劉俊宏,趙 月,李宏梅,王 瑩,王沫宇,成子強(qiáng),邱建華,侯秋玲,郭慧君
(山東省動(dòng)物生物工程與疾病防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省畜禽疫病防治工程技術(shù)研究中心 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,泰安 271018)
J亞群禽白血病病毒(ALV-J)為致病性較強(qiáng)的外源性禽白血病病毒亞群。該亞群毒株最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì) 八十年代末肉種雞骨髓瘤組織中,后被廣泛報(bào)道于世界各地。我國(guó)最早在1999年從肉種雞中分離檢出ALV-J,其后在蛋雞和地方品系雞中也檢測(cè)到ALV-J,由于其傳播性、致病性、變異性較強(qiáng),而被廣泛關(guān)注。流行病學(xué)調(diào)查顯示,該亞群毒株在中國(guó)地方雞品系中感染率能達(dá)到60%,是所有ALV亞群中感染率最高的,每年給養(yǎng)雞業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,是目前養(yǎng)雞生產(chǎn)中最主要的防控對(duì)象。
早期發(fā)現(xiàn)ALV-J毒株主要誘發(fā)感染雞只骨髓組織增生、免疫抑制等,如2001年從我國(guó)寧夏回族自治區(qū)分離到的ALV-J-NX0101毒株,無(wú)論是對(duì)SPF雞還是商品肉雞或蛋雞均造成骨髓瘤、免疫抑制和生產(chǎn)性能下降等。但隨后分離的毒株發(fā)現(xiàn)其組織嗜性增強(qiáng),可造成更廣泛的組織增生,2010年在我國(guó)山東雜交817肉雞中分離到1株新型J亞群ALV毒株(ALV-J-SD1005),研究顯示,在感染后10~14 d可誘發(fā)雞只明顯的纖維肉瘤。從早期骨髓瘤到快速纖維肉瘤,J亞群禽白血病病毒這種致病性變化一方面與病毒致病基因變異有密切關(guān)系,另一方面也與雞體組織免疫因子、腫瘤生成因子表達(dá)差異密切相關(guān),但該亞群毒株感染所造成雞體組織細(xì)胞相關(guān)因子表達(dá)差異至今尚未見報(bào)道。
本研究利用ALV-J-NX0101毒株和ALV-J-SD1005毒株人工感染1日齡雛雞,探究它們?cè)谡T發(fā)組織腫瘤和細(xì)胞因子表達(dá)方面存在的明顯差異,這不僅能對(duì)兩株病毒的致病特點(diǎn)有進(jìn)一步的了解,也對(duì)病毒感染和腫瘤的早期診斷提供重要幫助。
ALV-J NX0101毒株,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)崔治中教授饋贈(zèng);ALV-J SD1005毒株,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)孫淑紅教授饋贈(zèng);DF-1細(xì)胞,購(gòu)自北京IDEXX公司,用于病毒增殖。
ALV P27 抗原ELISA試劑盒和ALV-J抗體ELISA試劑盒購(gòu)自北京IDEXX生物有限公司;超純RNA提取試劑盒和FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒購(gòu)自北京天根生化科技有限公司;UItraSYBR Mixture購(gòu)自北京康為世紀(jì)生物科技有限公司;ALV-J特異性單抗由本實(shí)驗(yàn)室制備;FITC標(biāo)記的羊抗鼠熒光二抗,購(gòu)自SIGMA公司。
1日齡海蘭褐雞,購(gòu)自泰安市海藍(lán)種禽有限公司,經(jīng)ALV抗原抗體ELISA試劑盒檢測(cè)血清均為陰性者,用于動(dòng)物試驗(yàn)病毒接種。
根據(jù)已發(fā)表的基因序列,利用PrimerPremier5.0軟件和基于GenBank序列的Oligo7.0軟件設(shè)計(jì)引物用于鑒定ALV-J病毒和檢測(cè)細(xì)胞因子的表達(dá)水平。本研究所用的引物序列均由山東瑞博生物技術(shù)公司合成。
