摘 要: 旨在研究白藜蘆醇對輪狀病毒(porcine rotavirus,PoRV)感染豬腸上皮細胞的抗病毒作用。本試驗以豬腸上皮細胞(IPEC-J2)為研究對象,先測定不同白藜蘆醇濃度對IPEC-J2細胞活力的影響,再根據(jù)是否用PoRV或白藜蘆醇(100 μmol·L-1)處理IPEC-J2細胞,分別設(shè)置陰性對照組、PoRV感染組和不同時間段添加白藜蘆醇+PoRV感染組。通過實時熒光定量PCR技術(shù)、病毒滴度測定法和蛋白免疫印跡法檢測PoRV在IPEC-J2細胞的復(fù)制與增殖情況。結(jié)果表明:1)在PoRV感染IPEC-J2的后期和全期添加白藜蘆醇(100 μmol·L-1)可顯著抑制PoRV的感染和復(fù)制(Plt;0.05);2)與PoRV感染組相比,在PoRV感染IPEC-J2的全期添加白藜蘆醇(100 μmol·L-1)可極顯著抑制IPEC-J2細胞上清液中炎癥細胞因子IL-1β、IL-10、TNF-α和IFN-β的含量(Plt;0.01),后期添加白藜蘆醇可顯著抑制IL-10和IFN-β的含量(Plt;0.05);
后期和全期添加白藜蘆醇極顯著抑制了IPEC-J2細胞中的免疫相關(guān)因子MDA5、RIG-I、TRIF、MAVS、LGALS9、EIF2AK2、IRF9和IFI44L的mRNA相對表達量(Plt;0.01),極顯著抑制了IPEC-J2細胞中可變剪接因子SRPK1、SRPK2、HNRNPC和HNRNPR的mRNA相對表達量(Plt;0.01);3)與陰性對照組相比,PoRV感染顯著促進了IPEC-J2細胞中LGALS9的5號外顯子和EF2AK2的2號外顯子發(fā)生外顯子跳躍,而在PoRV感染IPEC-J2的后期和全期添加白藜蘆醇(100 μmol·L-1)可顯著抑制靶基因發(fā)生外顯子跳躍。綜上證實,本研究添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可抑制PoRV對IPEC-J2細胞的感染和復(fù)制,且在PoRV感染后的維持階段發(fā)揮作用,可為預(yù)防和治療仔豬病毒性腹瀉提供新的依據(jù)和參考。
關(guān)鍵詞: 白藜蘆醇;豬輪狀病毒;抗病毒;可變剪接
中圖分類號: S828.9
文獻標志碼:A 文章編號: 0366-6964(2024)09-4213-13
Inhibitory Effect of Resveratrol on Rotavirus-infected Porcine Intestinal Epithelial
Cells IPEC-J2
PENG" Ning, LIANG" Yaxu, LONG" Fei, YU" Dongming, ZHONG" Xiang*
(College of Animal Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095," China)
Abstract:" The aim of this study was to investigate the antiviral effect of resveratrol on porcine rotavirus (PoRV) infected porcine intestinal epithelial cells(IPEC-J2). In this experiment, IPEC-J2 cells were used as research object. Firstly, the effect of different concentration of resveratrol on the cell viability of IPEC-J2 was determined. Then experimental groups including negative control group, PoRV-infected group and PoRV-infected group with the addition of resveratrol at different time points were set up depending on whether the IPEC-J2 cells were treated with PoRV or resveratrol (100 μmol·L-1). The replication and proliferation of PoRV in IPEC-J2 cells were detected by real-time fluorescence quantitative PCR, viral titer assay and Western blot. The results showed that: 1) The addition of resveratrol (100 μmol·L-1) significantly inhibited PoRV replication and infection at the late and full phases of viral infection of PoRV infection with IPEC-J2 (Plt;0.05); 2) Compared with the PoRV-infected group, the addition of resveratrol (100 μmol·L-1) during the full phase of PoRV-infected IPEC-J2 extremely significantly suppressed the levels of inflammatory cytokines IL-1β, IL-10, TNF-α and IFN-β in the supernatant fluid of IPEC-J2 cells (Plt;0.01), while significantly suppressed the IL-10 and IFN-β levels during the late phase (Plt;0.05); Extremely significantly suppressed the relative expression of immune-related factors MDA5, RIG-I, TRIF, MAVS, LGALS9, EIF2AK2, IRF9 and IFI44L in IPEC-J2 cells (Plt;0.01) during late and full phases; Extremely significantly suppressed the relative mRNA expression of variable splicing factors SRPK "SRPK2, HNRNPC and HNRNPR in IPEC-J2 cells (Plt;0.01) during late and full phases; 3)Compared with the negative control group, PoRV infection significantly promoted exon jumps in exon 5 of LGALS9 and exon 2 of EF2AK2 in IPEC-J2 cells, while the addition of resveratrol (100 μmol·L-1) significantly inhibited the exon skipping of target genes in the late and full phases of PoRV infection IPEC-J2 cells. In conclusion, this study confirmed that the addition of 100 μmol·L-1 resveratrol could inhibit the infection and replication of PoRV in IPEC-J2 cells and play a role in the late phases of PoRV replication, which can provide a new basis and reference for the prevention and treatment of viral diarrhea in piglets.
