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感染A型产气荚膜梭菌小鼠体内α毒素的分布及定位

2023-10-26 来源:易榕旅网
动物医学进展,201l,32(10):19—23 Progress in Veterinary Medicine 感染A型产气荚膜梭菌小鼠体内 毒素的分布及定位 王苗利,蔡玉梅 ,柴同杰 ,张红娜 (山东农业大学动物科技学院环境微生物实验室,山东泰安271000) 摘 要:为了研究a毒素在感染A型产气荚膜梭茵动物的体内的分布情况,自制了高效价的兔抗a毒 素多克隆抗体作为一抗,HRP和FITC分别标记的羊抗兔IgG作为二抗,通过免疫组化法对a毒素进行了 定位检测。结果表明,在小鼠延髓、肠、肾、肺、胃的间充质细胞胞浆中发现了阳性颗粒,在脾、肝的问充质细 胞中未发现毒素分布。结果提示,首次在延髓的细胞胞浆中发现了a毒素,表明a毒素能突破血脑屏障进入 延髓损坏生命中枢,这可能是引起动物死亡的一个重要原因。 关键词:A型产气荚膜梭茵;a毒素;蛋白表达;免疫组化 中图分类号:¥852.616.3 文献标识码:A 文章编号:1007—5038(2011)10—00019—05 产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)又 成;限制性内切酶、DNA凝胶回收试剂盒和克隆载 司产品;感受态细胞ToplO、BL21(DE3)PlysS及其 DNA抽提试剂为北京全式金生物技术有限公司产 品;Ni—Agarose His标签蛋白纯化柱、抗体亲和层析 纯化柱及T—MaxTM佐剂为南京金斯瑞生物科技有 限公司产品;HRP标记羊抗兔二抗、FITC标记羊抗 称魏氏梭菌,是引起各种动物坏死性肠炎、肠毒血症 体、表达载体pET28a为宝生物工程(大连)有限公 和人创伤性气性坏疽的主要病原菌之一[1]。该菌分 为A、B、C、D、E 5个型,其致病因子是菌体产生的 外毒素嘲。在家畜,主要引起牛羊“猝死症 。在 家禽,主要引起坏死性肠炎而危害养禽业[4]。其中 A型产气荚膜梭菌病是影响养殖业的主要疾病之 一,给养殖业带来了巨大的经济损失。此外,A型产 兔二抗、过氧化物酶DAB底物显色液为北京博奥森 生物公司产品。 1_2 方法 气荚膜梭菌还可引起人的食物中毒[ 。该型菌的主 要致病毒素是a毒素,它具有细胞毒性、溶血活性、 致死性、皮肤坏死性、血小板聚集和增加血管渗透性 等特性[6]。 1.2.1 a毒素全基因的PCR扩增、克隆及表达载 体的构建 通过引物软件DNA Star以及prim— mer5.0,设计上游引物5'-GCGGAATTCAT— 国内外对产气荚膜梭菌a毒素的致病性进行了 许多方面的研究[7],但缺少具体的有关检测A型产 GAAAAGAAAGATTTGT-3 ,下游引物5 1_GCG— 气荚膜梭菌a毒素在患病动物体内各组织中的分布 GCGAAGCTTTTATTTTATATTATAAGTT一3 。 情况的研究。本试验以小鼠为试验动物,采用免疫 预期产物长度1 228 bp。回收PCR产物,与T载体 组化方法探讨a毒素在小鼠体内的分布,方法简便, 操作简单,周期短,便于保存,可为进一步阐明a毒 素致病机理提供科学的理论依据。 连接、转化,蓝白斑筛选阳性重组菌。将重组质粒与 表达载体pET28a用EcoR I/X 0 I双酶切,回收片 段和线性pET28a,将两者连接、转化,筛选阳性重组 l材料与方法 1.1 材料 菌落,接种于含100 mg/mL Kan的LB培养液中扩 增,提取质粒,送金斯特工程有限公司测序。 1.2.2 a毒素蛋白的诱导表达与纯化 将重组菌 液接种到LB培养基中,分为4组,37℃振荡培养, IPTG终浓度分别为0、0.1、0.6、1.0 mmol/L,将 不同时间的菌液取样,SDS-PAGE电泳分析,同时做 产气荚膜梭菌A528型菌株(ATCC528标准菌 株,由德国柏林大学提供),本实验室保存;新西兰兔 (2.5 kg)及昆明小鼠(18 g~20 g),购自泰邦生物公 司;引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合 收稿日期:2011一O4—12 基金项目:山东农业大学青年科技创新基金(23655);中国国际合作项目“动物疫源性人畜共患病的监测” (2009DFA32890) 作者简介:王苗利(1987一),女,山东泰安人,硕士研究生,主要从事产气英膜梭茵致病性的研究。*通讯作者 20 动物医学进展 2Ol1年第32卷第9期(总第220期) 空载体对照组,根据电泳结果判定最佳诱导条件。 浓度为1:200的HRP标记的山羊抗兔lgG,37℃ 将最佳条件下表达的菌液超声裂解,4℃离心,分离 上清与沉淀。沉淀用尿素重悬,与上清分别上柱纯 化,透析。 湿盒孵育40 rain,用PBS漂洗2 rain×3次;滴加辣 根过氧化物酶DAB显色液至标本上,显色5 rain 10 rain,蒸馏水充分洗涤终止反应;切片置人Gill苏 木素中染色l rain,脱水,透明封片,镜检。 1.2.3 制备兔抗a毒素多克隆抗体 将透析后蛋 白与佐剂混合制成疫苗免疫兔,同时设对照组,14 d FITC荧光标记免疫组化操作方法同免疫组织 化学检测,只是在HRP标记的山羊抗兔IgG,37℃ 湿盒孵育40 min后,PBS漂洗2 min×3次后,即可 后第2次免疫,28 d后第3次免疫,35 d后采血 ELISA测滴度,38 d后颈部采血,经亲和层析柱纯 化去除杂抗体,测定效价。 1.2.4 A型产气荚膜梭茵攻毒试验 将A528菌 株接种于Gordon产毒肉汤,42℃厌氧震荡培养6 h ~9 h,取培养液常规硫酸铵沉淀法提取外毒素,用 灭菌生理盐水稀释,腹腔皮下注射于6只小鼠,同时 设生理盐水注射阴性对照组,取72 h内死亡小鼠的 组织,投入40 g/L多聚甲醛固定液中,阴性对照组 操作同上。 