龍明望,王涵,張麗,賈凡,3,劉燕會(huì),4,寧雪磊,4,陳俊英,潘玥,孫強(qiáng)明
1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所,云南昆明650118;2.云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南昆明650118;3.昆明醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所,云南昆明650500;4.云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,云南昆明650091
登革病毒(Dengue virus,DENV)屬于黃病毒科黃病毒屬的一類蟲(chóng)媒病毒[1],由埃及伊蚊及白紋伊蚊叮咬進(jìn)行傳播,廣泛流行于熱帶及亞熱帶地區(qū),每年全球約有4 億人感染[2]。DENV 是單正鏈RNA(+ssRNA)病毒,編碼3 個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白(衣殼蛋白C、包膜蛋白E 和前膜蛋白PrM)和7 個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B、NS5)。DENV 根據(jù)其E 蛋白的抗原性可分為4個(gè)血清型(DENV-1、DENV-2、DENV-3、DENV-4),在初次感染或同型別感染時(shí),通常只會(huì)引起較輕微的臨床癥狀;但在異型或同型病毒再次感染時(shí),往往會(huì)誘發(fā)更為嚴(yán)重的臨床癥狀,如出血熱及低血容量休克綜合征等[3]。該現(xiàn)象被稱為抗體依賴性增強(qiáng)(antibody-dependent enhancement,ADE),是由HALSTEAD 等[4]于1973 年首次提出:在亞中和抗體滴度或交叉抗體存在時(shí),病毒再次感染可通過(guò)細(xì)胞表面的FcγRⅡ介導(dǎo),從而促進(jìn)病毒感染增強(qiáng)的現(xiàn)象。研究人員發(fā)現(xiàn),該現(xiàn)象在多種病毒感染中均有發(fā)生,如寨卡病毒(Zika virus)[5]、嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory symptom coronavirus 2,SARS-CoV-2)[6]。
近年來(lái),隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,LncRNA)在病毒感染過(guò)程中發(fā)揮著明顯的調(diào)控作用。如2018 年,JIANG 等[7]證實(shí)了多種RNA 病毒感染巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的LncRNAlnc-Lsm3b可通過(guò)與視黃酸誘導(dǎo)基因1(retinoic acid inducible gene-1,RIG-1)結(jié)合,調(diào)控Ⅰ型干擾素的表達(dá),從而調(diào)節(jié)病毒的感染進(jìn)程;牛病毒性腹瀉病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)感染牛腎細(xì)胞(bovine kidney cells,MDBK)后,介導(dǎo)了許多LncRNAs的差異性表達(dá),并且通過(guò)功能性富集分析,證實(shí)了這些差異性LncRNAs 主要調(diào)控了免疫應(yīng)答的改變[8]。在HIV-1 感染CD4+T 細(xì)胞中,LncRNA MALAT1 通過(guò)直接與轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物PCR2結(jié)合,從而解除對(duì)啟動(dòng)子的抑制作用,發(fā)揮促HIV-1 感染的功能[9]。但在DENV 感染中,尤其是DENV 介導(dǎo)的ADE 感染中缺乏相關(guān)研究,因此,本研究在急性單核細(xì)胞白血病細(xì)胞(THP-1)水平建立Ⅲ型DENV(DENV-3,DV-3)感染和ADE 感染模型,探討胞內(nèi)LncRNA 的差異性表達(dá),繪制競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA,CeRNA)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及LncRNA 翻譯功能預(yù)測(cè),旨在為今后DENV感染的研究提供新的方向。
1.1細(xì)胞、病毒及質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品 白紋伊蚊細(xì)胞(C6/36)、THP-1 細(xì)胞、BHK-21 細(xì)胞、DENV-3 和DENV-3質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品均由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所提供;大腸埃希菌DH5α 感受態(tài)細(xì)胞購(gòu)自北京擎科生物科技股份有限公司。
