基孔肯雅病毒無(wú)血清培養(yǎng)及滅活病毒保護(hù)效果的分析

王嘉琪，彭浩然，何燕華，趙蘭娟，任浩，王文，戚中田，趙平，唐海琳

海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍醫(yī)學(xué)系生物醫(yī)學(xué)防護(hù)教研室上海市醫(yī)學(xué)生物防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200433

基孔肯雅病毒（Chikungunya virus，CHIKV）屬于披膜病毒科甲病毒屬，是單股正鏈RNA 病毒，基因組全長(zhǎng)約12 000 bp，是我國(guó)重要的輸入性傳染病病原體。CHIKV 最早于1953 年從非洲坦桑尼亞一位發(fā)熱患者標(biāo)本中分離得到［1］，主要通過(guò)蚊媒傳播。CHIKV 包括西非（West African）、東中南非（Eastern-Central-Southern African，ECSA）和亞洲（Asian）型3 種亞型，其中 ECSA 型 CHIKV 在 2005 年出現(xiàn)印度洋型分支（Indian Ocean Lineage，IOL）［2］。西非型CHIKV 主要在西非地區(qū)小規(guī)模流行，對(duì)人類危害小。ECSA 型CHIKV 在2004 年以前主要在東非、中非及南非地區(qū)流行，2004 年從肯尼亞傳入印度洋法屬留尼汪島（Reunion island），并導(dǎo)致有史以來(lái)規(guī)模最大的一次暴發(fā)，病例超過(guò)26. 6 萬(wàn)例［3］；在該次大暴發(fā)中，CHIKV 基因發(fā)生突變，傳播能力增強(qiáng)，2005年12 月擴(kuò)散至印度及東南亞國(guó)家，造成印度超過(guò)100 萬(wàn)人感染［4］；2014 年繼續(xù)擴(kuò)散至南美巴西［5］，當(dāng)前仍在印度、東南亞、歐洲及南美等國(guó)家或地區(qū)流行［6-9］。亞洲型CHIKV 在1954 年首次發(fā)現(xiàn)于菲律賓并一直在東南亞國(guó)家流行，2013 年擴(kuò)散至加勒比海地區(qū)，在中美洲大暴發(fā)，病例超過(guò)137. 9 萬(wàn)［10］。近年來(lái)，我國(guó)福建、浙江等地持續(xù)發(fā)生輸入性病例，并導(dǎo)致本地病例［11-14］。

CHIKV 感染的臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、關(guān)節(jié)痛、皮疹等，嚴(yán)重者發(fā)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，有嚴(yán)重后遺癥，甚至死亡［15-16］，目前國(guó)際上尚無(wú)特效藥和疫苗。滅活疫苗技術(shù)成熟，安全性高，是疫苗研發(fā)優(yōu)先選擇的技術(shù)。滅活疫苗研發(fā)成功的前提是能夠進(jìn)行大規(guī)模病毒生產(chǎn)以及滅活病毒具有足夠的免疫原性和保護(hù)效果。本文對(duì)無(wú)血清條件下CHIKV 的培養(yǎng)及其滅活病毒在小鼠模型上的保護(hù)效果進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1. 1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 60 只同系雌性清潔級(jí) C57BL ／ 6 小鼠，6 周齡，體重16 ~ 18 g，購(gòu)自江蘇集萃藥康生物科技有限公司，動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK（蘇）-2018-0008。置生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室（P3 實(shí)驗(yàn)室）培育。本實(shí)驗(yàn)均以科研為目的進(jìn)行對(duì)小鼠養(yǎng)殖和使用，符合國(guó)家動(dòng)物倫理規(guī)定。

1. 2 病毒及細(xì)胞 感染性克隆Ross 毒株（AF49-0259）和 LR2006 毒株（EU224268）由本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建［17］。Ross 毒株是 1953 年最早分離的毒株，將其滴鼻接種小鼠能導(dǎo)致小鼠發(fā)病，用于CHIKV 疫苗和藥物作用評(píng)價(jià)。LR2006 毒株引起2005 年印度洋地區(qū)大流行，用于滅活病毒制備。所有操作均在P3 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。Vero 細(xì)胞購(gòu)自上海富衡生物科技有限公司（編號(hào)：FH0374）。