Key words: resveratrol; porcine rotavirus; antiviral; alternative splicing
*Corresponding author: ZHONG Xiang,E-mail: zhongxiang@njau.edu.cn
豬輪狀病毒(porcine rotavirus,PoRV)是引起低齡仔豬發(fā)生急性胃腸炎的主要病毒之一,一般通過接觸病畜的排泄物后經(jīng)糞口途徑進行傳播[1-2]。PoRV感染可引起仔豬嘔吐、厭食、腹瀉,嚴重導(dǎo)致死亡,給我國畜牧業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟損失[3-4]。PoRV是屬于呼腸孤病毒科輪狀病毒屬,電子顯微鏡下呈車輪狀,是無囊膜的雙鏈核糖核酸(dsRNA)病毒,包含11段dsRNA基因組,分別編碼6種結(jié)構(gòu)蛋白VP1~VP4、VP6、VP7 和6種非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1~NSP6[5]。其中,NSP5和VP6是病毒入侵和復(fù)制的重要組成部分??勺兗羟性诟叩日婧松镏袕V泛存在,人類幾乎所有的基因都是交替剪接的[6]。很多證據(jù)表明,多種病毒感染可影響宿主細胞的可變剪切[7-8]。大約10%的人類癌癥與致癌病毒感染有關(guān),這些致癌病毒需要宿主RNA剪接機制才能發(fā)揮其致癌活性[9-10]。在病毒感染期間,宿主的可變剪切的調(diào)節(jié)可能由病毒蛋白或RNA直接引起,或可能由細胞自身觸發(fā),作為對抗病毒的自我防御機制[11-12]。
可變剪接(alternative splicing,AS)是指從一個mRNA前體中通過不同的剪接方式(選擇不同的剪接位點組合)產(chǎn)生不同的mRNA剪接異構(gòu)體的過程[13]。AS分為不同類型,包括外顯子跳躍、內(nèi)含子保留、替代3′剪接位點、替代5′剪接位點和互斥外顯子[14]。研究表明,人類免疫缺陷病毒通過選擇性剪接產(chǎn)生額外的病毒蛋白,病毒的感染性可通過細胞蛋白與剪接增強子和沉默子的結(jié)合來調(diào)節(jié)[15];甲型流感病毒(IAV)的mRNA(M和NS)經(jīng)過選擇性剪接,然后從細胞核輸出,從而產(chǎn)生不同毒力的病毒[16]。因此,從可變剪切的方向研究豬輪狀病毒是可行的。
白藜蘆醇是一種植物來源的多酚類化合物,可從不同品種植物中獲得,其中,葡萄、虎杖、花生等藥用植物中的含量較高[17-18]。白藜蘆醇具有抗炎、抗氧化、抗衰老、抗癌、抗病毒等多種功能[19-20],在養(yǎng)殖業(yè)減抗、替抗的大環(huán)境下,白藜蘆醇具有良好的應(yīng)用前景[17]。研究表明,白藜蘆醇可以在體內(nèi)和體外抑制單純皰疹病毒(HSV)感染,當(dāng)在體外感染后1 h內(nèi)添加白藜蘆醇時,表現(xiàn)出抗HSV活性[21];在體外,白藜蘆醇以劑量依賴性方式有效抑制偽狂犬病病毒復(fù)制,也可以緩解感染偽狂犬病病毒仔豬的炎癥,減少病理變化并增強免疫力[22];白藜蘆醇以劑量依賴性方式抑制寨卡病毒的復(fù)制,當(dāng)用80 μmol·L-1白藜蘆醇處理感染細胞時,病毒滴度和病毒mRNA拷貝數(shù)顯著降低[23]。越來越多的研究表明,白藜蘆醇有很好抗病毒作用[24-25],但白藜蘆醇是否能抑制豬輪狀病毒的復(fù)制和入侵,及其作用機制還不明確,有研究表明,白藜蘆醇具有調(diào)控可變剪切的作用,比如白藜蘆醇可以廣泛影響HNRNPA1相關(guān)的前mRNA剪接途徑[26],白藜蘆醇緩解了Htau小鼠tau外顯子10剪接的失調(diào),挽救了Htau小鼠空間記憶的缺陷[27],那么白藜蘆醇發(fā)揮抗病毒作用是否通過影響宿主的可變剪切尚未清楚。因此,本文通過篩選合適的白藜蘆醇濃度,研究其是否能夠抑制豬輪狀病毒的復(fù)制,并通過對免疫、炎癥和可變剪接方面進行探討,旨在揭示白藜蘆醇的抗病毒機制,為研究豬輪狀病毒提供新的研究方向,同時為生產(chǎn)抗病毒藥物或飼料添加劑提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
G9P7型PoRV毒株NJ2012和PoRV NSP5基因陽性標準品,由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院獸醫(yī)研究所人獸共患病防控研究室李彬研究員惠贈;IPEC-J2細胞和Vero細胞均由本實驗室保存?zhèn)鞔?。DMEM/F12(1∶1)培養(yǎng)基購自HyClone公司;胎牛血清(FBS)、Trypsin-EDTA(0.25%)溶液和青霉素-鏈霉素溶液均購自Gibco公司;1×PBS緩沖液、胰蛋白酶(1∶250)、二甲基亞砜(DMSO)和無菌無酶水(DNase/RNase-free H2O)均購自索萊寶公司;白藜蘆醇購自Sigma-Aldrich公司;Cell Counting Kit-8(CCK-8)試劑購自APExBIO公司;RNA isolater總RNA提取試劑盒、HiScript II Q RT SuperMix for qPCR(+gDNA wiper)反轉(zhuǎn)錄試劑盒和ChamQTM SYBR qPCR Master Mix熒光定量PCR試劑盒均購自諾唯贊公司,其他生化試劑均為國產(chǎn)分析純。