1.2主要試劑 胎牛血清和RPMI1640培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco 公司;抗DENV-2 前膜單克隆抗體(Anti-DENV 2 PrM)購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;Trizol、PrimeScriptTMreagent kit with gDNA Eraser試劑盒和TB Green Premix Ex TaqTMⅡ試劑盒購(gòu)自日本TaKaRa 公司;LB 液體培養(yǎng)基由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所分子流行病聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室配制;金牌PCR Mix 購(gòu)自北京擎科生物科技股份有限公司;體液病毒RNA 提取試劑盒購(gòu)自德國(guó)QIAGEN公司。
1.3細(xì)胞傳代培養(yǎng) 使用含10%胎牛血清的RPMI1640培養(yǎng)基,于28 ℃,5%CO2條件下培養(yǎng)C6/36細(xì)胞,待細(xì)胞長(zhǎng)至單層后,按照1∶2 比例傳代。使用含10%胎牛血清的RPMI1640培養(yǎng)基,于37 ℃,5%CO2條件下培養(yǎng)THP-1細(xì)胞,待細(xì)胞長(zhǎng)至單層后,按照1∶3比例傳代。
1.4DENV-3 的傳代擴(kuò)增 C6/36 細(xì)胞傳代生長(zhǎng)至單層,棄去培養(yǎng)基,加入2 mL 維持液(含2%胎牛血清的RPMI1640 培養(yǎng)基)和100μL DENV-3,混勻,置于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中孵育吸附2 h;補(bǔ)加3 mL維持液,置于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),至細(xì)胞病變(cytopathic effect,CPE)為60% ~80%時(shí),置于-80 ℃凍融1 次,860 ×g離心5 min,吸取上清,分裝后置于-80 ℃凍存。
1.5病毒滴度檢測(cè) 采用CCID50試驗(yàn)。取1 瓶(T25瓶)生長(zhǎng)狀態(tài)良好,且已生長(zhǎng)為致密單層的BHK-21細(xì)胞,消化后用含2%胎牛血清的細(xì)胞培養(yǎng)基重懸,接種于96孔板,100μL/孔,37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,待細(xì)胞生長(zhǎng)至80%匯合度時(shí),將DENV-3 用不含血清的細(xì)胞培養(yǎng)基10 倍系列稀釋(10-1~10-6);每個(gè)病毒稀釋度取100μL 感染細(xì)胞,陰性對(duì)照組加入100 μL 不含血清的細(xì)胞培養(yǎng)基,混勻后置于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),連續(xù)7 d觀察CPE情況,第7天判定最終的CPE情況,并按下式計(jì)算病毒滴度。
1.6病毒型別鑒定及全長(zhǎng)擴(kuò)增 采用RT-PCR 法。使用Premier primer 5.0 軟件設(shè)計(jì)特異性引物(表1~表3),由北京擎科生物科技股份有限公司合成。按照體液病毒RNA 提取試劑盒和PrimeScriptTMreagent kit with gDNA Eraser 試劑盒使用說(shuō)明,提取RNA 及逆轉(zhuǎn)錄后,進(jìn)行PCR 擴(kuò)增鑒定。反應(yīng)體系:金牌PCR Mix(Green)23.0 μL,上下游引物各1.0 μL,模板(cDNA)1.0 μL。反應(yīng)條件:98 ℃2 min;98 ℃10 s,55 ℃10 s,72 ℃5 s,共36個(gè)循環(huán);72 ℃1 min。
表1 DENV-3全長(zhǎng)擴(kuò)增引物Tab.1 DENV-3 full length amplification primers
表2 DENV型別鑒定引物Tab.2 DENV type identification primers
表3 DENV-3鑒定引物Tab.3 DENV-3 identification primers
1.7DENV-3質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品擴(kuò)增、鑒定及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制取5 μL DENV-3 質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品,與50 μL 大腸埃希菌DH5α 感受態(tài)細(xì)胞混勻,冰浴30 min,42 ℃熱激90 s;將混合物置于冰上2 min 后,加入500 μL 不含氨芐青霉素的LB 液體培養(yǎng)基,于37 ℃,200 r/min 活化60 min;取100μL 涂布于含氨芐青霉素(80μg/mL)的LB 固體培養(yǎng)基中,隔天挑取單菌落進(jìn)行特異引物(表3中DENV-3.2F/2R,DENV-3.3F/3R)擴(kuò)增鑒定,將鑒定正確的菌落擴(kuò)增提取質(zhì)粒,連續(xù)10倍稀釋后,進(jìn)行熒光定量PCR 擴(kuò)增,通過(guò)Ct值和標(biāo)準(zhǔn)品拷貝數(shù)生成線性方程,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.8DENV-3 感染THP-1 細(xì)胞及ADE 感染模型的建立 提前24 h 將THP-1 細(xì)胞傳代,按照MOI=0.3將細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)鋪板至24孔板中。