幼兔和成年兔感染兔出血熱病毒后血清中IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1檢測(cè)分析

李 菊，楊曉莉，楊東亮，畢冬琳，張瀟文，劉方程，李瓊毅，柏家林

(1.西北民族大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)研究中心生物工程與技術(shù)國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

兔出血癥(Rabbit hemorrhagic disease,RHD)俗稱“兔瘟”，是兔類的一種急性、暴發(fā)性傳染病，該病的病原體是兔出血癥病毒(Rabbit hemorrhagic disease virus，RHDV)[1].RHDV通過(guò)口腔、鼻腔或結(jié)膜途徑傳播，感染兔通常死于暴發(fā)性肝衰竭(Fulminant hepatic failure，F(xiàn)HF)，血清、肝臟和脾臟等組織中細(xì)胞因子增加[2].RHDV屬于杯狀病毒科(Calicivirus)兔病毒屬(Lagovirus)，為單股正鏈無(wú)囊膜RNA病毒，核酸穩(wěn)定性高[3].目前，已鑒定出4個(gè)RHDV基因型[4]，其中RHDV(GI.1)、RHDV2(GI.2新變異型)是較為常見(jiàn)的毒株[5].RHDV較RHDV2宿主相對(duì)單一，但致死性更高[6].成年兔感染RHDV后死亡率接近100%，而免疫系統(tǒng)不成熟的幼兔對(duì)RHDV卻表現(xiàn)出普遍抗性[7].

研究表明，細(xì)胞因子(Cytokine,CK)在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和抗病毒免疫中發(fā)揮著重要作用，其異常水平可能導(dǎo)致炎癥和免疫反應(yīng)失調(diào)，會(huì)放大RHDV引起的FHF[8-9].以往研究報(bào)道，感染RHDV的成年兔血清中TGF-β、IL-10水平升高[10]，隨后相繼發(fā)現(xiàn)感染成年兔血清中IL-10、TNF-β、GM-CSF[8]和IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ[9]水平升高.感染幼兔血清中TNF-α、IFNα、IL-6、IL-1和IL-8水平升高，而IL-10和IFN-γ水平無(wú)變化[2].免疫幼兔感染RHDV后血清中的IL-6和IL-10水平升高[11]，且感染幼兔在3天內(nèi)死亡.這些數(shù)據(jù)表明，細(xì)胞因子參與了急性RHDV感染過(guò)程.

在中國(guó)，RHDV仍然是家兔死亡的首要病因.由于缺乏RHDV體外培養(yǎng)細(xì)胞系，RHDV對(duì)幼兔與成年兔致病差異的作用機(jī)制至今尚不清晰.因此，探索RHDV感染后幼兔和成年兔血清中細(xì)胞因子的水平差異，有助于解釋該病毒感染在成年兔中的致命機(jī)制，提示血清中細(xì)胞因子在病毒性FHF中的潛在作用.本研究對(duì)感染RHDV的幼兔和成年兔血清中白細(xì)胞介素8(Interleukin 10，IL-8)、白細(xì)胞介素10(Interleukin 10，IL-10)、腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor α，TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(Transforming growth factor-β，TGF-β)和單核細(xì)胞趨化蛋白1(Monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)水平進(jìn)行檢測(cè)，分析幼兔和成年兔在不同感染時(shí)間(0、12、24、36、48、60 h)血清中上述細(xì)胞因子水平的變化，以期發(fā)現(xiàn)RHDV感染中具有潛在作用的細(xì)胞因子，并推測(cè)其在RHDV對(duì)幼兔和成年兔致病差異中的作用機(jī)制，為闡明RHD發(fā)病機(jī)制、開發(fā)抗RHDV疫苗提供基礎(chǔ)資料.

1 材料和方法

1.1 病毒分離

本研究病料樣品采集自青海西寧已被診斷為RHDV感染死亡家兔(蔡葵蒸教授團(tuán)隊(duì)).在生物安全柜中，解剖攜帶RHDV病兔尸體，取其肝臟于-80 ℃凍融后加入等體積的PBS于4 ℃充分研磨.在-80 ℃反復(fù)凍融3次后，300 g離心10 min取上清，0.22 um濾膜過(guò)濾并加入一定量的雙抗，保存于-80 ℃?zhèn)溆?