1.2 病毒的感染與擴繁
IPEC-J2細胞培養(yǎng)24~48 h,長滿至單層貼壁。取適量溶于DMEM/F12中的PoRV,加入胰蛋白酶并使其終濃度為10 μg·mL- 37℃金屬浴30 min以激活PoRV。用1×PBS緩沖液潤洗細胞2次,棄凈殘液,加入病毒-胰蛋白酶混合液,置于37℃和5% CO2條件下吸附1 h,期間每隔20 min搖動細胞培養(yǎng)瓶,使病毒均勻吸附。吸附結(jié)束后,再用1×PBS緩沖液潤洗細胞1次,棄凈殘液,加入含1 μg·mL-1胰蛋白酶的適量DMEM/F12作為細胞維持液,置于37℃和5% CO2條件下維持細胞至出現(xiàn)85%以上細胞病變效應(yīng)(CPE)。Vero細胞感染方法同IPEC-J2細胞。將感染后病變的Vero細胞置于-80℃和室溫下反復(fù)凍融3次,隨后5 000 r·min-1離心10 min,去除細胞沉淀,取上清液即為擴繁后的病毒。
1.3 病毒滴度的測定與PoRV基因拷貝數(shù)的測定
半數(shù)細胞培養(yǎng)物感染量(TCID50)法測定病毒滴度。將病毒溶于DMEM/F12中并連續(xù)作10倍梯度稀釋,從10-1稀釋至10-10。將稀釋后的病毒分別接種至96孔板的Vero細胞中,每一稀釋度接種一列共8孔,每孔接種100 μL。設(shè)置兩列未接種的正常細胞作為陰性對照。接種病毒后24 h觀察CPE,按照Reed-Muench兩氏法計算作為病毒滴度。計算方式如下:病毒滴度(-lg TCID50·mL-1)=(高于50%的病變率-50%)/(高于50%的病變率-低于50%的病變率)×稀釋度對數(shù)差+高于50%病變率的稀釋度對數(shù)。
分別用不同濃度的白藜蘆醇(0、10、20、40、60、100、μmol·L-1)預(yù)處理細24h后感染PoRV,觀察細胞病變反應(yīng),收取細胞樣品,用于檢測病毒NSP5的mRNA相對表達量。
1.4 白藜蘆醇處理后IPEC-J2細胞活力的測定
將適量白藜蘆醇溶于DMSO中配制成100 mmol·L-1的貯存液,置于-20℃保存。在96孔板中接種1×104個IPEC-J2細胞,置于37℃和5% CO2條件下培養(yǎng)24 h。將白藜蘆醇用DMSO稀釋至5、10、20、40、60、80、100、150、200、300、500 μmol·L-1。將不同濃度的白藜蘆醇稀釋液加入96孔板中,每種濃度各設(shè)置4個重復(fù),并分別設(shè)置只含DMSO的對照孔和不做處理的空白孔。將96孔板置于37℃和5% CO2條件下繼續(xù)培養(yǎng)24 h。隨后每孔均加入10 μL CCK-8試劑,置于37℃和5% CO2條件下孵育1~4 h,再使用酶標儀測量450 nm處的吸光度。
1.5 不同時間段添加白藜蘆醇后對PoRV感染和復(fù)制的測定
為進一步探究白藜蘆醇影響PoRV感染的具體過程,分別在PoRV(MOI=0.1)感染的不同時間段添加白藜蘆醇處理IPEC-J2細胞。分組設(shè)置及處理方法如下:1)陰性對照組(NC):各階段均不添加白藜蘆醇且不感染PoRV;2)陽性對照組(PoRV):只接種PoRV,各階段均不添加白藜蘆醇;3)白藜蘆醇組:各階段均添加白藜蘆醇;4)感染前階段(前期):在PoRV感染前添加白藜蘆醇預(yù)處理細胞24 h,1×PBS緩沖液潤洗后接種PoRV,置于37℃和5% CO2條件下維持24 h;5)藥物與病毒共處理階段(中期):白藜蘆醇溶于病毒培養(yǎng)液中再感染細胞,吸附1 h,1×PBS緩沖液潤洗后置于37℃和5% CO2條件下維持24 h;6)感染后維持階段(后期):PoRV感染細胞后,用含白藜蘆醇的細胞維持液在37℃和5% CO2條件下維持24 h;7)全階段(全期):在感染前、藥物與病毒共處理和感染后階段,病毒、細胞培養(yǎng)液和維持液中均含有白藜蘆醇,置于37℃和5% CO2條件下維持24 h。每組3個重復(fù)。觀察各組細胞病變效應(yīng),收取細胞RNA、蛋白樣品和病毒上清液,檢測病毒基因組拷貝數(shù)、病毒滴度和VP6蛋白表達。
1.6 感染后IPEC-J2細胞上清液中炎癥因子含量的測定
使用雙抗體夾心法酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)對細胞中子IL-1β、IL-10、TNF-α和IFN-β的含量進行檢測。首先,設(shè)置標準品孔和樣品孔,標準品孔各加入50 μL不同濃度的標準品,樣品孔加入10 μL待測樣品和40 μL樣品稀釋液。其次,每孔均加入100 μL辣根過氧化物酶標記的檢測抗體,置于37℃條件下孵育60 min。孵育結(jié)束后棄去液體,在吸水紙上拍干,每孔均加滿洗滌液,在室溫下靜置1 min,棄去洗滌液,在吸水紙上拍干,重復(fù)洗滌5次。洗滌結(jié)束后每孔均先后加入底物A和底物B各50 μL,置于37℃條件下避光孵育15 min。最后,每孔均加入50 μL終止液,在15 min內(nèi)使用酶標儀測量450 nm處的吸光度。根據(jù)吸光度數(shù)值繪制標準曲線并計算對應(yīng)樣品細胞炎癥因子含量。試驗分組同“1.5”類似(除去白藜蘆醇組)。
