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口蹄疫病毒单克隆抗体的制备及应用研究进展

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448 生LE TTERS IN H OLOG HN Y …Vol.・23一- No.・3・j M-ay,2012zul 一 TT s I BIOTEC 术doi:10.3969 ̄.issn.1009—0002.2012.03.033 综 述 口蹄疫病毒单克隆抗体的制备及应用研究进展 杨沁,林彤,高闪电,常惠芸 中国农业科学院兰州兽医研究所,家畜疫病病原生物学国家重点实验室,国家口蹄疫参考实验室,甘肃兰州I 730046 [摘要] 口蹄疫是严重影响全球政治经济的烈性动物传染病,快速诊断及有效防治对口蹄疫的防控具有重要意义。 单克隆抗体具有高特异性、均质、活性单一等优点,在生物医学领域中有广泛用途。目前,国内外学者制备了多种抗 口蹄疫病毒的单克隆抗体,并应用于口蹄疫病毒抗原定型、疫苗量化、抗体水平监测、自然感染与疫苗免疫动物的鉴 别诊断,以及口蹄疫病毒抗原表位分析等方面。我们简要综述口蹄疫病毒单克隆抗体的制备及应用进展。 [关键词] 口蹄疫;口蹄疫病毒;单克隆抗体 [中图分类号] R392.1 [文献标识码]A [文章编号] 1009—0002(2012)03—0448—04 Advances in Preparation and Application of Monoelonal Antibodies Against Foot-and-Mouth Disease Virus YANG Qin,LIN ,GAO Shan—Dian,CHANG Hui—Yun State Key Laboratory of Veterinary Etiological Biology,National Foot and Mouth Disease Reference Laboratory,Lan— zhou Veterinary Research Institute,Chinese Academy of Agricuhural Sciences,Lanzhou 730046,China Corresponding author,E—maih changhuiyun@126.eom [Abstract]Food and mouth disease(FMD)is a violent zoonosis which affects global politic and economy。fast di— agnosis and effective control is definitely needed.Monoclonal antibody has the advantage of high speciicifty,homo— geneity and singleness of competence,which has been widely used in biomedical sciences.For the moment,schol— ars from domestic and overseas has made different monoclonal antibodies against FMD virus(FMDV)。and use them to various fields on FMDV such as antigen stereotypes identify,vaccine quantization,monitoring of antibody level,differentiation and diagnosis between natural infection and vaccinated animals,analysis of antigen epitope. This article makes a brief summary of FMD monoclonal antibody S research and application prospects. [Key words] foot—and—mouth disease;foot—and—mouth disease virus;monoclonal antibodies 口蹄疫(foot—and—mouth disease,FMD)是由口 SAT3等7个血清型和80多个亚型,且极易发生突 变。