將75只血清P27抗原檢測(cè)呈陰性的1日齡海蘭褐雞隨機(jī)均分成3組:SD1005、NX0101和Control組,分別在每只雞頸部皮下接種10TCID50的ALV-J-SD1005病毒液、10TCID50的ALV-J-NX0101病毒液和等量的無(wú)菌PBS鹽水。對(duì)每只雞進(jìn)行編號(hào),用金屬腿標(biāo)固定。全部試驗(yàn)雞在干凈、通風(fēng)良好的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境條件下飼養(yǎng),雞只自由采食和飲水,飼料為泰安東岳種禽場(chǎng)的海蘭褐蛋用雛雞飼料。感染后7、14、21 d隨機(jī)每組取6只雞的翅靜脈外周血,用于檢測(cè)血液中病毒含量;剖殺后取頸部皮下組織用于檢測(cè)病毒含量;取肝組織用于檢測(cè)細(xì)胞因子的表達(dá)。試驗(yàn)過程中觀察有無(wú)雞只出現(xiàn)異常表現(xiàn)和死亡,對(duì)死亡雞只進(jìn)行病因分析和病原分離鑒定。該試驗(yàn)由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物福利與倫理學(xué)會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào):SDAU-2019-33),雞只飼養(yǎng)和試驗(yàn)處理嚴(yán)格按照指定的要求規(guī)范操作。
感染后7、14、21 d統(tǒng)計(jì)SD1005感染組、NX0101感染組和Control組雞纖維肉瘤和骨髓瘤發(fā)生情況和病變大小。計(jì)算腫瘤指數(shù),腫瘤指數(shù)=(腫瘤重量/體重)*100%。
翅靜脈采集血液,收集血清,根據(jù)國(guó)家禽白血病檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 36873—2018)用北京IDEXX 公司的ALV P27 抗原ELISA試劑盒檢測(cè)病毒含量。操作步驟參照試劑盒說(shuō)明書,簡(jiǎn)述如下:每孔加入100 μL待檢血清樣本,同時(shí)設(shè)置陰陽(yáng)性對(duì)照,于37 ℃恒溫箱中反應(yīng)1 h后,用1×PBS液洗滌4次;每孔加入酶標(biāo)抗體100 μL,37 ℃恒溫孵育1 h,孵育完畢后用1×PBS液洗滌4次;每孔加入預(yù)混的顯色物100 μL,37 ℃恒溫孵育15 min,孵育完畢后,每孔加入終止液50 μL,并于OD波長(zhǎng)檢測(cè)其吸光度值,計(jì)算病毒含量,即: (樣品OD值-陰性對(duì)照OD值)/(陽(yáng)性對(duì)照OD值-陰性對(duì)照OD值)。
采集雞頸部皮下纖維組織,應(yīng)用超純RNA提取試劑盒提取細(xì)胞RNA后,用核酸分析儀測(cè)定提取細(xì)胞RNA的OD/OD及其質(zhì)量濃度,并將提取的RNA稀釋至工作質(zhì)量濃度。再應(yīng)用FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒將細(xì)胞RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,反轉(zhuǎn)錄條件為:45 ℃ 15 min;72 ℃ 3 min終止反應(yīng),獲得的cDNA保存于-20 ℃。以細(xì)胞cDNA為模板,利用表1中對(duì)應(yīng)ALV-J毒株基因引物進(jìn)行RT-qPCR檢測(cè)病毒mRNA含量。使用SYBRPrimeScriptRT-PCR試劑盒(TaKaRa,中國(guó)大連),按照其說(shuō)明書進(jìn)行,反應(yīng)體系為:含有2×UltraSYBR混合物, 100 nmol·L上游引物, 100 nmol·L下游引物和1 μL cDNA。反應(yīng)條件為:預(yù)變性95 ℃ 10 min,延伸95 ℃ 15 s 和 60 ℃ 60 s循環(huán)40次,熔解95 ℃ 15 s, 60 ℃ 60 s,95 ℃ 15 s。
通過RT-qPCR檢測(cè)細(xì)胞因子mRNA的表達(dá)。qPCR分析采用LightCycler96(德國(guó)羅氏診斷有限公司),使用SYBRPrimeScriptRT-PCR試劑盒(中國(guó)大連TaKaRa)并按照其說(shuō)明書進(jìn)行操作,以雞甘油醛-3-磷酸脫氫酶()基因作為內(nèi)參,檢測(cè)雞5、7、-、-、1、25、14-3-3、53的轉(zhuǎn)錄本水平。各基因引物參照表1列出的對(duì)應(yīng)引物,反應(yīng)體系為:含有2×UltraSYBR混合物,100 nmol·L上游引物, 100 nmol·L下游引物和1 μL cDNA。反應(yīng)條件為:預(yù)變性95 ℃ 10 min,延伸95 ℃ 15 s和60 ℃ 60 s循環(huán)40次,熔解95 ℃ 15 s, 60 ℃ 60 s, 95 ℃ 15 s。