1.7 感染后IPEC-J2細胞RNA的提取和基因表達的測定
采用熒光定量PCR方法檢測病毒基因組拷貝數(shù)、IPEC-J2細胞的免疫和可變剪接因子相關(guān)基因的表達量。按照總RNA提取試劑盒說明書提取細胞總RNA,測定RNA濃度后進行濃度的統(tǒng)一,取1 μg總RNA作為模板反轉(zhuǎn)錄成cDNA,加入ddH2O對cDNA進行5倍稀釋,配制qPCR體系。qPCR體系如下:2×ChamQ SYBR qPCR Master Mix 5.0 μL,50×ROX Reference Dye I 0.2 μL,上、下游引物(10 μmol·L-1)各0.2 μL,cDNA 2.0 μL,ddH2O 2.4 μL,共10 μL。qPCR反應(yīng)程序如下:95℃預(yù)變性30 s,95℃變性10 s,60℃退火30 s,40個循環(huán)后進行熔解曲線分析。以GAPDH為內(nèi)參基因?qū)颖具M行歸一化處理,每個樣本重復(fù)3次。采用2-ΔΔct法計算目的基因相對表達量。本試驗所用的引物序列如表1所示。
1.8 靶基因外顯子跳躍的測定
使用半定量PCR方法檢測靶基因外顯子跳躍型可變剪切。在發(fā)生外顯子跳躍的外顯子前后設(shè)計引物,以制備的cDNA為模版進入PCR擴增,25μL的反應(yīng)體系為:2×TB Green Premix Ex TaqI 12.5μL、正/反引物各1 μL、無菌無酶水8 μL、cDNA 2.5 μL。PCR反應(yīng)程序為:95℃預(yù)變性1 min;95℃變性30 s、60℃退火30 s、72℃延伸30 s,共28個循環(huán);72℃延伸10 min。PCR樣品在3%的瓊脂糖凝膠中電泳,在紫外燈下觀察,采用凝膠成像系統(tǒng)拍照保存并計算。計算公式為:剪切百分比(percent spliced in,PSI)=外顯子跳躍部分/(外顯子跳躍部分+非外顯子跳躍部分)。
1.9 感染后IPEC-J2細胞蛋白的提取和蛋白含量的測定
使用BCA蛋白濃度測定試劑盒檢測蛋白濃度。首先,設(shè)置標準品孔和待測樣品孔,標準品孔中分別按0、1、2、4、8、12、16、20 μL加入標準品,再加入RIPA裂解液補足至20 μL,而待測樣品孔中加入20 μL待測樣品。其次,每孔均加入200 μL BCA工作液,置于37℃條件下孵育20~30 min。最后使用酶標儀測量562 nm處的吸光度。根據(jù)吸光度數(shù)值繪制標準曲線并計算對應(yīng)樣品蛋白濃度。將蛋白濃度統(tǒng)一后加入5×上樣緩沖液,95℃金屬浴10 min使蛋白充分變性。
使用蛋白免疫印跡法(Western blot)測定目的蛋白含量。通過SDS-PAGE凝膠電泳將變性后的蛋白樣品進行濃縮和分離。電泳結(jié)束后進行濕法轉(zhuǎn)膜,將蛋白從凝膠上轉(zhuǎn)印至聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上。轉(zhuǎn)膜結(jié)束后將PVDF膜置于5%的脫脂奶粉溶液中,室溫下置于搖床上封閉2 h。封閉結(jié)束后加入含有Tween-20的洗膜緩沖液(TBST),置于搖床上潤洗3~5次,每次5 min。潤洗結(jié)束后加入對應(yīng)蛋白一抗,4℃條件下置于搖床上孵育12 h。孵育結(jié)束后回收一抗,加入TBST,置于搖床上潤洗3~5次,每次5 min。潤洗結(jié)束后加入對應(yīng)二抗,室溫下置于搖床上孵育90 min。孵育結(jié)束后回收二抗,加入TBST,置于搖床上潤洗3~5次,每次5 min。潤洗結(jié)束后加入增強型化學(xué)發(fā)光液,使用超靈敏化學(xué)發(fā)光凝膠成像系統(tǒng)對PVDF膜進行曝光。以GAPDH為內(nèi)參抗體。所用抗體信息見表2。
1.10 數(shù)據(jù)分析
本試驗數(shù)據(jù)均以“平均值±平均標準誤差(SEM)”表示,使用IBM SPSS Statistics 20軟件對試驗結(jié)果進行單因素ANOVA分析和獨立樣本t檢驗。利用GraphPad Prism 8.0軟件對統(tǒng)計結(jié)果進行圖表繪制。組間*均表示Plt;0.05,即差異顯著并具有統(tǒng)計學(xué)意義,**表示Plt;0.0 即差異極顯著并具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié) 果
2.1 不同濃度的白藜蘆醇對IPEC-J2細胞活力的影響