1.2.5 组织切片的制备及病理组织学检查 组织 于多聚甲醛中固定48 h后,常规脱水、透明、包埋、 切片。取对照组和攻毒组的切片做常规HE染色, 观察病理组织学变化。操作步骤如下:切片经二甲 苯脱蜡,梯度酒精脱水,水化,置入Gill苏木素中染 色10 rain,水冲至不脱色。盐酸酒精溶液分化、返 蓝。取出切片置于850 mL/L酒精溶液2 S,再置于 10 g/L伊红染液染色0.5 min~1 min,水冲至不脱 色为止。取出切片进行酒精脱水,二甲苯透明,封 片、镜检。 1.2.6 a毒素蛋白的免疫组织化学检测 取攻毒 组的组织切片,分别进行酶标及荧光标记免疫组化 实验。将兔抗a毒素一抗稀释倍数依次设为1:50、 l:100、l:300,1:600、1:1 000,HRP标记二抗 稀释倍数为1:100、1:200,FITC标记二抗稀释倍 数为1:100、1:200。同时设阴性对照,阴性对照 使用未攻毒小鼠组织,摸索一抗、二抗的最佳稀释倍 数。步骤如下:将各组织切片于57℃烤箱内烘烤4 h后,二甲苯脱蜡,梯度酒精脱水,水化;取出切片于 3 mL/L过氧甲醇中室温孵育20 min,再用PBS漂 洗2 min×3次,置于0.5 mL/L Teween一20中室温 孵育3 min ̄5 min;将切片浸于柠檬酸盐缓冲液中, 进行微波修复,每次修复5 min,共修复3次,中间室 温冷却,冷却后PBS漂洗2 min×3次;滴加50 g/L BSA封闭液,于37℃湿盒内孵育20 rain;弃去孵化 液,滴加l:300稀释浓度的兔抗a毒素抗体,4℃湿 盒内孵育14 h~18 h后,取出湿盒于37℃复温45 min,PBS漂洗2 rain×3次;切片置0.5 mL/L Teween一20中室温孵育2 rain,弃去多余液体,滴加 封片于荧光显微镜下进行镜检。 2结果 2.1 a毒素全基因PCR扩增、克隆及表达载体的 构建结果 在进行了32个循环的扩增后,经10 g/L琼脂 糖凝胶电泳,结果表明,成功扩增出l 228 bp的a毒 素基因片段(图1)。 M.DNA标准DL 2 000;1~3.目的片段 M.DNA MaRr DL 2 000 l 1-3.Target fragments 图1 PCR结果电泳图 Fig.1 E1ectrphoresis of PCR products 阳性重组质粒经Ec0R I/HindIn双酶切后能 被切成约1.2 kb和5 kb的2个片段,与预期的酶切 图谱相一致(图2)。 2 1 M 5000bp 1 000bp M.DNA标准DL 5 000;1,2.pet28a-a载体双酶切结果 M DNA Maker DL 5 000;1,2.pet28a-e vector double digestion results 图2 重组表达质粒双酶切产物电泳图 Fig.2 Electrophoresis of restriction enzyme digestion products of recombinant expression plasmid 2.2 a毒素蛋白的诱导表达与纯化结果 取不同IPTG浓度、不同诱导时间的样品进行 王苗利等:感染A型产气荚膜梭菌小鼠体内U毒素的分布及定位 23 膜脱落、出血,肾、肝、脾、心脏、肺、脑、泄殖腔的充 pha—toxin sequences of avian isolates of C/ostridium 血、出血;经免疫组织化学检测后,发现毒素主要定 perfringens口].Clin Mierobiol,2004,42:1345—1347. 位在肺、肾、胃、小肠、延髓间充质细胞的细胞质内, [2] Schotte U,Truyen U,Neubauer H.Significance of beta—toxi— genic Clostridium perfringens infections in animals and their 在肝、脾的间充质细胞内没有发现阳性颗粒。根据 predisposing factors?a review[J].Vet Med B Infect Dis Vet HE染色及免疫组化检测结果,推测A型产气荚膜 Public Health,2004,51:423—426. 梭菌a毒素的致死的原因如下:细菌在动物体内大 [3]Wages D P,Opengart K.Necrotic enteritis,Diseases.of poultry 量繁殖,产生毒素,毒素随血液循环系统到达全身, [M].Iowa State University Press:Ames Iowa,2003:781—783. 因a毒素具有磷脂酶C和鞘磷脂酶的活性,破坏细 [4]Parish W E.Necrotic enteritis in the fowl(Callus gallus domesticus)I.Histopathology of the disease and isolation of a 胞膜结构的完整性[8 ,所以在攻毒致死小鼠的心、 strain of Cdostridium welchii[J].Comp Pathol,1961,71;377— 肝、脑、脾、肺 肾、小肠、胃等组织器官中发现出血、 393. 充血、坏死等病变,并在肺、肾、胃、小肠、延髓间充质 [5]Faeh P,Guillou J P.Detection by/n vitro amplification of the 细胞的细胞质内发现了免疫阳性颗粒。而进入肝脏 alpha-toxin (phospholipase C) gene from C/ostridium 门静脉的血液由于之前已流经脾脏,经过脾脏的吞 perfringens[刀.Appl Baeteriol,1993,74:61—66. 