將細(xì)胞分為ADE、DV-3、空白對(duì)照[1640(-)]和陰性對(duì)照組,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,ADE組用不含血清的RPMI1640培養(yǎng)基將Anti-DENV 2 PrM單抗稀釋至1∶1 024后等體積與DENV-3混勻,于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中孵育1.5 h,加入THP-1細(xì)胞中,于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中吸附2 h后棄上清,補(bǔ)加新的維持液;DV3組將相同感染劑量的DENV-3直接加入THP-1 細(xì)胞中,于37 ℃,5% CO2培養(yǎng)箱中吸附2 h 后棄上清,補(bǔ)加新的維持液;空白對(duì)照組將不含血清的RPMI1640 培養(yǎng)基與等劑量的DENV-3等體積混勻后,于37 ℃,5%CO2培養(yǎng)箱中孵育1.5 h,加入THP-1 細(xì)胞中吸附2 h 后棄上清,補(bǔ)加新的維持液;陰性對(duì)照組為THP-1 細(xì)胞。48 h 后收集上述各組細(xì)胞,Trizol 裂解后提取胞內(nèi)總RNA,通過(guò)Prime ScriptTMreagent kit with gDNA Eraser試劑盒逆轉(zhuǎn)錄后,使用TB Green Premix Ex TaqTMⅡ試劑盒檢測(cè)胞內(nèi)病毒核酸熒光信號(hào),通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出病毒核酸拷貝數(shù)。試驗(yàn)重復(fù)3次。
1.9LncRNA 測(cè)序及差異性LncRNA 的CeRNA 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 用Trizol裂解細(xì)胞提取胞內(nèi)總RNA 后,委托廣州基迪奧公司完成RNA-Seq測(cè)序。通過(guò)對(duì)miRNA與LncRNA、miRNA 與mRNA 間存在的負(fù)相關(guān)靶向關(guān)系(相關(guān)性小于-0.7),以及LncRNA 與mRNA 間具有正相關(guān)(相關(guān)性大于0.9)進(jìn)行篩選,對(duì)于滿足這兩項(xiàng)條件的LncRNA 進(jìn)行miRTarBase 分析,預(yù)測(cè)下游結(jié)合的miRNA 和mRNA,并通過(guò)Cytoscape 完成可視化分析,繪制CeRNA網(wǎng)絡(luò)通路示意圖。
1.10統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用Graphpad Prism 6 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,兩組間差異的比較采用t檢驗(yàn),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1DENV-3擴(kuò)增及滴度 顯微鏡下觀察顯示,DENV-3接種至C6/36 細(xì)胞第3 天開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)胞融合現(xiàn)象,第5天有空泡形成,第6天細(xì)胞明顯脫落、破碎,見(jiàn)圖1。該病毒株的病毒滴度約為1.0 × 104.64PFU/mL,見(jiàn)表4。
圖1 DENV-3感染C6/36細(xì)胞的CPE觀察(×40)Fig.1 CPE observation of C6/36 cells infected by DENV-3(×40)
表4 CCID50法檢測(cè)DENV-3的病毒滴度Tab.4 Detection of virus titer of DENV-3 by CCID50
2.2病毒型別鑒定及全長(zhǎng)擴(kuò)增 通過(guò)DENV-1、DENV-2、DENV-3、DENV-4 的分型引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序比對(duì)發(fā)現(xiàn),該毒株確為DENV-3,見(jiàn)圖2。對(duì)DENV-3的前膜段進(jìn)行擴(kuò)增鑒定的結(jié)果與型別鑒定結(jié)果一致,該毒株確為DENV-3,見(jiàn)圖3。將該病毒基因組分為22 段分別進(jìn)行擴(kuò)增,再拼接獲取病毒的基因組全長(zhǎng)序列,見(jiàn)圖4,并將基因組全長(zhǎng)序列上傳至NCBI GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)(MW426463)。
圖2 DENV型別鑒定Fig.2 Type identification of DENV
圖3 DENV-3的鑒定Fig.3 Identification of DENV-3
圖4 DENV-3基因組全長(zhǎng)擴(kuò)增鑒定Fig.4 Full length amplification identification of DENV-3 genome