為研究白藜蘆醇對IPEC-J2細胞的細胞活力作用,用不同濃度的白藜蘆醇(0、5、10、20、40、60、100、150、200、300和500μmol·L-1)處理IPEC-J2細胞24 h。如圖1所示,與不添加白藜蘆醇的對照組相比,白藜蘆醇濃度≤100 μmol·L-1時,對細胞活力影響不顯著(Pgt;0.05),但在白藜蘆醇濃度為150 μmol·L-1時,觀察到細胞活力極顯著降低(Plt;0.01),利用GraphPad Prism 8.0計算出白藜蘆醇對IPEC-J2的半數(shù)致死濃度CC50為(237.36±1.19)μmol·L-1。因此,選取100 μmol·L-1白藜蘆醇進行后續(xù)試驗。
2.2 不同階段添加白藜蘆醇對PoRV感染IPEC-J2細胞的影響
為研究不同階段添加白藜蘆醇對PoRV感染和復(fù)制的影響,本研究在PoRV感染前期、中期、后期和全期分別添加100 μmol·L-1白藜蘆醇處理IPEC-J2細胞,在感染后24 h時,觀察細胞病變效應(yīng)并檢測病毒滴度、病毒拷貝數(shù)和病毒蛋白表達。如圖2所示,與陽性對照組相比,在PoRV感染的后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可極顯著抑制PoRV的NSP5基因表達(圖2A)、顯著降低病毒滴度(圖2C)和極顯著降低VP6蛋白的表達(圖2B),在PoRV感染的后期添加不同濃度的白藜蘆醇,隨著白藜蘆醇濃度的增加(10、20、40、60和100 μmol·L-1)處理后,豬輪狀病毒拷貝數(shù)呈下降趨勢(圖2D)。
2.3 白藜蘆醇對PoRV感染IPEC-J2細胞炎癥細胞因子的影響
為評估白藜蘆醇是否能減輕PoRV誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng),本研究對IPEC-J2細胞培養(yǎng)液中炎癥細胞因子的濃度進行了檢測。圖3表明,與陰性對照組相比,PoRV感染極顯著上調(diào)細胞培養(yǎng)液中IL-1β、IL-10、TNF-α和IFN-β的水平(Plt;0.01),而在后期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可顯著抑制PoRV導(dǎo)致的IL-10和IFN-β水平的上調(diào)(Plt;0.05),在全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可極顯著抑制PoRV導(dǎo)致的炎癥因子水平的上調(diào)(Plt;0.01)。
2.4 白藜蘆醇對PoRV感染IPEC-J2細胞免疫調(diào)控因子的影響
通過實時熒光定量PCR檢測免疫相關(guān)基因的表達研究白藜蘆醇是否緩解PoRV誘導(dǎo)的免疫失調(diào)。如圖4所示,與對照組相比,添加白藜蘆醇顯著提高了細胞TRIF和IRF9的 mRNA表達(Plt;0.05,圖4A),PoRV感染顯著提高了細胞MDA5、RIG-I、TRIF、MAVS、LGALS9、EIF2AK2、IRF9和IFI44L的mRNA表達(Plt;0.01),而在后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可顯著抑制PoRV導(dǎo)致的免疫相關(guān)因子的高表達(Plt;0.0 圖4B)。
2.5 白藜蘆醇對PoRV感染IPEC-J2細胞可變剪接因子的影響
為研究白藜蘆醇是否改變PoRV誘導(dǎo)的可變剪接因子的表達,通過實時熒光定量PCR分析可變剪接因子相關(guān)基因的表達。如圖5所示,與對照組相比,添加白藜蘆醇顯著降低了細胞SRPK1的 mRNA表達(Plt;0.0 圖5A),PoRV感染顯著提高了細胞SRPK1、SRPK2、HNRNPC和HNRNR的mRNA的表達(Plt;0.01),而在后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可顯著抑制PoRV導(dǎo)致的可變剪接因子的表達(Plt;0.0 圖5B)。
2.6 白藜蘆醇對PoRV感染IPEC-J2細胞的靶基因的可變剪接的影響
為了研究白藜蘆醇是否改變PoRV誘導(dǎo)的靶基因的可變剪切,通過半定量PCR分析靶基因可變剪接(外顯子跳躍)變化。如圖6A所示,通過分析本實驗室前期對照組與輪狀病毒感染組轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)得知(數(shù)據(jù)未發(fā)表),LGALS9在5號外顯子發(fā)生外顯子跳躍,EIF2AK2在2號外顯子發(fā)生外顯子跳躍。設(shè)計相應(yīng)引物,LGALS9在瓊脂糖凝膠電泳下形成232 bp和136 bp的PCR產(chǎn)物,EIF2AK2在瓊脂糖凝膠電泳下形成189 bp和103 bp的PCR產(chǎn)物。如圖6B所示,與對照組相比,PoRV感染后顯著提高了LGALS9的5號外顯子跳躍和EIF2AK2的2號外顯子跳躍后的PCR產(chǎn)物(Plt;0.01),而在后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可顯著抑制PoRV導(dǎo)致的外顯子跳躍的變化(Plt;0.01)。
3 討 論
