中国实验血液学杂志Journal ofExperimental Hematology 2004;12(3):359—362 ・359・ 文章编号【Article ID):1009—2137【2004)03 0359 04 ・论著・ 生物素化HCV多抗原表位融合基因的克隆 及可溶性表达 李保昌,孙萍,杨淑华,王全立 军事医学科学院野战输血研究所,北京100850 摘要 为了建立丙型肝炎病毒抗体(HCV—Ab)的双抗原夹心ELISA检测方法,克隆表达带有生物素标签的HCV 多种抗原优势表位融合蛋白,选取HCV各抗原如Core,NS3,NS4,NS5和E的优势抗原表位片段编码序列,克隆重 组为融合基因,插入Pinpoint xa一1 T载体中诱导表达,并用Western blot进行抗原性及标签生物素活性鉴定;表 达抗原经Promega SoftLink Soft Release Avidin Resin系统亲和层析纯化后包被酶联板,用抗HCV单片段抗体阳性 血清对表达融合蛋白各区的抗原性作间接ELISA法鉴定。结果显示:成功构建了带有生物素标签的HCV多抗原 表位融合基因表达载体,该载体可在JM109(DE3)中可溶性表达目的蛋白,表达产物携带生物素标签,融合的各片 段区均具有良好的抗原性。结论:所构建融合抗原可可溶性表达,可以用作双抗原夹心ELISA的酶标抗原,所含生 物素标签也可用作酶联检测的生物素一亲和素信号放大系统。 关键词 丙型肝炎病毒;融合抗原;ELISA;生物素 R373 2 文献标识码 A 中图分类号 Cloning and Expression of a Biotinylated Multiple—epitope HCV Fusion Antigen Gene LI Bao—Chang,SUN Ping,YANG Shu—Hua,WANG Quan—Li Institute of Blood Transfusion,Academy of Military Medical Sciences,Beijing 100850,China Abstract The aim was to develop a single multiple—epitope fusion antigen which incorporates all of the major immunodominant epitopes from the six functional regions of the HCV genome A nucleic acid sequence consisting of viral core,E1,E2.Ns3,NS4,and Ns5 regions was constructed and inserted into the Promega Pinpoint Xa一1 T vector for inducing expression The protein was expressed in JM109(DE3)as a fusion protein with a 13 kD biotinlated tag to be used for detection and affinity purification Immunogenicity and biotinylated tag of the fusion protein were detected by Western blot analysis with positive anti—HCV serum and streptavidin alkaline phosphatase.After purified by Promega SoftLink Soft Release Avidin Resin,the protein was pre—coated on microwell and detected with anti—core.anti—NS3.anti— NS4 and anti—Ns5 positive sera by EIA,respectively.The results indicated that the recombinant soluble protein was expressed and labelled with biotin successfully,it reacted with anti—HCV positive serum,and exposed all of the major immunogenic epitopes chosen. In conclusion,this recombinant antigen may be used to design an double antigen sandwich anti—HCV immunoassay. Key words hepatitis C vius;fusiron antigen;enzyme linked immunosorbent assay;biotin J Exp Hematol 2004;12(3):359—362 血液中丙型肝炎病毒抗体(HCV—Ab)的检测对丙型 肝炎的诊断和献血者的筛查有着重要的意义。同 HIV、梅毒螺旋体等病原体相比,建立丙型肝炎病毒 抗体检测方法难度更大,因为HCV—Ab的检测需要 联合应用多抗原组分才能保证较高的检出率¨0]。 不仅特异性更好,而且可同时检测IgM及IgG抗 体,可以减少假阳性并缩短窗口期。近年来HIv和 TP等检测的间接法均已被双抗原夹心法取代,而 HCV—Ab检测仍是间接法,原因在于HCV的各基因 工程抗原获得多为包涵体表达,难以复性为可溶性 表达,不能进行酶标记。另外即便能够标记酶,多酶 从第一代检测试剂仅用单一抗原片段,到目前第三 代检测试剂联合应用Core、NS3、NS4、NS5,检出率 有了明显提高。但由于目前的试剂盒都是采用间接 ELISA法,仍存在着较高的假阳性率,在感染率低 于5%的人群中间接ELISA测得的阳性标本中甚 至超过50%被确证试验证明为假阳性 。双抗原 标抗原间的使用配比也很难掌握,这两点是建立 HCV—Ab双抗原夹心法ELISA检测的障碍。