1. 3 主要試劑及儀器 VP-SFM 和DMEM 培養(yǎng)基及胎牛血清購(gòu)自美國(guó) Gibico 公司；RNA 抽提試劑TRIzol、反轉(zhuǎn)錄試劑盒（PrimeScrip RT reagent Kit）和SYBR Premix Ex Taq 購(gòu)自日本 TaKaRa 公司；鼠多抗CHIKV E1 和鼠抗GAPDH 購(gòu)自美國(guó)RD 公司；兔多抗CHIKV E2 購(gòu)自中國(guó)愛(ài)博泰克（Abclonal）生物科技有限公司；HRP 標(biāo)記的兔抗IgG、鼠抗IgG 以及Alexa Fluor?488 標(biāo)記的山羊抗小鼠 IgG 購(gòu)自美國(guó)Invitrogen 公司；甲醛購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；β-丙內(nèi)酯、氫氧化鋁佐劑、SDS-PAGE 凝膠制備試劑盒和RIPA 裂解緩沖液購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司；全自動(dòng)細(xì)胞成像及分析系統(tǒng)購(gòu)自美國(guó)BioTek公司；300 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 系統(tǒng)購(gòu)自美國(guó)Applied Biosystems 公司。

1. 4 Vero 細(xì)胞在含或無(wú)血清條件下的培養(yǎng) VP-SFM使用前添加2 mmol ／ L L-谷氨酰胺。完全DMEM 培養(yǎng)基為含10% FBS 的DMEM 培養(yǎng)基，另添加非必需氨基酸、100 U ／ mL 青鏈霉素雙抗和 2 mmol ／ L L-谷氨酰胺。用完全DMEM 培養(yǎng)基培養(yǎng)Vero 細(xì)胞，至細(xì)胞約90%匯合時(shí)，經(jīng)0. 05%胰酶消化細(xì)胞，按2 × 105個(gè)接種 T75 細(xì)胞培養(yǎng)瓶，分別用 VP-SFM 和完全DMEM 培養(yǎng)基于37 ℃和5% CO2孵箱中培養(yǎng)，24、48 和 72 h 后進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，重復(fù) 3 次。

1. 5 CHIKV 在Vero 細(xì)胞上的增殖培養(yǎng)及病毒滅活條件的確定 將Vero 細(xì)胞按1 × 104個(gè)接種T75 細(xì)胞培養(yǎng)瓶，待細(xì)胞在VP-SFM 中生長(zhǎng)48 h 密度約達(dá)90%時(shí)，將 CHIKV 按 0. 1 MOI 感染細(xì)胞，置 37 ℃，5% CO2孵箱培養(yǎng)48 h，待細(xì)胞病變達(dá)70%時(shí)收集病毒上清，用直徑0. 22 μm 過(guò)濾器過(guò)濾細(xì)胞殘?jiān)?80 ℃待用。使用空斑法檢測(cè)病毒滴度，然后分別采用不同濃度（0. 025%、0. 0125%）β-丙內(nèi)酯滅活病毒不同時(shí)間（24、48 h），確定合適的滅活時(shí)間和濃度。采用0. 025%甲醛滅活21 d，再用3. 75%焦亞硫酸鈉 1 ∶100 中和甲醛［18］。β-丙內(nèi)酯在疫苗液體中完全水解，未進(jìn)行殘留處理。以未經(jīng)滅活的CHIKV 作為對(duì)照組。

1. 6 含血清或無(wú)血清條件下Vero 細(xì)胞擴(kuò)增CHIKV效果的比較 將CHIKV LR2006 毒株以0. 1、0. 01和0. 001 MOI 感染 Vero 細(xì)胞，在 VP-SFM 和完全DMEM 培養(yǎng)基中培養(yǎng) 24、48 和 72 h 后，分別收集病毒上清，空斑法檢測(cè)病毒滴度。