1.2 病毒鑒定

按照RNA提取試劑盒說(shuō)明書提取1.1上清中病毒RNA，并利用試劑盒反轉(zhuǎn)錄成cDNA，保存于-80 ℃?zhèn)溆?參照NCBI中RHDV VP60基因序列(GenBank號(hào)：DQ205345.1)，利用Primer 5.0設(shè)計(jì)VP60引物為F：5’-GAAAATTCATCCGCATCGGT-3’，R：5’-CTCAAAGTCATCACTTGGTCTTGTT-3’，由上海生工公司合成.以cDNA為模板，PCR進(jìn)行鑒定.鑒定正確的PCR產(chǎn)物純化后與pMD-18T載體連接，送上海生工公司測(cè)序.從Genbank中下載5株RHDV2毒株、6株經(jīng)典RHDV毒株以及兔杯狀病毒(Rabbit calicivirus，RCV)共12株病毒的VP60基因序列.采用MEGA4.1軟件進(jìn)行同源性分析，并構(gòu)建遺傳系統(tǒng)發(fā)育樹.

1.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

無(wú)RHDV抗體的SPF新西蘭兔(甘肅省水思圓智能科技工程有限公司)：2周齡幼兔6只，隨機(jī)分組，每3只一組，編號(hào)標(biāo)記(實(shí)驗(yàn)組幼兔1、2、3，對(duì)照組幼兔1、2、3)；3月齡成年兔6只，隨機(jī)選擇并分組，每3只一組，編號(hào)標(biāo)記(實(shí)驗(yàn)組成年兔1、2、3；對(duì)照組成年兔1、2、3).

1.4 試劑和儀器

兔白細(xì)胞介素8(IL-8)、兔白細(xì)胞介素10(IL-10)、兔腫瘤壞死因子α(TNF-α)、兔轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)和兔單核細(xì)胞趨化因子1(MCP-1)ELISA試劑盒(Ruixin Biotech)，生理鹽水，75%醫(yī)用酒精(山西可利爾生物科技有限公司)，脫毛膏(廣州拜高健康產(chǎn)業(yè)有限公司).LX-200離心機(jī)(海門其林貝爾)，902-ULTS超低溫冰箱(Thermo Fisher Scientifi)，Centrifuge 5424R小型高速冷凍離心機(jī)(Eppendorf)，酶標(biāo)儀MK3(Thermo)等.

1.5 動(dòng)物攻毒和樣品采集

對(duì)實(shí)驗(yàn)組成年兔和幼兔進(jìn)行RHDV攻毒試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組幼兔和成年兔肌肉注射檢測(cè)為RHDV核酸陽(yáng)性的病兔肝臟懸液1.5 mL，對(duì)照組幼兔和成年兔同時(shí)注射等量生理鹽水，注射后同等條件下分籠飼喂.在感染后0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h通過(guò)耳緣靜脈采集血樣2 mL，3 000 r/min離心10 min，將血清和紅細(xì)胞分離，收集血清至-20 ℃箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?，直至兔死?在感染后0 h、6 h、12 h、18 h、24 h、30 h、36 h、42 h、48 h、60 h記錄兔的存活情況，出現(xiàn)死亡病例后采血也隨之終止，60 h后將未死亡兔進(jìn)行人工處死.

1.6 ELISA檢測(cè)血清中細(xì)胞因子IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1表達(dá)

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)品孔和樣品孔，所有樣品以3個(gè)重復(fù)進(jìn)行分析.將50 uL不同濃度標(biāo)準(zhǔn)品加入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)孔，樣品孔加入50 uL稀釋好的待測(cè)樣本.隨后標(biāo)準(zhǔn)孔和樣本孔中每孔加入辣根過(guò)氧化物酶(HRP)標(biāo)記的檢測(cè)抗體100 uL，37 ℃作用1 h，棄掉孔內(nèi)液體并用 PBST 洗板5次，加入100 uL TMB顯色，37 ℃避光孵育15 min，最后加入終止液終止反應(yīng).15 min內(nèi)在450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定各孔OD值.在表格中以標(biāo)準(zhǔn)品濃度作橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)OD值作縱坐標(biāo)，繪制出標(biāo)準(zhǔn)品線性回歸曲線，按曲線方程計(jì)算各樣本濃度值.

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 RT-PCR檢測(cè)

病兔肝臟組織提取RNA進(jìn)行RT-PCR檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示.瓊脂糖凝膠電泳得到一條474 bp左右的特異性條帶，與目標(biāo)基因大小一致，證實(shí)分離的病毒為RHDV陽(yáng)性.