輪狀病毒為呼腸孤病毒科、輪狀病毒屬,PoRV是一種腸致病性胃腸炎病毒,可引起仔豬嚴重腹瀉、嘔吐和高死亡率,給養(yǎng)豬業(yè)造成重大經(jīng)濟損失[28-29]。腸上皮細胞是PoRV感染的主要靶點,PoRV在覆蓋豬小腸絨毛的腸細胞中復(fù)制,導(dǎo)致絨毛萎縮和隱窩增生,并損害患病仔豬的腸道屏障,PoRV感染的發(fā)病機制與炎癥密切相關(guān)[4,30]。本試驗結(jié)果表明,通過檢測病毒滴度、豬輪狀病毒的mRNA水平和蛋白水平,證明豬輪狀病毒入侵宿主并復(fù)制。感染PoRV的IPEC-J2細胞中促炎細胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α的水平顯著升高、免疫細胞產(chǎn)生的干擾素INF-β水平顯著上升,這表明豬輪狀病毒入侵宿主,造成宿主的免疫失調(diào)和炎癥反應(yīng)。當(dāng)細胞模式識別受體檢測到病原體相關(guān)分子模式時,抗病毒反應(yīng)開始,PoRV感染IPEC-J2細胞后,RIG-I和MDA-5檢測到病毒雙鏈RNA(dsRNA)后表達量上升,并經(jīng)歷構(gòu)象變化以與下游MAVS結(jié)合,MAVS與TANK結(jié)合激酶1和I-κB激酶ε結(jié)合,促進干擾素調(diào)節(jié)因子3(IRF3)和干擾素調(diào)節(jié)因子7(IRF7)的磷酸化[30]。這兩種轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)移到細胞核并驅(qū)動I型和III型干擾素(IFN)mRNA的轉(zhuǎn)錄和生產(chǎn),從而使下游的IFI44L、IRF9、LGALS9的EIF2AK2表達量上升,這表明宿主通過產(chǎn)生大量的抗病毒免疫因子來抵抗病毒的入侵。目前,疫苗接種是預(yù)防病毒感染的主要手段,但還不能完全抵抗PoRV。因此,在禁抗和替抗的大環(huán)境下,還可以選擇控制PoRV的替代策略,如中草藥藥物治療。
白藜蘆醇是存在于葡萄、花生和虎杖等植物中的一種多酚類物質(zhì),由于具有其多種生物學(xué)效應(yīng),如抗腫瘤、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗菌和抗病毒活性,已引起人們的廣泛關(guān)注[25,31]。值得注意的是,白藜蘆醇對多種病毒的增殖具有抑制能力,如單純皰疹病毒(HSV)、水痘-帶狀皰疹病毒(VZV)、偽狂犬病病毒(PRV)、呼吸道合胞病毒(RSV)、寨卡病毒(ZIKV)和腸道病毒71(EV71)[24-25]。然而,白藜蘆醇抗PoRV的效力尚未報道。本試驗研究了白藜蘆醇對PoRV的抗病毒特性。首先通過CCK-8的方法評估白藜蘆醇對IPEC-J2細胞的細胞毒性,結(jié)果表明,100 μmol·L-1白藜蘆醇對細胞活力無顯著影響。病毒感染細胞可分為吸附、穿透、復(fù)制和釋放4個階段,為進一步研究受白藜蘆醇影響的關(guān)鍵病毒感染周期,本研究設(shè)計了不同添加時間對相關(guān)指標的影響,主要包括病毒感染前期、中期、后期和全期,其中中期為病毒復(fù)制階段,后期為感染后維持階段。結(jié)果表明,單獨添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可提高細胞免疫能力,在PoRV感染的后期和全期添加100 μmol·L-1可顯著抑制豬輪狀病毒的病毒滴度、NSP5的mRNA水平和VP6的蛋白水平,這表明白藜蘆醇在病毒進入后具有最重要的抑制作用。在后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可抑制PoRV導(dǎo)致的炎癥因子水平和抗病毒免疫調(diào)控因子的上調(diào),這表明白藜蘆醇可以抵抗豬輪狀病毒帶來的炎癥反應(yīng)和免疫失調(diào),使宿主維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。
可變剪接是調(diào)節(jié)基因表達和產(chǎn)生蛋白質(zhì)組多樣性的重要機制,與人類生命活動息息相關(guān)。AS是通過由蛋白質(zhì)和RNA組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的,這些結(jié)構(gòu)圍繞要編輯的RNA組裝,病毒感染后可以改變RNA剪接方式和位點[6],通過調(diào)控剪接機制促進或抑制自身復(fù)制,比如1型單純皰疹病毒(HSV-1)感染會改變宿主AS以增強病毒復(fù)制[32];甲型流感病毒(FLUAV)可以誘導(dǎo)外顯子包涵體和較少的內(nèi)含子保留或廣泛的全局AS變化[33];人巨細胞病毒(HCMV)感染通過誘導(dǎo)宿主mRNA翻譯調(diào)節(jié)因子CPEB1的表達,導(dǎo)致3′UTR的全局縮短和poly(A)尾的延長,這種活性被證明是病毒復(fù)制所必需的[34]。剪接位點強度影響選擇性剪接,這主要取決于共識序列,也叫RNA結(jié)合蛋白(RBP)識別的基序,通過招募或閉塞剪接體蛋白或通過改變剪接體對接的RNA結(jié)構(gòu)可用性的方式結(jié)合沉默和增強基序的RBP,從而影響選擇性剪接[6]。