弓形蟲微線體蛋白MIC9的原核表達及免疫反應性分析

張梓軒，黃武琴，鄭百利，于金玲，史麗華，李冰，劉孝剛

(錦州醫科大學畜牧獸醫學院，遼寧 錦州 121001)

弓形蟲病是由弓形蟲屬的剛地弓形蟲(Toxoplasmagondii)引起的一種重要人畜共患寄生蟲病，特別是當宿主免疫力下降時更容易感染發病，是一種重要機會性致病原蟲[1-2]。弓形蟲宿主范圍十分廣泛，能感染包括人在內的所有溫血動物[3]。弓形蟲病呈世界性分布，據相關文獻報道，全世界大約有1/3的人類被弓形蟲感染，歐美人群的感染率達到25%～50%，個別國家高達80%。最新的一項調查結果顯示，我國普通人群弓形蟲抗體陽性率為8.2%，孕婦為8.6%[4]。在動物感染方面，我國部分地區綿羊、雞弓形蟲的平均感染率分別為13.87%、19%[5]，遼寧省豬的血清陽性率為11.3%[6]。該病不僅對人類健康構成嚴重的威脅，同時也能導致動物的廣泛感染和發病，給畜牧業造成巨大的經濟損失。

微線體蛋白(MIC)是由位于弓形蟲前端的微線體所分泌，在弓形蟲黏附和侵襲宿主的過程中起到十分重要的作用[7]。目前已知的微線體蛋白有27種，包括 MIC1～MIC17、頂膜抗原(AMA1)、枯草桿菌蛋白酶(SUB1)、菱形體蛋白(ROM1)、金屬蛋白酶(TLN4)、可變性血小板反應蛋白(SPATR)等，目前關于MIC1～MIC8等微線體蛋白的研究報道較多，而針對MIC9的研究較少[8]。本研究對微線體蛋白MIC9進行克隆和表達，并對其免疫反應性進行分析，為MIC9蛋白免疫功能等后續相關基礎研究及臨床應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蟲株、菌株和質粒

弓形蟲RH蟲株由本實驗室保存提供，克隆菌株DH5α和表達菌株大腸桿菌BL21購于寶生物工程(大連)有限公司，表達載體pGEX-4T-1購于武漢淼靈質粒有限公司。

1.1.2 主要試劑

血液/細胞/組織基因組DNA/RNA提取試劑盒(離心柱型，貨號：DP315)、質粒小量提取試劑盒(貨號：D1100)，購于天根生化科技有限公司；瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒、2×Taq酶、反轉錄試劑盒，購于北京康為世紀生物科技有限公司；pMD-18T載體、內切酶EcoRⅠ和SalⅠ、T4連接酶，購于寶生物工程(大連)有限公司；異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)、5×蛋白上樣緩沖液、2×蛋白上樣緩沖液、DL2000 DNA Marker、DL5000 DNA Marker，購于北京索萊寶科技有限公司；預染蛋白Marker，購于碧云天生物技術；聚偏二氟乙烯膜(PVDF)，購于美國密理博；弓形蟲RH株鼠源全蟲多克隆抗體(貨號：GTX36747)，購于LifeSpan BioSciences；谷胱甘肽S-轉移酶(GST)標簽單克隆抗體、辣根過氧化物酶(HRP)標記山羊抗鼠lgG，購于凱基生物；增強化學發光法(ECL)發光顯色液，購于上海天能。

1.2 方法

1.2.1 引物設計

利用Oligo 7軟件參照已公布的MIC9蛋白基因序列(GenBank:XM_018780746.1)設計1對引物，2條引物5′端分別插入EcoRⅠ和SalⅠ限制酶切位點(下劃線處)，引物由上海生工生物工程股份有限公司合成。上游引物：5′-GCAGGAATTCATGAGGGTTTCGTTTAACGTAC-3′，下游引物：5′-GCAGGTCGACTCAATACATTCCTTCAAAATCG-3 ′。