1. 7 空斑法檢測(cè)病毒滴度 將不同條件下擴(kuò)增的CHIKV 以 1 ∶10 稀釋 8 個(gè)梯度，各取 200 μL 加至預(yù)先種滿Vero 細(xì)胞的24 孔板上，37 ℃孵育2 h；棄病毒液，加入含4%羧甲基纖維素鈉覆蓋液，1 mL ／ 孔，37 ℃培養(yǎng)72 h；棄覆蓋液，4%甲醛結(jié)晶紫染色，干燥后計(jì)數(shù)。

1. 8 β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活CHIKV 的活性及抗原性檢測(cè) 將0. 025% β-丙內(nèi)酯滅活48 h 和0. 025%甲醛滅活21 d 的CHIKV 接種Vero 細(xì)胞。免疫熒光法檢測(cè)病毒活性：感染 18 h 后，用甲醇于-20 ℃固定細(xì)胞 30 min；3% BSA 室溫封閉2 h；加入鼠多抗CHIKV E1（1 ∶8 400 稀釋），4 ℃孵育過(guò)夜；PBS 洗滌3 次，加入抗兔Alexa Fluor?488 標(biāo)記的山羊抗小鼠IgG（1 ∶1 500 稀釋），避光孵育 1. 5 h；用 DAPI 染細(xì)胞核15 min；PBS 洗滌1 次，全自動(dòng)細(xì)胞成像及分析系統(tǒng)下觀察。Western blot 法檢測(cè)抗原性：將甲醛、β-丙內(nèi)酯滅活病毒及對(duì)照病毒液分別加入RIPA 細(xì)胞裂解液，經(jīng)15% SDS-PAGE 分離后，電轉(zhuǎn)至 PVDF膜，分別加入鼠多抗CHIKV E1、鼠抗GAPDH 和兔多抗 CHIKV E2（分別 1 ∶1 000、1 ∶3 000 和 1 ∶1 000稀釋），室溫?fù)u床孵育 2 h；PBS-T 洗滌 3 次，加入HRP 標(biāo)記的兔抗 IgG 和鼠抗 IgG（均 1 ∶5 000 稀釋），室溫?fù)u床 1 h；PBS-T 洗滌 3 次，加入 ECL 顯色后，用化學(xué)發(fā)光儀進(jìn)行檢測(cè)。以未經(jīng)滅活處理的CHIKV作為對(duì)照組。

1. 9 小鼠免疫及抗體中和試驗(yàn) 分別將甲醛、β-丙內(nèi)酯滅活病毒（2 × 107PFU ／ mL）與等體積 2%明礬［Al（OH）3］混合，室溫 1 h；皮下接種至 6 周齡C57BL ／ 6 雌性小鼠，1 mL ／ 只，共 15 只，為試驗(yàn)組，第1 次免疫14 d 后進(jìn)行相同劑量的第2 次加強(qiáng)免疫。空白組為PBS 與等體積2%明礬混合，其他同試驗(yàn)組。免疫小鼠第28 天經(jīng)眼球采血，分離血清，與500 PFU CHIKV 按 1 ∶80、1 ∶160、1 ∶320、1 ∶640、1 ∶1 280 和 1 ∶25 60 比例混合，37 ℃孵育 1 h；加至預(yù)先接種Vero 細(xì)胞的96 孔板中，每個(gè)梯度3 個(gè)復(fù)孔，37 ℃孵育 18 h；甲醇固定，加入兔抗 CHIKV E1（1 ∶8 400 稀釋），100 μL ／ 孔；加入 Alexa Fluor?488 標(biāo)記的山羊抗小鼠 IgG（1 ∶1 500 稀釋），100 μL ／ 孔，避光孵育 1. 5 h；加入DAPI，利用全自動(dòng)細(xì)胞成像及分析系統(tǒng)進(jìn)行免疫熒光檢測(cè)，對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行熒光計(jì)數(shù)，每個(gè)混合濃度重復(fù)3 孔。對(duì)照組為500 PFU CHIKV 與免疫 PBS 小鼠血清 1 ∶80 混合。