M：DNA標(biāo)準(zhǔn)DL5000；1：VP60基因擴(kuò)增產(chǎn)物

2.2 同源性分析

通過(guò)MEGA4.1軟件分析結(jié)果顯示(圖2)，擴(kuò)增的VP60部分序列與Genbank報(bào)道的7株經(jīng)典RHDV(基因型為GI.1)的VP60核苷酸序列一致性高達(dá)90.11%～96.21%，與報(bào)道的5株RHDV2型(基因型為GI.2)VP60核苷酸序列一致性為84.63%～85.68%.由此可見(jiàn)，本研究分離的RHDV屬于經(jīng)典毒株，基因型為GI.1.

1～5.兔血性病毒2型毒株；6.兔杯狀病毒毒株；7～12.經(jīng)典兔血性病毒毒株；13.本實(shí)驗(yàn)室分離的兔出血性病毒毒株

2.3 VP60基因遺傳進(jìn)化分析

根據(jù)進(jìn)化樹結(jié)果可以看出(圖3)，本實(shí)驗(yàn)室分離的毒株與經(jīng)典毒株RHDV(基因型為GI.1)的親緣關(guān)系最為接近，且與2010年中國(guó)分離出的毒株(GenBank號(hào)：KJ814618DO/China/2010)最為接近，并且他們屬于同一個(gè)大的分支，與RHDV2(基因型為GI.2)的親緣關(guān)系較遠(yuǎn).

1.本實(shí)驗(yàn)室保存毒株VP60的部分核苷酸序列

2.4 RHDV感染幼兔與健康幼兔,感染成年兔與健康成年兔存活情況

RHDV感染后，幼兔與成年兔存活情況如圖2-4.幼兔感染RHDV后，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組幼兔均未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象.成年兔感染RHDV后在36 h開始死亡，48 h時(shí)全部死亡，對(duì)照組成年兔無(wú)死亡現(xiàn)象.

表1 幼兔和成年兔感染RHDV后的存活情況

2.5 RHDV感染成年兔血清中細(xì)胞因子水平分析

成年兔在感染RHDV后36 h開始死亡，因此檢測(cè)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組成年兔在0～36 h血清中所選細(xì)胞因子水平.結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組成年兔血清中IL-8、IL-10和TGF-β水平在感染后明顯增加，36 h均達(dá)到峰值(P<0.001)(圖4A、B、C).不同的是，IL-8、IL-10在感染的0 h開始增加，TGF-β在12 h開始增加.MCP-1和TNF-α水平在感染的24 h達(dá)到峰值(P<0.001)，36 h時(shí)仍明顯高于對(duì)照組(P<0.01)(圖4D、E)；對(duì)照組成年兔血清中IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1水平均無(wú)明顯變化(圖2-5).結(jié)果表明，成年兔感染RHDV后血清中IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1的水平顯著升高.

圖4 成年兔感染RHDV后血清中細(xì)胞因子水平變化

2.6 RHDV感染幼兔血清中細(xì)胞因子水平分析

就幼年組而言，由于整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，因此檢測(cè)了0～ 60 h實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組幼兔血清中5種細(xì)胞因子的水平變化.結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組幼兔血清中IL-8水平在24 h顯著增加(P<0.01)，36 h達(dá)到峰值(P<0.001)，48 h、60 h仍顯著高于對(duì)照組(P<0.05)(圖4A).TNF-α和TGF-β水平變化無(wú)明顯規(guī)律(圖5B、C).IL-10、MCP-1水平未出現(xiàn)明顯差異(P>0.05)(圖5D、E).結(jié)果表明，幼兔感染RHDV后引起血清中IL-8水平升高.

圖5 幼兔感染RHDV后血清中細(xì)胞因子水平變化

2.7 RHDV感染幼兔與成年兔血清中細(xì)胞因子水平分析

檢測(cè)幼兔和成年兔感染RHDV后0～36 h血清中所選細(xì)胞因子表達(dá)量.結(jié)果顯示，成年兔血清中IL-10、TGF-β的表達(dá)量在感染后顯著增加(P<0.001)，幼兔無(wú)明顯變化(P>0.05)(圖6A、B).IL-8水平在幼兔和成年兔血清中均明顯增加，且成年兔中IL-8水平顯著高于幼兔(P<0.05)(圖6C).成年兔血清中MCP-1水平在0～36 h內(nèi)均明顯高于幼兔(P<0.001)(圖6D).特別在幼年組血清中TNF-α水平在0～12 h內(nèi)遠(yuǎn)高于成年兔(P<0.001)，在12～24 h時(shí)TNF-α的含量急速增加，并在24 h高于幼兔(P<0.001)，24～36 h內(nèi)又以相似的速率降低，甚至在36 h低于幼兔(P<0.01)(圖6E).結(jié)果表明，幼兔和成年兔感染RHDV后血清中IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1的水平存在差異.