有兩個主要的RBP家族通過與這些基序相互作用來協(xié)調(diào)AS,即絲氨酸/精氨酸剪接因子(SRSF)蛋白和異質(zhì)核糖核蛋白(hnRNPs)[35]。本研究表明,單獨添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可降低細胞的SRPK1的mRNA表達,而豬輪狀病毒感染IPEC-J2細胞后SRSF蛋白的SRPK1和SRPK2和hnRNPs蛋白的hnRNPC和hnRNPR的mRNA水平顯著提高,與此同時,LGALS9和EIF2AK2發(fā)生外顯子跳躍,且更傾向生成較短的可變剪切體(圖6A,EIF2AK2的外顯子1和3和LGALS9的外顯子4和6),這預(yù)示著不同的可變剪切體與輪狀病毒的感染性可能不同。在后期和全期添加100 μmol·L-1白藜蘆醇可顯著抑制PoRV導(dǎo)致的可變剪接因子的表達,同時LGALS9和EIF2AK2更傾向生成較長的可變剪切體(圖6A,EIF2AK2的外顯子1、2和3和LGALS9的外顯子4、5和6),這預(yù)示著白藜蘆醇通過影響可變剪切因子的表達,進而影響靶基因LGALS9和EIF2AK2的外顯子跳躍的方式,較長的可變剪切體對輪狀病毒的復(fù)制有抑制作用,提示白藜蘆醇可能具有通過調(diào)控可變剪接因子,從而影響靶基因的可變剪切方式,發(fā)揮抑制豬輪狀病毒感染和復(fù)制的功能。未來的研究需要進一步揭示白藜蘆醇控制宿主剪接的其他潛在機制,并確定對這些機制的操縱是否具有抗病毒治療干預(yù)的潛力。
4 結(jié) 論
本研究揭示了100 μmol·L-1白藜蘆醇可以在病毒感染后維持階段抑制豬輪狀病毒的感染和復(fù)制,能夠緩解豬輪狀病毒的感染造成的炎癥反應(yīng)和免疫失調(diào),其機制可能通過調(diào)控可變剪接方式抑制病毒復(fù)制。
參考文獻(References):
[1] 沈思思.豬輪狀病毒的研究進展[J].中國畜牧業(yè),2022(14):48-49.
SHEN S S.Research progress of porcine rotavirus[J].China Animal Industry,2022(14):48-49.(in Chinese)
[2] VLASOVA A N,AMIMO J O,SAIF L J.Porcine rotaviruses:epidemiology,immune responses and control strategies[J].Viruses,2017,9(3):48.
[3] 楊志剛,湯德元,張 森,等.豬輪狀病毒檢測技術(shù)研究進展[J].動物醫(yī)學(xué)進展,202 42(7):96-100.
YANG Z G,TANG D Y,ZHANG S,et al.Progress on detection techniques of porcine rotavirus[J].Progress in Veterinary Medicine,202 42(7):96-100.(in Chinese)
[4] 卓儒浩,吳嘉敏,許夢慧,等.姜黃素抑制輪狀病毒感染豬腸上皮細胞的作用研究[J].動物營養(yǎng)學(xué)報,2022,34(2):1285-1295.
ZHUO R H,WU J M,XU M H,et al.Inhibitory effect of curcumin against rotavirus infection in intestinal porcine epithelial cells[J].Chinese Journal of Animal Nutrition,2022,34(2):1285-1295.(in Chinese)
[5] REN X L,SALEEM W,HAES R,et al.Milk lactose protects against porcine group A rotavirus infection[J].Front Microbiol,2022,13:989242.
[6] MANN J T,RILEY B A,BAKER S F.All differential on the splicing front:host alternative splicing alters the landscape of virus-host conflict[J].Semin Cell Dev Biol,2023,146:40-56.
[7] EMERY A,SWANSTROM R.HIV-1:to splice or not to splice,that is the question[J].Viruses,202 13(2):181.
[8] MEYER F.Viral interactions with components of the splicing machinery[J].Prog Mol Biol Transl Sci,2016,142:241-268.
[9] AJIRO M,ZHENG Z M.Oncogenes and RNA splicing of human tumor viruses[J].Emerg Microbes Infect,2014,3(9):e63.