所有數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,組間差異用ANOVA軟件進(jìn)行分析,然后進(jìn)行多重比較的Student-Newman-Keuls檢驗(yàn)。<0.05為差異顯著;<0.01為差異極顯著;>0.05為差異不顯著。
表1 本試驗(yàn)中所用引物及其基因序列登錄號(hào)
為對(duì)比ALV-J急性致纖維肉瘤毒株與慢性致骨髓瘤毒株在感染過程中的差異,相同劑量的ALV-J-SD1005毒株和ALV-J-NX0101毒株分別人工感染雛雞,感染后7、14、21 d統(tǒng)計(jì)體重、死亡率及腫瘤發(fā)生等病變情況,結(jié)果見表2。感染兩株ALV-J病毒后,雛雞生長(zhǎng)速度減緩,機(jī)體出現(xiàn)消瘦,感染后21 d,ALV-J-SD1005組雞體重較對(duì)照組下降18.13 %,ALV-J-NX0101組下降6.96 %,表明急性致纖維肉瘤毒株較慢性致骨髓瘤株毒株導(dǎo)致更嚴(yán)重的生長(zhǎng)性能下降。
統(tǒng)計(jì)腫瘤病變發(fā)現(xiàn),ALV-J-SD1005組腫瘤最早出現(xiàn)于感染后第10天,第14天全部雞只出現(xiàn)腫瘤,經(jīng)病理組織學(xué)檢測(cè)均為纖維肉瘤(結(jié)果未顯示),所產(chǎn)生的腫瘤隨感染時(shí)間增加腫瘤重量和指數(shù)逐漸增大(圖1和表2)。到21 d,腫瘤重量和腫瘤指數(shù)平均值分別達(dá)到74.5 g和34.4%,并且有58.3%(7/12)雞只出現(xiàn)死亡;而對(duì)ALV-J-NX0101組感染雞只剖檢和病理組織檢測(cè)未出現(xiàn)組織增生等病變(圖1、表2),表明兩株病毒的致腫瘤病變有明顯不同。
表2 兩株ALV-J毒株感染雛雞后不同時(shí)間病變比較
圖1 兩株ALV-J毒株感染雛雞后7 dpi(A)、14 dpi(B)和21 dpi(C)腫瘤病變比較Fig.1 Comparison of tumors caused by two ALV-J strains at 7 dpi(A), 14 dpi (B)and 21 dpi(C)
2.2.1 病毒血癥 對(duì)感染后7、14、21 d的全部雞只采集血液,用ALV P27抗原檢測(cè)ELISA試劑盒檢測(cè)病毒血癥,結(jié)果見圖2。結(jié)果顯示,相較對(duì)照組,感染后7 d ALV-J-SD1005組和ALV-J-NX0101組雞只血液中病毒含量顯著增加;14和21 d兩組雞只血液內(nèi)病毒均快速增多,達(dá)到較高水平;而ALV-J-SD1005組病毒含量較ALV-J-NX0101組有進(jìn)一步增加趨勢(shì),但統(tǒng)計(jì)差異不顯著。表明兩株ALV-J病毒感染雛雞均可導(dǎo)致嚴(yán)重的病毒血癥。
不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示組間差異不顯著(P>0.05)。下同The different letters indicate statistically significant differences among groups (P<0.05). The same letters indicate no statistically significant differences among groups (P>0.05). The same as below圖2 兩株ALV-J毒株感染雛雞后不同時(shí)間病毒血癥比較Fig.2 Comparison of viremia caused by two ALV-J strains in chickens at different DPI
2.2.2 雞頸部纖維組織病毒含量 對(duì)感染病毒后的雞只頸部皮下纖維組織檢測(cè)病毒載量,結(jié)果如圖3。發(fā)現(xiàn)感染病毒后7、14、21 d ALV-J-SD1005組雞皮下纖維組織病毒載量急劇升高,而ALV-J-NX0101組增加緩慢,與ALV-J-SD1005組之間存在明顯區(qū)別,表明兩株病毒在雞體組織細(xì)胞內(nèi)增殖能力存在明顯差別。