圖6 幼兔與成年兔感染RHDV后血清中細(xì)胞因子水平變化

3 討論

RHD的高發(fā)病率和高死亡率對(duì)我國(guó)的兔養(yǎng)殖業(yè)和野生兔類存在巨大威脅.細(xì)胞因子作為抗病毒免疫調(diào)節(jié)的重要因子，與病毒性疾病密切相關(guān)[8-9].目前，細(xì)胞因子在RHDV對(duì)幼兔和成年兔致病機(jī)制中的作用尚不明確，僅少許研究關(guān)注了細(xì)胞因子在RHDV感染的幼兔或成年兔中的作用[2,8-9]，目前還沒(méi)有研究指出RHDV感染后二者中水平差異的細(xì)胞因子，也并未闡明這些細(xì)胞因子在RHDV對(duì)幼兔和成年兔致病機(jī)制中的作用.

IL-8也稱為C-X-C基序趨化因子配體8(C-X-C motif chemokine ligand 8，CXCL8)，是一種促炎趨化因子.臨床研究表明，IL-8不僅促進(jìn)中性粒細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞向組織浸潤(rùn)，還能激活核因子κB(Nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路，加劇炎癥反應(yīng)，與慢性病毒性肝炎有關(guān)[12].

IL-10也稱為細(xì)胞因子合成抑制因子(Cytokine synthesis inhibitory factor，CSIF)，可抑制多種細(xì)胞因子的合成而起到抗炎作用.此外，IL-10通過(guò)抑制T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK)和活化的巨噬細(xì)胞功能減輕或阻止炎癥反應(yīng)產(chǎn)生，但同時(shí)抑制了天然免疫應(yīng)答[13].

MCP-1又稱C-C基序趨化因子配體2(C-C Motif Chemokine Ligand 2，CCL2)，可調(diào)節(jié)單核細(xì)胞、記憶T淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)，具有將單核細(xì)胞招募到活躍炎癥灶中的趨化活性，參與了抗病毒免疫反應(yīng)[14].

TNF-α作為先天免疫和細(xì)胞免疫反應(yīng)的中介，其水平升高能夠?qū)е逻^(guò)度的抗病毒免疫反應(yīng)，這在低致病性流感病毒(x31,H3N2)感染的死亡小鼠[15]中可以觀察到.已知在病毒感染前期TNF-α高水平有利于招募額外的靶單核細(xì)胞，因此可以猜測(cè)在RHDV感染前期TNF-α水平上升可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)度免疫應(yīng)答，造成機(jī)體的免疫損傷[15].

TGF-β是體內(nèi)最強(qiáng)的免疫功能抑制細(xì)胞因子，其早期的高水平抑制了NK細(xì)胞功能和早期病毒控制，加重了新冠病毒(Coronavirus disease 2019 ，COVID-19)感染者疾病進(jìn)程[16].由此我們猜想TGF-β對(duì)RHDV感染兔(5E)可能具有相似的作用，即TGF-β的高水平可能抑制了機(jī)體對(duì)RHDV的控制與清除，是引起成年兔死亡的潛在因素.

細(xì)胞因子作為炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)的主要蛋白，在短期刺激下可誘發(fā)適宜的炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)，而在病毒感染刺激下誘導(dǎo)產(chǎn)生的高水平細(xì)胞因子長(zhǎng)期作用時(shí)可引發(fā)過(guò)度的免疫應(yīng)答，造成機(jī)體多器官功能障礙和感染動(dòng)物的死亡.許多研究顯示，細(xì)胞因子的異常水平與嚴(yán)重病毒性疾病有關(guān)，包括急性肝炎、流感和新冠肺炎等[9,12,15-16].本研究表明，IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β和MCP-1在RHD發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，幼兔與成年兔對(duì)RHDV的不同抗性可能與其水平差異有關(guān).本研究所獲得的結(jié)果可能會(huì)證明細(xì)胞因子在病毒性FHF中的潛在作用.