1. 10 兩種滅活病毒對(duì)小鼠攻毒免疫效果的評(píng)價(jià)免疫后28 d，用異氟烷麻醉小鼠，滴鼻接種CHIKV Ross 毒株，劑量為 106PFU ／ 只，以未免疫小鼠作為對(duì)照組。接種當(dāng)天及接種后每天稱量小鼠體重，并在第6 天處死小鼠，取小鼠腦組織，采用組織研磨器將腦組織研磨充分。qPCR 法檢測(cè)腦組織中CHIKV載量：用TRIzol 提取樣本RNA，酶標(biāo)儀檢測(cè)RNA 濃度和純度，按照SYBR Premix Ex Taq 試劑盒方法在7300 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)增。CHIKV 上游引物：5′-ACGCARTTGAGCGAAGCAC-3′，下游引物：5′-CTGAAGACATTGGYCCCAC-5′；內(nèi)參 GAPDH上游引物：5′-ATGCCTCCTGCACCACCAACTGCTT-3′，下游引物 5′-TGGCAGTGATGGCATGGACTGTGGT-3′。引物由Invitrogen 公司合成。反應(yīng)條件：95 ℃預(yù)變性 30 s；95 ℃ 5 s，60 ℃ 31 s，共 40 個(gè)循環(huán)。不接種Ross 毒株小鼠作為空白組。

1. 11 小鼠腦組織病理檢測(cè) 取石蠟包埋的小鼠腦組織切片，HE 染色。DHISTECH PANNORAMIC 全景切片掃描儀拍照觀察組織形態(tài)變化。

1. 12 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用GraphPad Prism 7 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。組間差異比較采用異方差雙尾t 檢驗(yàn)分析，RT-qPCR 定量值統(tǒng)計(jì)學(xué)差異分析前經(jīng)取對(duì)數(shù)處理。多組間比較采用One-way ANOVA 檢驗(yàn)。以P < 0. 05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2. 1 Vero 細(xì)胞無(wú)血清培養(yǎng)的傳代穩(wěn)定性 Vero 細(xì)胞在VP-SFM 中培養(yǎng)至第4 和5 天，細(xì)胞變圓、聚集，部分漂浮；將漂浮細(xì)胞繼續(xù)傳代，細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，3 d 后開始懸?。焕^續(xù)傳代3 次，細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，不再懸?。贿B續(xù)傳至20 代，細(xì)胞形態(tài)在無(wú)血清和含血清培養(yǎng)基中無(wú)明顯差異。見圖1。VP-SFM 培養(yǎng)的Vero 細(xì)胞保持對(duì)數(shù)生長(zhǎng)，72 h 細(xì)胞計(jì)數(shù)顯示，無(wú)血清培養(yǎng)較含血清培養(yǎng)生長(zhǎng)慢（t = 8. 222，P < 0. 01），見圖2。

圖1 Vero 細(xì)胞在VP-SFM 和完全DMEM 培養(yǎng)基中培養(yǎng)形態(tài)的顯微鏡觀察（× 20）Fig. 1 Microscopy of morphology of Vero cells in VP-SFM and complete DMEM media（× 20）

圖2 VP-SFM 和完全DMEM 培養(yǎng)基中培養(yǎng)的Vero細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線Fig. 2 Growth curve of Vero cells in VP-SFM and complete DMEM media

2.2 β-丙內(nèi)酯和甲醛CHIKV 滅活效果 滅活24 h，0. 025%和0. 0125% β-丙內(nèi)酯均能檢出活病毒；滅活 48 h，0. 0125% β-丙內(nèi)酯能檢測(cè)出活病毒，而0. 025% β-丙內(nèi)酯未檢出活病毒；0. 025%甲醛滅活21 d 未檢出活病毒。見圖3。