[10] ZHENG Z M.Viral oncogenes,noncoding RNAs,and RNA splicing in human tumor viruses[J].Int J Biol Sci,2010,6(7):730-755.
[11] LI R X,GAO S Y,CHEN H Y,et al.Virus usurps alternative splicing to clear the decks for infection[J].Virol J,2023,20(1):131.
[12] BOUDREAULT S,ROY P,LEMAY G,et al.Viral modulation of cellular RNA alternative splicing:a new key player in virus-host interactions?[J].Wiley Interdiscip Rev RNA,2019,10(5):e1543.
[13] FRANCIES F Z,DLAMINI Z.Aberrant splicing events and epigenetics in viral oncogenomics:current therapeutic strategies[J].Cells,202 10(2):239.
[14] LYU M Y,LAI H L,WANG Y L,et al.Roles of alternative splicing in infectious diseases:from hosts,pathogens to their interactions[J].Chin Med J (Engl),2023,136(7):767-779.
[15] BEEMON K L.Retroviral RNA processing[J].Viruses,2022,14(5):1113.
[16] ESPARZA M,BHAT P,F(xiàn)ONTOURA B M.Viral-host interactions during splicing and nuclear export of influenza virus mRNAs[J].Curr Opin Virol,2022,55:101254.
[17] GAN Z D,WEI W Y,WU J M,et al.Resveratrol and curcumin improve intestinal mucosal integrity and decrease m6A RNA methylation in the intestine of weaning piglets[J].ACS Omega,2019,4(17):17438-17446.
[18] PASQUARIELLO R,VERDILE N,BREVINI T A L,et al.The role of resveratrol in mammalian reproduction[J].Molecules,2020,25(19):4554.
[19] MENG T T,XIAO D F,MUHAMMED A,et al.Anti-inflammatory action and mechanisms of resveratrol[J].Molecules,202 26(1):229.
[20] ZHOU D D,LUO M,HUANG S Y,et al.Effects and mechanisms of resveratrol on aging and age-related diseases[J].Oxid Med Cell Longev,202 2021:9932218.
[21] DOCHERTY J J,F(xiàn)U M M H,STIFFLER B S,et al.Resveratrol inhibition of herpes simplex virus replication[J].Antiviral Res,1999,43(3):145-155.
[22] ZHAO X H,CUI Q K,F(xiàn)U Q T,et al.Antiviral properties of resveratrol against pseudorabies virus are associated with the inhibition of IκB kinase activation[J].Sci Rep,2017,7(1):8782.
[23] MOHD A,ZAINAL N,TAN K K,et al.Resveratrol affects Zika virus replication in vitro[J].Sci Rep,2019,9(1):14336.
[24] CHEN X X,SONG X,ZHAO X H,et al.Insights into the anti-inflammatory and antiviral mechanisms of resveratrol[J].Mediators Inflamm,2022,2022:7138756.
[25] ALESCI A,NICOSIA N,F(xiàn)UMIA A,et al.Resveratrol and immune cells:a link to improve human health[J].Molecules,2022,27(2):424.
[26] OTSUKA K,YAMAMOTO Y,OCHIYA T.Regulatory role of resveratrol,a microRNA-controlling compound,in HNRNPA1 expression,which is associated with poor prognosis in breast cancer[J].Oncotarget,2018,9(37):24718-24730.
[27] QIAN S,GU J L,DAI W F,et al.Sirt1 enhances tau exon 10 inclusion and improves spatial memory of Htau mice[J].Aging (Albany NY),2018,10(9):2498-2510.
[28] ZHOU X,NIU J W,ZHANG J F,et al.Commentary:identification of pulmonary infections with porcine Rotavirus A in pigs with respiratory disease[J].Front Vet Sci,2023,10:1102602.
[29] LI W,LEI M K,LI Z F,et al.Development of a genetically engineered bivalent vaccine against porcine epidemic diarrhea virus and porcine rotavirus[J].Viruses,2022,14(8):1746.
[30] WANG A M,TAO W,TONG J Y,et al,et al.m6A modifications regulate intestinal immunity and rotavirus infection[J].eLife,2022,11:e73628.
[31] 李 萍,程曉馨.白藜蘆醇抗菌抗病毒作用的研究進展[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志,2014,26(10):1215-1219.
LI P,CHENG X X.The effects of resveratrol on antibacterial and antiviral properties[J].Chinese Journal of Microecology,2014,26(10):1215-1219.(in Chinese)
[32] RUTKOWSKI A J,ERHARD F,L’HERNAULT A,et al.Widespread disruption of host transcription termination in HSV-1 infection[J].Nat Commun,2015,6:7126.
[33] ASHRAF U,BENOIT-PILVEN C,NAVRATIL V,et al.Influenza virus infection induces widespread alterations of host cell splicing[J].NAR Genom Bioinform,2020,2(4):lqaa095.
[34] BATRA R,STARK T J,CLARK A E,et al.RNA-binding protein CPEB1 remodels host and viral RNA landscapes[J].Nat Struct Mol Biol,2016,23(12):1101-1110.
[35] BUSCH A,HERTEL K J.Evolution of SR protein and hnRNP splicing regulatory factors[J].Wiley Interdiscip Rev RNA,2012,3(1):1-12.
(編輯 范子娟)