2.3DENV-3 質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品鑒定及標(biāo)準(zhǔn)曲線 2 對(duì)特異性鑒定引物(DENV-3.2F/2R,DENV-3.3F/3R)對(duì)質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行PCR 擴(kuò)增的產(chǎn)物經(jīng)電泳分析,證實(shí)該質(zhì)粒為標(biāo)準(zhǔn)品陽(yáng)性質(zhì)粒,見(jiàn)圖5。標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖6,標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為:y=-0.316 4x+12.433,R2=0.998 8,表明回歸性較高,該絕對(duì)定量體系準(zhǔn)確性好。
圖5 DENV-3質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品特異性引物鑒定Fig.5 Identification of DENV-3 plasmid standard specific primers
圖6 DENV-3質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.6 Standard curve of DENV-3 plasmid
2.4DENV-3 感染THP-1 細(xì)胞及ADE 感染模型的建立 在MOI=0.3的感染劑量下,相較于DENV-3直接感染,1∶1 024 Anti-DENV 2 PrM 的抗體稀釋度可明顯促進(jìn)DENV-3對(duì)THP-1細(xì)胞的感染,感染倍數(shù)增加約4 倍(t= 12.768,P< 0.001);而空白對(duì)照組由于病毒受到了一定程度的稀釋,則出現(xiàn)了感染減弱現(xiàn)象(t= 0.951,P> 0.05),見(jiàn)圖7。因此,1∶1 024 Anti-DENV 2 PrM 的抗體稀釋度可用于DENV-3 的ADE感染模型建立。
圖7 THP-1細(xì)胞株上DENV-3感染模型及ADE感染模型建立Fig.7 Establishment of DENV-3 infection model and ADE infection model on THP-1 cells
2.5各組間差異性LncRNA 的CeRNA 調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及編碼能力預(yù)測(cè) 如表5所示,將THP-1 vs DENV-3、THP-1 vs ADE、DENV-3 vs ADE 3組中表達(dá)量上調(diào)和下調(diào)前5 個(gè)LncRNAs 進(jìn)行歸納,繪制的CeRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)通路示意圖見(jiàn)圖8 ~ 圖10,發(fā)現(xiàn)在THP-1 vs DENV-3 中,預(yù)測(cè)到人細(xì)胞黏附蛋白相互作用蛋白(cytohesin interacting protein,CYTIP)的表達(dá)量出現(xiàn)上調(diào);在THP-1 vs ADE中,預(yù)測(cè)到驅(qū)動(dòng)蛋白家族成員5A(kinesin family 5A,KIF5A)表達(dá)量下調(diào);在DENV-3 vs ADE 中,預(yù)測(cè)到簇分化抗原9(cluster differentiation antigen 9,CD9)和胰島素樣生長(zhǎng)因子2(insulin like growth factor 2,IGF2)表達(dá)量上調(diào)。此外,對(duì)這些差異性的LnRNA 進(jìn)行了翻譯能力的預(yù)測(cè),發(fā)現(xiàn)均具有開(kāi)放閱讀框(open reading frame,ORF),除了Lnc-SH3BP1 和Lnc-RPL41 以外,其余的LncRNA 均具有內(nèi)部核糖體結(jié)合位點(diǎn)(internal ribosome binding site,IRES),見(jiàn)表5~表7,因此,這些LncRNA可能具備編碼某些小肽的能力,從而發(fā)揮其特有的生物學(xué)功能調(diào)節(jié)作用。
圖8 THP-1 vs DENV-3的LncRNA-miRNA-mRNA 構(gòu)建的ceRNA網(wǎng)絡(luò)通路Fig.8 CeRNA network pathway constructed by LncRNAmiRNA-mRNA among THP-1 vs DENV-3
圖9 THP-1vsADE的LncRNA-miRNA-mRNA構(gòu)建的ceRNA網(wǎng)絡(luò)通路Fig.9 CeRNA network pathway constructed by LncRNAmiRNA-mRNA among THP-1 vs ADE
圖10 DENV-3 vs ADE 的LncRNA-miRNA-mRNA 構(gòu)建的ceRNA網(wǎng)絡(luò)通路Fig.10 CeRNA network pathway constructed by LncRNAmiRNA-mRNA among DENV-3 vs ADE
表5 THP-1 vs DENV-3 中上調(diào)和下調(diào)表達(dá)的前5 個(gè)差異表達(dá)的LncRNAs表達(dá)量差異、統(tǒng)計(jì)學(xué)意義及編碼能力Tab.5 Differences in expression,statistical significance and coding ability of top five up-regulated and down-regulated LncRNAs expressed differentially in THP-1 vs DENV-3