圖3 β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活CHIKV 的活性Fig. 3 Activity of CHIKV inactivated with β-propionolactone and formaldehyde

2. 3 含或無(wú)血清條件下Vero 細(xì)胞擴(kuò)增CHIKV效果 在不同MOI 條件下，兩種培養(yǎng)基中Vero 細(xì)胞擴(kuò)增CHIKV 的滴度均能達(dá)到108FPU ／ mL，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t = 0. 86，P > 0. 05），相同代次的 Vero細(xì)胞在完全DMEM 培養(yǎng)基中更早出現(xiàn)病變，病毒擴(kuò)增更快。見圖4 和圖5。

圖4 感染48 h 的 Vero 細(xì)胞中CHIKV 的擴(kuò)增效果（× 4）Fig. 4 Propagation of CHIKV in Vero cells 48 h after infection（× 4）

圖5 CHIKV LR2006 毒株在Vero 細(xì)胞中的生長(zhǎng)曲線Fig. 5 Growth curve of CHIKV LR2006 strain in Vero cells

2. 4 β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活CHIKV 的活性及抗原性 0. 025% β-丙內(nèi)酯滅活48 h 和0. 025%甲醛滅活21 d 的CHIKV 接種Vero 細(xì)胞，未觀察到細(xì)胞病變，也未觀察到熒光，見圖6。Western blot 分析顯示，0. 025%甲醛滅活 21 d CHIKV 檢測(cè)出E1 和E2 蛋白，而 0. 025% β-丙內(nèi)酯滅活 48 h CHIKV 結(jié)構(gòu)蛋白含量較低，見圖7。為了比較兩種滅活方式作用效果，后續(xù)采用0. 025% β-丙內(nèi)酯滅活48 h 病毒和0. 025%甲醛滅活21 d 病毒進(jìn)行小鼠免疫。

圖6 免疫熒光法檢測(cè)β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活CHIKV 的活性（× 4）Fig. 6 IFA of activity of CHIKV inactivated with β-propionolactone and formaldehyde（× 4）

圖7 β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活 CHIKV E1 和 E2 抗原的Western blot 分析Fig. 7 Western blotting of E1 and E2 antigens of CHIKV inactivated with β-propionolactone and formaldehyde

2. 5 免疫小鼠血清抗體中和效果 甲醛和β-丙內(nèi)酯滅活試驗(yàn)組小鼠血清熒光數(shù)顯著少于對(duì)照組（F分別為 61. 78 和 34. 62，P 均 < 0. 001），有顯著中和效果。血清與 CHIKV 1︰80、1︰160、1︰320、1︰640和1︰1 280 混合的甲醛滅活試驗(yàn)組小鼠血清熒光數(shù)小于對(duì)應(yīng)的β-丙內(nèi)酯滅活試驗(yàn)組（t = 7. 787，P均 < 0. 001）。見圖8。

圖8 甲醛（A）和β-丙內(nèi)酯（B）滅活CHIKV 免疫小鼠血清抗體中和試驗(yàn)Fig. 8 Neutralization test of serum antibody in mice immunized with CHIKV inactivated with β-propionolactone （A） and formaldehyde（B）

2. 6 滅活CHIKV 對(duì)小鼠的保護(hù)效果 對(duì)照組小鼠接種CHIKV Ross 毒株第6 天體重平均下降13.98%，甲醛和β-丙內(nèi)酯滅活試驗(yàn)組小鼠體重未下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t 分別為 18.51 和 8.461，P<0.001）。qPCR 法檢測(cè)結(jié)果顯示，空白組、甲醛滅活試驗(yàn)組和β-丙內(nèi)酯滅活試驗(yàn)組小鼠腦組織中CHIKV 相對(duì)定量值顯著低于對(duì)照組（t 分別為13.12、14.38 和7.210，P 均< 0. 01）。見圖9。小鼠腦組織病理學(xué)檢查結(jié)果顯示，對(duì)照組小鼠腦組織存在嚴(yán)重炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，β-丙內(nèi)酯和甲醛組滅活試驗(yàn)組不明顯，見圖10。