1.2.2 弓形蟲MIC9基因PCR擴增

用DNA/RNA提取試劑盒提取弓形蟲RH株總基因組，并對基因組進行反轉錄，用本研究設計的引物進行PCR擴增，同時設陰性對照。反應體系50 μL：模板5 μL、2×Taq酶25 μL、上游引物和下游引物各2 μL、ddH2O 16 μL。反應條件：94 ℃預變性3 min；94 ℃變性30 s，52 ℃退火30 s，72 ℃延伸45 s，35個循環；72 ℃總延伸5 min。

1.2.3 MIC9基因重組克隆質粒的構建及測序

用瓊脂糖凝膠純化回收試劑盒回收目的片段，然后將目的片段與pMD-18T載體連接后，轉化到大腸桿菌DH5α感受態細胞中，提取質粒，進行EcoRⅠ、SalⅠ雙酶切鑒定，并將鑒定正確的重組克隆質粒進行測序。

1.2.4 MIC9基因片段的原核表達載體構建

用EcoRⅠ、SalⅠ雙酶切pGEX-4T-1原核表達載體，膠回收載體片段。將重組克隆質粒雙酶切后獲得的目的片段膠回收產物和pGEX-4T-1載體的酶切膠回收產物用T4連接酶16 ℃連接過夜，將連接產物轉化到感受態細胞大腸桿菌 BL21，然后提取重組質粒并進行EcoRⅠ、SalⅠ雙酶切鑒定，用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳檢測鑒定結果。

1.2.5 重組蛋白MIC9在大腸桿菌中的表達分析

將鑒定正確的重組質粒轉化到大腸桿菌BL21感受態細胞中，IPTG(終濃度為1.5 mmol/L)37 ℃誘導表達6 h，同時設置對照組，對照組不加入IPTG，其余條件均一致。分別取誘導和對照組菌液1 mL，12 000 r/min離心1 min，棄上清，加入1 mL PBS重懸沉淀，10 000 r/min 離心1 min，棄上清，清洗3次。菌體沉淀用40 μL ddH2O重懸，加入10 μL 5×SDS上樣緩沖液二硫蘇糖醇(DTT)，混勻后，沸水煮5 min，冷卻至室溫；10 000 r/min 離心1 min，取10 μL上清進行 SDS-PAGE分析表達產物。

1.2.6 Western blot對重組蛋白MIC9的驗證與分析

1.2.6.1 GST標簽抗體進行Western blot驗證

取MIC9蛋白樣品進行SDS-PAGE檢測，電泳結束后，以GST標簽抗體作為一抗，以HRP標記山羊抗鼠IgG抗體為二抗進行Western blot檢驗，驗證重組蛋白的表達情況。

1.2.6.2 用弓形蟲全蟲抗體進行Western blot驗證

取蛋白樣品進行SDS-PAGE檢測，電泳結束后，以弓形蟲全蟲抗體作為一抗，以HRP標記山羊抗鼠IgG抗體為二抗進行Western blot檢驗，對重組蛋白的免疫反應性進行檢驗和分析。

2 結果與分析

2.1 弓形蟲RH株MIC9基因PCR擴增

以弓形蟲RH株總DNA作為模板，用本研究設計的引物進行PCR擴增，凝膠電泳結果顯示，擴增出1條約900 bp的條帶，與預期目的片段大小相一致，結果如圖1。

2.2 MIC9基因重組克隆質粒的構建及測序

將MIC9基因片段連接到pMD-18T載體，提取質粒經雙酶切獲得約2 000和900 bp的2個片段，與預期結果一致，詳見圖2。陽性質粒測序獲得有效核苷酸903 bp，與預期結果一致，測序結果已上傳到NCBI數據庫，并獲得基因編號： MK704431。經BLAST比對，與基因數據庫中已有的4條弓形蟲MIC9基因序列同源性均在99%以上，具體比對結果如下：與其中3條基因(MK704432.1、XM-018780746.1、LN714502.1)的同源性均為99.89%，與另1條基因AF353166.1的同源性為99.11%，證明pMD-18T-MIC9重組質粒構建成功。