噬作用后,进入肝脏的a毒素量已经大量减少,又经 [6]吴信法.兽医细菌学[M].北京:中国农业出版社,1996. [7]陈小云,关孚时,张存帅,等.产气荚膜梭菌主要外毒素最新研 肝脏自身的解毒作用,因此在肝脏的间充质细胞内 究进展口].中国兽药杂志,2005,39(6):29-33. 没有发现a毒素的存在。a毒素突破了血脑屏障的 [83吕存女,张敬友,赵 红,等.微量法测定产气荚膜梭菌毒素 防御作用,侵害延髓的神经元细胞质,影响心脏、肺 [J].兰州大学学报,2000,36(6):101-104. 的自主神经活动。控制动物心跳、呼吸的生理功能 [9] 赵宝华,杨 虹,顾为望.产气荚膜梭菌毒素研究进展[J].河北 中枢正是位于延髓,因此,延髓一旦受到破坏,心、肺 师范大学学报:自然科学版,2002,26(5):506-512. [1O]Merrill G A,Rivera V R,Neal D D,at a1.Aquantitative elec— 等器官不能正常工作,动物的生命就会发生危险。 trochem ilum inescence assay for Clotridium perfringens al— 本试验已证实,产气荚膜梭菌a毒素能破坏肺、 pha toxin[J].Anal Biochem,2006,357(2):181—187. 肾、胃、肠等问充质细胞的细胞膜进入细胞质内,损 [11]Oda M,Kihara A,Yoshioka H,et a1.Effect of erythro mycin 害脏器功能,但关键的因素很可能是a毒素能突破 on biological activities induced by Clostridium perfringens al- 血脑屏障,侵害延髓的生命中枢,破坏呼吸系统及心 pha toxin[J].J Pharmacol Exp Ther,2008,327(3):934—940. [12]Carman R J,Sayeed S,Li J,et a1.Clostridium perfringens 脏的传导系统,从而导致”猝死症”的发生。本试验 toxin genotypes in the feces of healthy North Americans[J]. 对A型产气荚膜梭菌的a毒素进行了定位,有关其 Anaerobe,2008,14(2):102-108. 他型产气荚膜梭菌的a毒素及其他毒素在患病动物 [13]Dittmar E,Beyer P,Fischer D,et a1.Necrotizing an teroeoli— 体内分布情况的研究也具有重要的意义,有待于进 tis of the neonate with Clostridium perfringens:diagnosis, 一步的研究。 clinical course,and role of alpha toxin[J].Eur J Pediatr, 参考文献: 2008,167(8):891—895. [1]Sheedy S A,Ingham A B,Rood J I,et a1.Highly conserved al— Distribution and Localization of Aalpha Toxin in Mice Infected With Clostridium perfringens Type A WANG Miao—li,CAI Yu—mei,CHAI Tong-jie,ZHANG Hong—na (College ofAnimal Science and Technology,ShandongAgricultural University,Tafan,Shandong,271017,China) Abstract:In order to test the distribution of alpha—toxin in animals infected by Clostridium perfringens type A,the high titer rabbit anti—alpha—toxin polyclonal antibodies prepared as primary antibodies and HRP or FITC conjugated secondary antibodies were used to detect the alpha-toxin by immunohistochemistry method.Results showed that positive particles were located in the main qualitative cell plasma of medulla, intestine,kidney,lungs and stomach except liver and spleen.The result indicated that the alpha—toxin was firstly found in cell plasma of medulla which broke through the blood brain barrier to damage the vital cen— ter.It may be an important reason why the alpha—toxin could cause animal death. Key words:Clostridium perfringens;o【一toxin;protein expression;immunohistochemistry 

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