由于型与型之间无交叉免疫保护作用,同一血 清型内的不同亚型的抗原性皆有不同程度的差别, 血清学交叉反应的程度也各不相同,使得口蹄疫的 蹄疫病毒(FMD virus,FMDV)引起的一种急性、热 性、高度接触传染性和可快速远距离传播的动物疫 病。偶蹄动物对该病毒极为敏感,主要侵染对象为 牛、羊、猪等家畜,易感动物多达70余种。FMDV可 造成患病动物的口、鼻、蹄和母畜乳头等无毛部位发 诊断和控制存在很大的难度。单克隆抗体具有识别 单一抗原位点的能力,与抗原结合的特异性强,均质 性高,生物活性单一,易于标准化,可批量生产,已在 生物医学领域中得到广泛应用。我们就FMDV单抗 生水疱,或水疱破损后形成溃疡或烂斑,发病率几乎 达100%。该病在全世界范围内分布,严重危害畜产 品质量,给畜牧业和进出口贸易造成巨大经济损 失。口蹄疫的发生和流行影响着发生地的经济和政 的制备及应用做一简要概述。 治活动,又称为“政治经济病”。世界动物卫生组织 (OIE)和联合国粮农组织(FAO)将其列为A类动物 传染病。口蹄疫有A、O、C、Asia I、SAT1、SAT2、 1 抗原选择 FMDV属小RNA病毒科(Picornavidae)口蹄疫 病毒属(Aphthovirus),其RNA全长约8500 bp,病毒 收稿日期:2011-08—11 呈球形,正十二面体结构。该病毒有4种结构蛋白 (VP1、VP2、VP3和VP4),它们构成病毒的衣壳;非 结构蛋白有前导蛋白酶(Lpro)、2A、2B、2C、3A、3B、 3C蛋白酶(3Cpro)及3D聚合酶(3Dpo1)和它们的前 基金项目:国家科技部转基因重大专项(2011ZX08011—004 20O9ZX08O07一O08B.2009ZXO8006—002B) 作者简介:杨沁(1987一),女,硕士研究生 通信作者:常惠芸,(E-mail)changhuiyun@126.con 杨沁等:口蹄疫病毒单克隆抗体的制备及应用研究进展 449 体。不同血清型FMDV结构蛋白之间有抗原差异 性,VP1蛋白的型特异性最好,因为VP1的G—H环 叉污染,也不能很好地区分FMDV的血清型。不同 血清型的FMDV可感染同一动物群体,且FMDV的7 个血清型之间存在共有表位 ,有时会出现交叉反 应,因此提高FMDV定型的特异性就显得尤为重要。 近几年,很多学者着眼于建立一种基于FMDV (141~160残基)和C端(200~2l3残基)在病毒抗原 性和免疫原性方面起重要作用。4种结构蛋白的变 异顺序依次为VP1>VP3>VP2>VP4。非结构蛋白主 要在病毒RNA的复制、裂解及结构蛋白的折叠、装 配等过程中发挥作用,不存在血清型间的差异。 研究表明,部分抗某一血清型的FMDV单抗可 单抗的检测方法。周国辉等 用制备的Asia I型单 抗I B4作为检测抗体,以牛抗FMDV IgG为捕获抗 体,建立了检测Asia I型FMDV的抗原捕获ELISA 方法,可检出0.5859 Ixg纯化的Asia I型FMDV和 同时和几种FMDV反应 。因此,用特异抗原制备单 抗,用以对FMDV定型检测,可提高其特异性。由于 FMDV全病毒粒子140S具有较强的免疫原性,为获 得高亲和力的单抗,很多学者用不同血清型FMDV 的全病毒粒子作为免疫原。也有很多学者致力于研 2.5x10 TCID 。病毒。李任峰等 用O型完整病毒制 备了兔抗FMDV高免血清和单抗2G12,分别作为捕 获抗体和检测抗体,建立了双抗夹心ELISA,能检出 9O ng的病毒。Kazuki等 用A、O、C和Asia I型抗 原制备出多型反应的单抗,用获得的5株单抗进行 究VP1蛋白的表达和纯化,并用其作为抗原来制备 单抗。VP1蛋白是最重要的抗原位点,也是抗原变 异的关键。它是在动物体内诱导产生中和抗体的主 要成分,也是惟一耐受水解蛋白酶的病毒蛋白。针 对VP1的特异性单抗在疫苗研制方面有较好效果。 