为此, 通讯作者:王全立,研究员,博士生导师.电话:(010)66931292.传 真:(010)66931292.E—mail:wangql@arnms.ac.cn 2004—02—24收稿;2004—04—01接受 夹心法与目前应用的间接法相比,有着明显的优势, 360・ 中国实验血液学杂志J Krp He*mired 2004;I 2(3 本研究构建了带有生物素标签的HCV多种抗原优 15 000 g,1 5分钟,取上清与全细菌一起电泳.观 察产物是否有可溶性表达 . 抗原的纯化及各抗原区抗原性鉴定 亲和纯化所用SohLink Soft Release Avidin树脂购 势表位的融合抗原,并使其可溶性表达,为研制 HCV—Ab双抗原夹心法ELISA诊断试剂奠定基础 材料与方法 克隆表达载体、菌株及质粒 Pinpoint Xa一1 F载悻受JM109(DE3)均购自Pro— 自Promega公司,诱导表达后的细菌在裂解缓冲液 中超声破碎,10 000 g离心15分钟.上清与亲和 树脂结合2小时.树脂洗涤后用含5 ttllnol 生物素 的缓冲液竞争洗脱得到表达抗原.用亲和纯化的融 合抗原包被酶联板,检测红十字血液中心H V-Ab nlega公司,该载体为表达载体,可以酶切定向插入 或者A—T克隆插人目的基因 在插人点的上游有 一段序列,编码分子量为13 kD的肽标签.该标签在 质控血清盘中39—46号单片段抗体刚性标本,其中 39—41号为3份抗Core抗体阳性标本.42和43为 大肠杆菌中表达时会被生物素化.因而可用作纯化 标签 也可用于免疫检测中的生物素一亲和素一酶信 号放大系统。PQE一30H(、V质粒为本实验室构建保 存,内含HCV多抗原优势表位融合基因;PCR引物 合成及DNA序列分析均由博亚生物技术公司完 成;HCV单片段抗体阳性血清来自北京市红十字血 液中心邱艳提供的质控血清盘,经Chiron公司的 RIBA检测确认 抗NS3抗体阳性标本,44和45为抗 s4抗体阳性 标本,46号为抗NS5抗体阳性 用间接ELISA方 法检测.每份标本做3孔,取吸光度平均值。 结 果 融台蛋白基因的克隆与鉴定 将从含Amp的LB琼脂平板上挑取的单克隆菌制 克隆含有生物素标签的H(’V多抗原优势表位融合 基因 备模板,PCR扩增产物于1.5%的琼脂糖凝胶上电 泳分离观察.产物的太小与预期相同,为l 450 bp. 上游引物与SP6引物对较P1一P2引物对扩增产物 长度约增加50 bp.表明目的片段已插人且方向正确 (图1) 测序结果进一步证实插入序列阅读框架正 确,序列无错误. 针对PQE一30HCV中插人序列设计合成两条PCR 引物,上游引物P1序列为:5 一TCCTCC(KYFG-i’_ TAGAGTCCT一3。,下游引物P2序列为:5'-TCCTG GTTTTCCCCAGGA一3 +以该质粒为模板 扩增出长 度为1 450 bp的核酸片段.将PCR产物纯化后A—T 克隆插人Pinpoint Xa—l T载体,转化JM109 (DE3)表达菌株.用PCR及酶切鉴定阳性克隆.并 挑选阳性克隆进行插人片段核酸序列测定.、由于奉 载体不具备蓝白筛选功能,PCR扩增鉴定时分别用 ’ M 载体测序引物SP6和下游引物与上游引物配对,前 者应比后者多出50 bp,这样鉴定出的阳性克隆不但 有目的片段的插入,而且具有正确的插入方向.筛选 期—P 酵 l■ — 一-一●一 出的阳性克隆经核酸测序以保证序列的正确性。 重组菌的诱导表达及表达产物的鉴定 将鉴定为阳性且序列正确的表达菌株在含有100 vgiml Amp的LB培养基中诱导表达目的蛋白, 371E,225 rpm,待A6 =0.4左右时开始诱导, IPTG终浓度为0.3 mmol/L,加人诱导剂后5小时 终止o 10 000 g离心15分钟收获菌体 SDS— Figure I・Electrophoresis of PCR products amplified from pos— Rive clones oftransformed JM109(DE3).M:I)GL-2000 DNA inar ̄er.Line l:PI・P2 amplified produc1.1ane 2:PI・SP6Ⅲ・ plified product PAGE电泳分离菌体蛋白,电转印后用Hcv—Ab阳 性血清Western blot鉴定表达产物抗原性,同时用 碱性磷酸酶标记的链霉亲和素Western btot鉴定表 表达产物的抗原性与生物素标签的鉴定 Western blot结果表明,表达目的蛋白具有良好的抗 原性.且在表达的同时被细菌生物素化.标签上的生 物紊可以与链霉亲和素特异性结合,图2中1、2、3 达产物是否被生物素化。将收获菌体超声裂解, 生转素化H[ v多托原表拄融合基因的克隆醍可淳性表选 36l 为印迹膜与混台anti—HCV阳性血清反应后用HRP 标记的抗人[gG结合.加D.M3底物显色;4、5,6为 印迹膜与碱性磷酸酶标记的链酶亲和素反应后用 Pr。mega公司的Western BIlie底物显色 诱导菌超 声裂解上清中有较高含量的目的蛋白,表明该蛋白 为可溶性表达(图3) 。table.El ISA result or samples 39—46 Sa,nple(at Ltitxxly】 39(Core) 40(( fe1 41fC0 ) l t32 【4(}5 I I】j2 42(NS3】 43(N ) O 547 {I 632 M l 2 3 d 5 6 日4fNS4) 45(NS4 】j13 J l118 0 945 (1‘I12 46(NS5 Negative£nntt。l 讨 论 曩检测HCV抗体需要联合应用多种基因工程表达 HCV抗原和台成多肽方能达到较为满意的检出率 由于 ,NS3,NS4和NS5各抗原的性质各异,分 子量不同.