表6 THP-1 vs ADE 中上調(diào)和下調(diào)表達(dá)的前5 個(gè)差異表達(dá)的LncRNAs表達(dá)量差異、統(tǒng)計(jì)學(xué)意義及編碼能力Tab.6 Differences in expression,statistical significance and coding ability of top five up-regulated and down-regulated LncRNAs expressed differentially in THP-1 vs ADE
表7 DENV-3 vs ADE 中上調(diào)和下調(diào)表達(dá)的前5個(gè)差異表達(dá)的LncRNAs表達(dá)量差異、統(tǒng)計(jì)學(xué)意義及編碼能力Tab.7 Differences in expression,statistical significance and coding ability of top five up-regulated and down-regulated LncRNAs expressed differentially in DENV-3 vs ADE
近年來(lái),隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,DENV 的致病機(jī)制在多方面得到了不同程度的闡述。2008 年,CHEN 等[10]發(fā)現(xiàn),C 型凝集素結(jié)構(gòu)域家族5(C-type lectin domain family 5,CLEC5A)是誘導(dǎo)致命性DENV感染的關(guān)鍵因素,通過(guò)誘導(dǎo)TNF-α 的分泌加重病情進(jìn)程,利用單克隆抗體對(duì)CLEC5A 進(jìn)行封閉后,可有效降低血管滲漏和致死率。2013 年,WU 等[11]證實(shí),DENV感染人巨噬細(xì)胞后會(huì)誘發(fā)炎性反應(yīng),而CLEC5A發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。2014 年,ZHU 等[12]發(fā)現(xiàn),MicroRNA-30e*通過(guò)調(diào)控NF-κB 通路影響干擾素表達(dá),從而抑制Ⅱ型DENV 感染。近幾年也有許多抗病毒通路在DENV 感染中得到驗(yàn)證[13-15]。但在LncRNA 中對(duì)于DENV 感染及其ADE 感染中的研究更為缺乏,而LncRNA 已被證明參與病毒免疫逃逸和宿主感染[16-19]。因此,本研究利用體外建立的DENV感染模型和ADE 感染模型研究了胞內(nèi)LncRNA 差異性變化,并通過(guò)ceRNA 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建發(fā)現(xiàn),在THP-1 vs DENV-3中,預(yù)測(cè)到CYTIP 的表達(dá)量出現(xiàn)上調(diào)。有研究報(bào)道,在單純皰疹病毒-1(herpes simplex virus-1,HSV-1)感染樹(shù)突狀細(xì)胞后,會(huì)介導(dǎo)CYTIP降解,從而調(diào)控細(xì)胞黏附和遷移[20]。在THP-1 vs ADE 中,預(yù)測(cè)到KIF5A 的表達(dá)量下調(diào);在HSV 感染中,KIF5A 可調(diào)控病毒粒子的順行運(yùn)輸[21]。在DENV-3 vs ADE 中,預(yù)測(cè)到CD9和IGF2的表達(dá)量上調(diào);在HCV 的研究中發(fā)現(xiàn),CD9和CD81分子可識(shí)別被HCV感染的漿細(xì)胞樣樹(shù)突狀細(xì)胞,并誘導(dǎo)干擾素α 表達(dá),從而發(fā)揮抗病毒免疫應(yīng)答[22]。IGF2 的基因多態(tài)性和HVC 的感染、清除以及肝癌的發(fā)生發(fā)展相關(guān)[23]。在HCV 感染中,Lnc-IGF2-AS的表達(dá)量發(fā)生了明顯的上調(diào),并通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)的調(diào)控,促進(jìn)HCV 的復(fù)制[24]。因此,在DENV 感染和ADE 感染過(guò)程中,這些差異性表達(dá)的LncRNA 可能通過(guò)ceRNA 網(wǎng)絡(luò)通路調(diào)控下游不同的mRNA 表達(dá)水平,從而發(fā)揮不同程度的抗病毒或促病毒感染的生物學(xué)特性。此外,在腫瘤領(lǐng)域研究中,越來(lái)越多的LncRNA 被證實(shí)具有編碼小肽的功能,從而發(fā)揮生物學(xué)調(diào)節(jié)功能[25-27]。因此,本研究對(duì)上述差異LncRNA 進(jìn)行了ORF 和IRES 預(yù)測(cè),證實(shí)除Lnc-SH3BP1 和Lnc-RPL41 以外,其余的LncRNA可能均有編碼小肽的能力。
綜上所述,本研究結(jié)果顯示,在DENV 感染及其介導(dǎo)的ADE 感染中,LncRNA 的表達(dá)發(fā)生了明顯改變,并且這些差異性的LncRNA 可能通過(guò)ceRNA 及編碼小肽等多種途徑共同發(fā)揮調(diào)控病毒感染進(jìn)程的生物學(xué)活性。