不同组合,分别代替抗毒血清和过氧化物酶标记抗 体,建立了能同时检测多血清型和单一血清型抗原 的夹心ELISA法,解决了FMDV抗原性的差异问题。 将型特异性单抗用于FMDV不同血清型的临床 诊断,能在特异性和稳定性方面对试验进行优化。 国外的一些学者用抗FMDV非结构蛋白的单抗,研 部分国内外学者制备FMDV单抗的抗原选择见表1。 2 单抗应用 单抗特异性强,不仅可用于FMDV临床诊断、流 行毒株的抗原性分析、疫苗量化,而且在口蹄疫的检 制出了商品化诊断试剂盒,在特异性和敏感性方面 都优于其他鉴别诊断试剂盒-- 。胶体金免疫层析技 术操作简便、快速、灵敏,且胶体金免疫层析试纸条 可在常温下保存、运输,能够在田间、野外操作,且无 需专业人员和仪器。运用该方法可有效避免因送检 样品导致的样品、漏检、实验结果假阴性及可能 引发的散毒的危险,被广泛应用于生物医学等领 域。林彤 等用柠檬酸三钠还原法标记已制备的抗 Asia I型单克隆抗体,结合羊抗鼠IgG研制出了检测 Asia I型FMDV的胶体金免疫层析试纸条。 2.1.2 疫苗量化 疫苗在疾病控制中起到了至关重 疫、FMDV抗原位点分析等方面都有广泛的用途。 2.1 抗原检测 2.1.1 临床诊断——抗原定型 在口蹄疫的临床诊 断中,病毒的快速定型是诊断的重点,也是指导选择 适合的疫苗进行紧急免疫的关键。传统的FMDV抗 原检测用血清学方法,有补体结合法、中和试验、琼 脂扩散试验、间接血凝试验、双抗夹心ELISA、胶体 金定型试纸条等,分子生物学方法RT—PCR和基因 芯片技术也是实验室常用的检测方法 。大多数夹 要的作用,当口蹄疫暴发时,实行疫苗免疫可减少损 失。在疫苗生产中,抗原变性会降低终产品的免疫 心ELISA方法都采用2种多抗分别作为捕获抗体和 检测抗体,故实验的特异性相对较低,而胶体金定型 试纸条的捕获抗体一般多选用FMDV全病毒的高免 血清。虽然RT—PCR方法敏感性较高,但其容易交 原性。口蹄疫疫苗免疫原性的关键组成部分是 140S病毒粒子,该粒子的降解将大大降低疫苗的效 力。蔗糖密度梯度离心纯化是量化FMDV粒子最常 用的方法,但费时费力。与此相比,ELISA方法可大 表1 口蹄疫病毒单克隆抗体 450 LETTER 0l- TT SIN BIOTECHNOLOGY V 技 术 通 讯v 0l_23No ・3~ j May, 2012.大缩短分析时间,且操作简便、敏感性高。ELISA可 以同时在许多样本中量化140S粒子,其不但可以在 疫苗生产的每个环节监测全病毒粒子,而且可以用 于改进不同组织培养方法带来的影响。Yang 等用 O型和A型FMDV全病毒粒子免疫小鼠,获得了2株 备的抗Asia I型FMDV的单抗1B8,用纯化的Asia I 型VP1蛋白作为抗原,建立了单抗竞争ELISA,可用 于Asia I型猪FMDV抗体的监测。应用特异性和敏 感性较高的抗FMDV单抗建立竞争ELISA,可避免 多抗中不明因子的影响,且酶标单抗能用以检测多 结合表位为病毒粒子天然构造的单抗,并以其作为 检测抗体、抗FMDV 0型和A型的多抗作为捕获抗 宿主动物样品,从而提高抗体的监测水平。 2-3 FMDV抗原位点分析 体,建立了双抗夹心ELISA,该方法不仅可以量化 FMDV全病毒粒子到纳克级,还能用于病原的定性 检测。决定FMDV疫苗质量和免疫效率的关键之一 在FMDV型、亚型的特异性方面,中和性位点起 着决定性的作用。很多学者通过制备FMDV中和性 单抗来研究FMDV中和性抗原位点,并对氨基酸位 是抗原含量。张怀宇 等用制备的4株抗Asia I型 FMDV的单抗建立了ELISA方法,用于检测成品疫 苗的FMDV乳化前灭活抗原中的总抗原含量。 2.2抗体检测 2.2-1 区分自然感染和疫苗免疫 用大量扑杀动物 控制疫情会造成巨大的经济损失,相比之下,将屠宰 和疫苗策略联合应用会得到较为理想的效果。疫苗 策略能够帮助控制疫情的暴发,但要想使其更好地 发挥作用,关键是要准确可靠地从感染动物中区分 出疫苗免疫动物,以便保留免疫动物。这也是建立 以贸易为目的,被OIE指定为“无口蹄疫区”的关键。 FMDV的某些非结构蛋白也具有免疫原性,部 分自然感染FMDV的动物,其体内多产生针对非结 构蛋白的抗体;而用疫苗免疫的动物,一般都产生针 对结构蛋白的抗体。