对酶联板的吸附包被能力差异也很大,且 基因工程大肠杆菌中表达抗原时多为包涵体,不能 Figure 2.Western hlnt analysis of expr ̄sed protein.1_ine I: low mqdecular weight protein marker.Lines I.4:4I kD NS3 controI.1 ices 2.S:Z9.1 ko c cont ̄oI.Lin怕3,6:65 kB 形成有效的空问结构,这些因素使得目前HCV抗 体检浸ll的E1. ISA方法受 一定的。尽管有研 究者在HCV核心抗原及anti E2抗体方面作了一 recomhinant protein.LiIReS 1,2.3:reactive with HC、-Ab pos- irive serum.Lines 4.5.6:reactive with streptavidin alkaIine phosphata ̄ 些有益的探索,但现有的HCV检测方法仍是最为 简便有效的手段” 双抗原兜心法不受不同病人 对HCV反应时所产生不同IgG亚型的,并可 2 同时检测IgM和IgG,有利于提高检出率,缩短窗口 期,同时与目前的间接法相比特异性也会大大提 高 。 本研究选取HCN各抗原的优势表位编码序 列.构建多抗原表位融合基因,并将其插入Pin— point…Xa一1 T载体,在JM109(DE3)中进行表达。 结果表明,目的基因不但获得了可溶性表达,而且成 功地在表达的过程中被生物素化标记,所选各抗原 表位均显示出良好的抗原性。由于该载体融台蛋白 在大肠杆菌中被翻译的同时可在酶催化下将标签生 物素化,所携带的生物素标签不但可以用于蛋白亲 和纯化,更可用于双抗原夹心检测时的生物素一链霉 Figure 3.SD ̄PAGE analysis of wholeJM109(DE3}cells and sonication lysis supernatan1.Line I:whole bacteria.Line 2: 亲台素信号放大系统 可溶性表达不但有利于NS3 区空间构象依赖的抗原决定簇的形成,也使得融合 抗原能够进行酶标记,为进一步建立双抗原夹心法 El ISA检测HcV.Ab奠定基础: lysis supernatant.Fhe arrow indicate lhe f ̄ion protein 各抗原片段区的抗原性鉴定 研究结果见附表,所有单片段抗体阳性标本均可与 表达融合抗原反应,表明融合抗原中Core,NS3. NSZ,和NS5各区段均显示良好的抗原性。 参考文献 1 Kato N Genome of human hepatitis C vink ̄(I-ICY):gene。瞎an - ・362・ tion,sequence diversity,and variation Mierob Comp Genomics. 2000:5:129—151 2 Pimenov VK,Manas ev Alu,Kolobov AA,et a1.Diagnostic possi— bilities of an immunoenzyme test—system for determining the spec— trum of antibodies tO structural and nonstructural hepatitis C virus antigens.Vopr Viru ̄l,2000;45:44—47 3 Abdel—Harold M,El—Daly M,El—Kafrawy S.el a1.Comparison of escond—and third-generation enzyme immunoassays for detecting an— tibodies to hepatitis C virus.J Clin Microbiol,2002;40:1656— 1659 4 Hyams KC,Riddle J,Rubertone M,甜a1.Prevalence and inci— dence of hepatitis C virus infection in the US military:a seroepide— miologic survey of 21,000 troops.Am J Epidemiol,2001;153:764 770 5 Pandya J,Chakraborti A,Chawla Y Expre ̄ion and purification of 中国实验血液学杂志JExpHemnt0z 2004:12(3) E2/NS1 protein of hepatitis C virus and detection of anti-E2/NS1 an tibodies in chronic liver disease patients.J Biomed Sci,2003:10 276 282 6 Laperche S,Le Marree N,Simon N,et al A new HC\ core anti gen assay based on disassociation of immune complexes:an ahema tive tO molecular biology in the diagnosis of early HCV infection Transfusion,2003;43:958 962 7 Moiler JM,Krarup HB.Diagnosis of acute hepatitis C:anti—HCV or HCV—RNA?Scand J Gastroenterol 2003;38:556—558 8 Chen M,Sallberg M,Sonnerborg A,et a1.Limited humora1 inlrTlu— nity in hepatitis C virus infection.Gastroenterology,1999;116:135 143 9 Nikolaeva L1,Blokhina NP,Tsurikova NN,甜a1.Virus—specific antibody titres in different phases of hepatitis C virus infection.J Vi— ral Hepat,2002;9:429—437