两种出血热病毒黏蛋白样糖蛋白在小鼠体内的致病效应及肠道病毒71型致病性差异分子基础的初步探讨

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出血热病毒是一类可引起临床上以发热、出血、休克为主要特征的出血热病原体,目前有四个科的病毒可以引起出血热症状。埃博拉病毒(Ebolavirus)和克里米亚-刚果出血热病毒(Crimean-Congo hemorrhagic fever virus,CCHFV)分别属于丝状病毒科及布尼亚病毒科,均属于生物安全四级病原,它们在临床上均能导致全身多方面出血的严重症状,且致死率极高。肠道病毒71型(Enterovirus71,EV71)是一类引起手足口症状并可累及中枢神经系统引起严重的并发症的常见病原,其神经源性的并发症在临床上引起较高的死亡率。目前关于两种出血热病毒在临床上致病的具体机制和EV71在临床上引起轻重症差异的分子机制还未研究清楚。本文对埃博拉病毒和克里米亚-刚果出血热病毒糖蛋白(特别是黏蛋白样区域,mucin-like domain)的致病性开展了研究,同时对从临床致死病患分离的EV71毒株进行了细胞水平毒性分析。  前期发现埃博拉病毒mucin-like糖蛋白(Emuc)的细胞质膜表达会导致细胞病变,为进一步在体内水平研究Emuc致病性,对可表达质膜型Emuc的重组腺病毒及对照病毒进行大量扩增及纯化,利用Western-blot、免疫荧光、流式细胞实验再次确认了Emuc与跨膜小分子TVA正确融合并表达于细胞质膜表面,然后将纯化的病毒在小鼠体内进行基因转移实验。利用小动物成像、组织切片病理学染色及免疫组化等技术对小鼠组织进行分析,结果表明,Emuc可引起小鼠骨骼肌肌肉红肿痉挛,诱导明显的肌肉损伤及结缔组织增厚,并引起以中性粒细胞为主的炎性细胞浸润,由此建立了一种新的研究Emuc在体内致病性的实验动物模型,为开发治疗埃博拉病毒病(Ebolavirus disease,EVD)疫苗及药物提供了思路。之后,构建了以腺病毒为载体,分别表达埃博拉病毒糖蛋白GP、缺失mucin-like domain的GP△mucin、可溶型sGP、shedGP以及弱毒株REBOV mucin-like domain(REmuc)的重组腺病毒,并在细胞水平上检测几种蛋白的生物学特性。结果表明,GP在缺失MLD后,对细胞表面免疫及黏附相关分子的表达影响变小,对细胞的毒效应减弱;可溶型sGP及shedGP对细胞膜表面分子表达丰度上有一定下调,可诱导细胞病变效应;质膜形式表达的REmuc类似于Emuc可诱导明显的细胞病变效应。之后将利用前期构建的实验动物模型研究这几类蛋白在小鼠体内的致病能力,为进一步解释EVD的致病机制提供理论依据。  MLD是EVD重要的致病因子之一,克里米亚-刚果出血热病毒与埃博拉病毒同属RNA病毒,且临床上能引起相似的出血现象,CCHFV编码的黏蛋白样非结构蛋白mucin(CCHFV mucin,Cmuc)在该疾病的致病性中扮演的角色是我们的研究重点。本实验室前期研究发现,质膜形式表达的Cmuc同Emuc类似也能引起较弱的细胞病变效应,并能诱导补体激活导致的细胞损伤。为进一步在小动物模型中分析Cmuc功能,对质膜表达型Cmuc腺病毒载体(ADV-Cmuc-TVA)进行了扩增及纯化,并鉴定纯化病毒的蛋白表达及功能。结果表明融合跨膜分子TVA并表达于细胞膜表面的Cmuc在细胞上引起较弱的细胞病变效应,对表面分子人白细胞抗原Ⅰ类分子(human leukocyte antigen classⅠ,HLA-Ⅰ)及β-integrin有轻微下调,与前期观察结果一致。利用前期建立的实验动物模型,将重组腺病毒ADV-Cmuc-TVA在小鼠体内进行基因转移实验并进行病理学相关分析。研究结果表明,Cmuc在小鼠体内的转导可引发肌肉表面轻度红肿,且骨骼肌结缔组织表现出一定程度的炎症反应及增生,部分肌肉组织内出现毛细管淤血及出血现象,说明Cmuc在CCHFV致病性中参与了重要作用,为进一步研究该疾病分子机制做铺垫。  肠道病毒71型在临床上可引起婴幼儿产生手足口轻症或严重的神经源性的并发症并致死,其在临床上产生不同症状的致病机制仍不清楚。本研究对从EV71感染致死患者中分离得到的四株EV71病毒进行细胞水平实验,发现其中一株病毒F173-WH在感染早期引起的细胞病变较弱,免疫荧光显示病毒的蛋白表达量较低,形成的噬斑个体较小且边缘不清晰,一步法生长曲线显示其相对其他三株病毒增殖能力更弱。通过生物信息学分析发现,四株病毒在进化上属于中国大陆流行株C4a型,F173-WH在5UTR、结构蛋白VP1、非结构蛋白3D中与其他三株存在部分核苷酸及氨基酸位点差异,并在空间结构上引起变化,推测这些位点的差别是引起细胞水平病毒复制效率较低、病毒毒力较弱的影响因子,为进一步在动物水平上检测其毒力差别及揭示EV71导致临床轻重症差异的机制奠定了基础。  探索病毒在宿主体内引起致病性的决定性毒力因子是病毒学研究一直致力的方向,本论文通过对两种出血热病毒EBOV、CCHFV及肠道病毒71型的研究,揭示了几种影响病毒毒力的重要因子,为进一步研究病毒的致病机制提供了理论基础。
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