利用这种抗体的差异性,可以 用检测动物体内抗FMDV非结构蛋白的抗体来区分 该动物的免疫状况,这种方法也可用于检测持续性 感染动物。建立“无口蹄疫区”,要求对抗FMDV非 结构蛋白抗体在口蹄疫暴发后进行大规模血清学监 测 。从预防接种的动物中鉴别感染动物(DIVA, differentiating infected from vaccinated animals)的 有效定性诊断试验,对证明无感染和允许重新开始 畜产品贸易起决定性作用。检测动物体内抗非结构 蛋白3B和多聚蛋白3ABC的抗体,用以区分自然感 染动物和注苗动物,其结果的可信度较高 。 2.2.2监测抗体水平 目前,许多发展中国家还采 用常规灭活疫苗免疫来控制该病的流行。检测免疫 动物的抗体水平,国际上最常用的是国际贸易中指 定的抗体水平检测方法,即病毒中和试验和液相阻 断ELISAt 。传统检测方法周期长,分子生物学方法 仪器昂贵、成本高,不利于基层推广,而ELISA检测 法快速、简便、重复性好、灵敏度高、节省试剂,可用 于批量检测。Kazuki 等用2株抗FMDV O/JPN/ 2000毒株的中和单抗72C1和65H6分别作为捕获抗 体和过氧化物酶标检测抗体,建立了中和单抗夹心 液相阻断ELISA,可特异地检测血清中的FMDV O 型抗体。林彤 1等用改良后的过碘酸钠法标记已制 点进行分析,将研究深入到氨基酸水平,以便从病毒 分子生物学的角度解释FMDV抗原结构不断变异, 型间及型内交叉保护小或无交叉保护力的原因。 Duchesnet 等用抗FMDV的中和性单抗与同一亚型 不同毒株的全病毒粒子和VP1蛋白反应,定位中和 性抗原位点。Rana 等将12株抗Asia I型FMDV印 度疫苗株的单抗分成3组,分别结合不同的表位,用 于对3l株Asia I型FMDV田间分离株和2株疫苗株 的抗原性分析。Sanyal 等用制备的1 1株单抗,通 过夹心ELISA方法,对FMDV A型的田间分离株进 行比较,虽然在单抗分析中发现了小的抗原性差异, 但在参考毒株和田间分离株之间不存在较大分歧, 证明了疫苗毒株具有广泛的抗原性。 3 结语 作为全球最重要的动物传染病之一,口蹄疫依 然受到世界各国的密切关注。口蹄疫0、A和Asia I 型在亚洲地区仍普遍流行。虽然现用的单型夹心 ELISA(IS—ELISA)可区分FMDV的7种血清型抗原 及猪水泡病病毒(SVDV),但由于O型和A型的抗原 性很广,疫苗株很难抵抗田间分离株,故而IS—ELI. SA的敏感性和适应性相对较低。目前,国内外大多 数学者都致力于FMDV O型和Asia I型单抗的研 究,而对A型单抗的研究较少,C型的研究暂时还停 留在蛋白表达阶段,还没有相关单抗的文献报道。 单抗能阻止病毒吸附及穿入,也可使已吸附的 病毒解离,用单抗进行预防接种及动物的紧急免疫, 已在许多人畜共患病研究中取得了较好效果。为了 使针对FMDV的单抗在易感动物的被动免疫中发挥 出其潜在的应用价值,需要选取相对保守、优势且广 谱的抗原表位制备抗原,进而获得高特异性的单抗。 通过运用单抗对FMDV抗原位点的分析,可以 从氨基酸水平上研究定位抗原表位。单抗具有导向 作用,可作为治疗性药物,应用于口蹄疫的临床治 疗。又因为单抗毒性较低,故可用其作为传递药物 的载体,将药物携带至靶器官,针对性地作用于机 杨沁等:口蹄疫病毒单克隆抗体的制备及应用研究进展 45I parison of different foot——and—-mouth disease virus types using monoclonal antibodies defining multiple neutralizing epitopes 体,提高药物的疗效。在放射免疫分析、免疫组化、 流式细胞术中,单抗也有广泛应用。单抗还可作为 亲和层析的配体,用以纯化口蹄疫抗原。 不同单抗只能特异识别不同抗原位点,所以用 on FMDV A5 subtypes[J].Vius Res,1989,13(1):r45—60. 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