M.DL2000 Marker；1. MIC9目的基因擴增片段；2. 陰性對照

M. DL5000 Marker；1. pMD-18T-MIC9質粒；2. pMD-18T-MIC9質粒酶切

2.3 MIC9基因原核表達載體鑒定

用EcoRⅠ、SalⅠ雙酶切pGEX-4T-1原核表達載體和pMD-18T-MIC重組質粒，將MIC9基因片段連接到pGEX-4T-1載體，提取質粒經雙酶切鑒定，獲得約4 000和900 bp的2個片段，與預期結果一致，陽性質粒測序結果插入片段為903 bp，無基因突變，證明pGEX-4T-1-MIC9原核表達載體構建成功。詳見圖3。

2.4 重組蛋白MIC9在大腸桿菌中的表達

用1.5 mmol/L的IPTG誘導表達6 h，菌體蛋白(上清液)經SDA-PAGE檢測顯示，MIC9重組蛋白樣品和空載分別在59 kDa(含標簽蛋白)和26 kDa處有明顯蛋白表達條帶，表明成功誘導出MIC9重組蛋白，其結果如圖4。

M. DL5000 Marker；1. pGEX-4T-1-MIC9質粒雙酶切；2. pGEX-4T-1-MIC9質粒

M.蛋白質Marker；1.誘導菌體蛋白；2.未誘導菌體蛋白；3. pGEX-4T-1載體誘導；4. pGEX-4T-1未誘導

2.5 MIC9重組蛋白的GST標簽抗體Western blot驗證

重組蛋白pGEX-4T-1-MIC9(上清液)經SDS-PAGE檢測結束后，采用半干轉方法用轉膜儀將凝膠上的蛋白轉印到PVDF膜上，用GST單克隆抗體為一抗進行Western blot驗證，其顯影結果表明誘導后的重組蛋白MIC9和GST標簽載體的目的蛋白處均有1條59 kDa(含GST標簽)和26 kDa大小的目的蛋白條帶，證明重組蛋白MIC9成功表達，如圖5。

2.6 MIC9重組蛋白弓形蟲全蟲抗體Western blot驗證

將重組pGEX-4T-1-MIC9蛋白轉印到PVDF膜上，用弓形蟲全蟲抗體為一抗進行Western blot驗證，其結果表明經誘導后的重組pGEX-4T-1-MIC9蛋白有預期的目的蛋白條帶(59 kDa)，能被弓形蟲全蟲抗體特異性識別，證明重組蛋白MIC9具有免疫反應性，如圖6所示。

M.蛋白質Marker；1. 誘導菌體蛋白；2. 未誘導菌體蛋白；3. pGEX-4T-1載體誘導；4. pGEX-4T-1空載體未誘導

M. 蛋白質Marker；1. 誘導菌體蛋白；2. 未誘導菌體蛋白

3 討論

微線體是位于弓形蟲前部的分泌器官。所有微線體蛋白均在粗面內質網內合成，再經高爾基體到達微線體中貯存，最后分泌到蟲體表面，在識別、黏附、侵入宿主細胞的過程中發揮重要的作用[9]。在微線體蛋白的合成、運輸和分泌過程中,多種微線體蛋白會結合起來，以復合體的形式發揮作用[10]。除上述功能外，某些微線體蛋白(MIC1、MIC3、MIC4、MIC6、MIC8等)具有一定的免疫功能，是弓形蟲的疫苗候選分子[11]。

關于MIC1-8等微線體蛋白的研究報道較多，而針對MIC9的研究較少[7]。目前已知MIC9具有跨膜結構，含有表皮生長因子樣結構域，能夠在包囊內慢殖子期表達，關于微線體蛋白MIC9其他方面的信息報道較少[12]。

本研究成功擴增出大小為903 bp的MIC9基因片段，在大腸桿菌中成功表達，經免疫學鑒定，MIC9重組蛋白能夠被弓形蟲全蟲抗體特異性識別，證明重組蛋白MIC9具有良好的免疫反應性。本研究結果為微線體蛋白MIC9相關基礎研究及臨床疫苗的研究提供了參考。