圖9 β-丙內(nèi)酯和甲醛滅活CHIKV 對(duì)小鼠的保護(hù)作用Fig. 9 Protective effect of CHIKV inactivated with β-propionolactone and formaldehyde on mice

圖10 小鼠腦組織病理檢測(cè)（× 20）Fig. 10 Pathological examination of mouse brain tissue（× 20）

3 討 論

近年我國(guó)跟非洲、南亞等地交流愈加頻繁，而CHIKV 在非洲、南亞等地區(qū)高發(fā)，輸入病例一直呈高位狀態(tài)。2017 年9 月浙江衢州出現(xiàn)由輸入性病例引發(fā)的本土病例，共確診4 例，后因及時(shí)處置，疫情得到控制［13］，2019 年9—11 月由緬甸輸入云南的病例導(dǎo)致出現(xiàn)97 例本地病例［19］，河南、湖南等多個(gè)省市也出現(xiàn)首例輸入病例［20-21］。早期CHIKV 主要發(fā)生在非洲等經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后地區(qū)，疫苗研究未受到足夠重視，隨著CHIKV 全球擴(kuò)散，疫苗研究正受到廣泛關(guān)注［6，22］。

滅活疫苗技術(shù)相對(duì)減毒、重組疫苗等其他技術(shù)相對(duì)成熟，是首要考慮的技術(shù)路線。滅活疫苗研發(fā)過(guò)程包括病毒培養(yǎng)、純化、滅活和免疫原性、動(dòng)物安全性、有效性評(píng)價(jià)，以及臨床試驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。本研究重點(diǎn)關(guān)注病毒培養(yǎng)及滅活病毒對(duì)動(dòng)物的保護(hù)效果。病毒在無(wú)血清培養(yǎng)基中復(fù)制，不含污染性血清蛋白，制備出的疫苗也不含任何動(dòng)物源性潛在病原體，是滅活疫苗制備的發(fā)展方向。本研究首先比較含血清和無(wú)血清培養(yǎng)條件下CHIKV 擴(kuò)增滴度，結(jié)果顯示，CHIKV 在無(wú)血清培養(yǎng)基中經(jīng)過(guò)48 ~ 72 h 復(fù)制，病毒滴度達(dá)到峰值（108PFU ／ mL），與含血清培養(yǎng)基中病毒滴度峰值無(wú)顯著差別，可進(jìn)行病毒的大量擴(kuò)增。

甲醛和β-丙內(nèi)酯是成熟的滅活劑，但不同病毒經(jīng)過(guò)兩種滅活劑滅活后是否仍然能夠保持抗原性尚不確定。本研究分別采用甲醛和β-丙內(nèi)酯滅活病毒，用氫氧化鋁作為佐劑，兩次皮下注射成年C57BL／6 小鼠，28 d 后用 20 倍最低致死劑量 CHIKV 對(duì)免疫后小鼠進(jìn)行攻毒，結(jié)果顯示，免疫后小鼠發(fā)病不明顯，表明兩種滅活病毒均能有效誘導(dǎo)抗體，保護(hù)小鼠免受CHIKV 感染。在本研究的實(shí)驗(yàn)條件下，甲醛滅活 CHIKV E1 和E2 蛋白抗原性比β-丙內(nèi)酯滅活CHIKV 強(qiáng)，免疫后小鼠可誘導(dǎo)出更強(qiáng)的中和抗體。

病毒大量擴(kuò)增及滅活病毒在小鼠模型上具有保護(hù)效果是CHIKV 滅活疫苗研發(fā)的前提。除此之外，未來(lái)還需在病毒純化方法、免疫原性評(píng)價(jià)、安全性評(píng)價(jià)以及非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物相關(guān)試驗(yàn)等方面開展研究。