。

1.2.4 統(tǒng)計分析 將所測得樣品的Ct平均值代入標準曲線,得出內(nèi)參基因和目的基因的表達量。經(jīng)過標準化后得出相對表達量(相對表達量=實際表達量/內(nèi)參基因表達量）,運用spss13.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結果

2.1 Siga、fbpB、psts1及 mpt64標準曲線的建立

Siga的標準曲線方程為:y=-0.358x+11.618,曲線的斜率為-0.358,相關系數(shù)為1.000,擴增產(chǎn)物的溶解曲線有一個主峰值,無非特異性擴增及引物二聚體產(chǎn)生。

2.2 樣品檢測結果

fbpB、psts1及mpt64基因在敏感菌株、耐藥菌株、北京基因型、非北京基因型及H37Rv中的表達水平(詳見表2）。由表中結果得出結核分枝桿菌psts1基因在北京基因型菌株中的表達低于標準株H37Rv及非北京基因型菌株,mpt64基因在耐藥菌株中的表達低于標準株H37Rv及敏感菌株。

表2 結核分枝桿菌 fbpB、psts1及 mpt64基因的表達水平

3 討論

qRT-PCR是指在PCR指數(shù)擴增期間通過連續(xù)監(jiān)測熒光信號強弱的變化來即時測定特異性產(chǎn)物的量,并據(jù)此推斷目的基因的初始量。實現(xiàn)了PCR從定性到定量的飛躍,具有特異性更強、有效解決PCR污染問題、自動化程度高等特點。已被廣泛地應用于結核分枝桿菌的鑒定以及耐藥性的檢測上[6,7]。孟茹等以CFP-10基因建立的qRT-PCR檢測結核分枝桿菌的靈敏度高,檢測下限達1×101copies/μ L,比常規(guī)PCR敏感性高出100倍[8]。PCR技術已廣泛應用于結核分枝桿菌的研究當中,由于在接受標準有效化療的肺結核患者的痰標本,培養(yǎng)轉陰后180天仍有25%的標本DNA檢測陽性[3],所以檢測到DNA分子不能判斷細菌的死與活,而mRNA定量體外擴增法主則可以快速判斷是否為活菌,用于化療效果的監(jiān)測具有早期快速評價的功能,根據(jù)檢測結果及時判斷治療是否有效以及是否需要及時調整治療方案。因此,以結核分枝桿菌mRNA分子為靶點的活菌檢測是較DNA診斷更先進一步、不可替代的方法,特別是對結核分枝桿菌這類體外培養(yǎng)生長十分緩慢的病原菌的診斷更具有獨特的意義。

由psts1基因編碼的38kDa蛋白是一種磷酸鹽轉運蛋白(屬于結核菌的膜蛋白）,與結核桿菌磷酸鹽特異性轉運系統(tǒng)有關。該蛋白含有特異的供B淋巴細胞和T淋巴細胞識別的抗原表位,可以誘導機體產(chǎn)生較強烈的體液免疫和細胞免疫。本試驗中檢測發(fā)現(xiàn)psts1基因表達量在北京基因型菌株中相比非北京基因型菌株及H37Rv是下調的,這與Pheiffer等[9]的報道一致,Pheiffer等比較了北京基因型菌株和標準株H37Rv的蛋白差異,實驗結果發(fā)現(xiàn)和H37Rv相比,北京基因型菌株PstS1(38kDa蛋白）蛋白表達明顯減少。北京基因型菌株具有活躍的傳播能力,易獲得耐藥性是北京基因型分布流行廣泛的內(nèi)在原因之一。北京基因型菌株同耐藥性具有相關性[10]。因此可以推測北京基因型菌株是一組起先有相同祖先的菌株進化而來,并在進化過程中部分蛋白抗原編碼基因表達下調,引起宿主非保護性免疫及抑制和逃逸宿主免疫,從而獲得耐藥性。

由mpt64編碼的MPT64蛋白是結核分枝桿菌短期培養(yǎng)物濾過蛋白的主要成分之一,只存在于致病性結核分枝桿菌中,可被大多數(shù)結核病人和結核感染者的免疫系統(tǒng)所識別[11]。Roche等[12]通過測定MPT64蛋白的人T淋巴細胞表位,發(fā)現(xiàn)其抗原表位主要在124-143氨基酸殘基區(qū)域,小鼠和豚鼠的動物實驗結果顯示MPT64具有很高的抵抗結核分枝桿菌感染的免疫保護力。在本實驗的檢測中發(fā)現(xiàn)mpt64編碼基因在耐藥菌株中的表達水平顯著低于敏感株及標準株,從而引起宿主對感染的結核分枝桿菌免疫應答不強烈,可能是導致臨床上感染耐藥菌株的結核病表現(xiàn)出毒力、致病力以及傳染力下降且潛伏期延長的原因之一。

從基因表達的mRNA水平到最終合成的蛋白質水平,這其中包含著蛋白質翻譯的調控、糖基化、磷酸化等諸多因素的影響,這些因素都有可能改變作為直接作用因子的蛋白質的功能。基因的轉錄水平是基因表達過程中最重要的第一個具有高度選擇性的環(huán)節(jié),轉錄后調控在決定蛋白質結構與功能上也是十分關鍵的。因此從蛋白水平及宿主方面來研究耐藥結核同樣具有重要意義。

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