圖3 兩株ALV-J毒株感染雛雞后不同時(shí)間頸部皮下纖維組織病毒載量Fig.3 Viral loads of ALV-J in cervical subcutaneous fibrous tissue of the infected chickens at different DPI
利用熒光定量檢測(cè)法對(duì)ALV-J感染雛雞肝組織中I型干擾素及其相關(guān)基因進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如圖4。 雞5基因的表達(dá)在ALV-J-SD1005毒株感染初期7~14 d顯著提高,后期(21 d)下降但仍高于對(duì)照組;而在ALV-J-NX0101病毒感染后顯著被抑制,持續(xù)至21 d。雞7基因的表達(dá)變化與雞5趨于一致,即在ALV-J-SD1005毒株感染后7~21 d均顯著提高,在ALV-J-NX0101病毒感染后被顯著抑制。
I型干擾素基因-和-的表達(dá)在ALV-J-SD1005和ALV-J-NX0101兩株病毒感染后大都呈現(xiàn)表達(dá)抑制的變化,所不同的是-和-基因在ALV-J-SD1005感染后14 d出現(xiàn)異常升高。上述結(jié)果可以看出,兩株病毒感染所誘發(fā)的雞先天性抗病毒反應(yīng)明顯不同,這對(duì)兩株病毒增殖和致病差異具有特定意義。
圖4 兩株ALV-J感染雛雞后不同時(shí)間雞MDA5(A)、IRF7(B)、IFN-α(C)、IFN-β(D)基因的動(dòng)態(tài)表達(dá)Fig.4 Dynastical expressions of MDA5 (A), IRF7 (B), IFN-α (C), IFN-β (D) genes in two ALV-J infected chickens at different DPI
利用熒光定量檢測(cè)法對(duì)感染雛雞肝中腫瘤增殖相關(guān)基因進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)ALV-J-SD1005組和ALV-J-NX0101組雞25在感染后7 d表達(dá)顯著降低;而在14和21 d,ALV-J-SD1005組表達(dá)出現(xiàn)顯著升高,ALV-J-NX0101組始終處于較低水平,顯著低于對(duì)照組和ALV-J-SD1005組(圖5A),結(jié)合先前纖維肉瘤檢測(cè)結(jié)果,推測(cè)這可能與纖維肉瘤快速增生有關(guān)。
與對(duì)照組相比,轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白53基因在兩株病毒ALV-J-SD1005和ALV-J-NX0101感染后7 d沒有得到顯著表達(dá),隨著感染時(shí)間延長(zhǎng),ALV-J-SD1005組53基因表達(dá)得到顯著提高,而ALV-J-NX0101組始終沒有明顯變化;到21 d兩組間出現(xiàn)極為明顯的差異,而ALV-J-NX0101組與對(duì)照組53基因表達(dá)始終處于較低的水平,且兩組間沒有顯著差異(圖5B)。
腫瘤增殖基因14-3-3的表達(dá)在ALV-J-SD1005和ALV-J-NX0101兩株病毒感染后出現(xiàn)下降趨勢(shì),但ALV-J-SD1005組得到更為顯著的抑制,在感染后14和21 d均顯著低于ALV-J-NX0101組,而ALV-J-NX0101組14-3-3的表達(dá)出現(xiàn)前期顯著降低,后期恢復(fù)的變化(圖5C)。
抗腫瘤基因1的表達(dá)在ALV-J-SD1005和ALV-J-NX0101兩株病毒感染后出現(xiàn)明顯不同,ALV-J-SD1005組在感染后7至21 d沒有出現(xiàn)明顯變化,而ALV-J-NX0101組感染后7 d表達(dá)量顯著升高,至21 d維持較高的表達(dá)水平(圖5D)。
圖5 兩株ALV-J感染雛雞后不同時(shí)間雞TRIM25(A)、P53(B)、14-3-3σ(C)、STAT1(D)基因的動(dòng)態(tài)表達(dá)Fig.5 Dynastical expressions of TRIM25 (A), P53 (B), 14-3-3σ (C), STAT1 (D) genes in ALV-J infected chickens at different DPI
ALV-J-NX0101毒株是2001年從寧夏父母代種雞場(chǎng)分離的毒株,大量人工致病試驗(yàn)表明,該毒株可引起生長(zhǎng)滯緩、免疫抑制和髓樣細(xì)胞瘤,但腫瘤發(fā)生時(shí)間較長(zhǎng),一般在感染60 d后。ALV-J-SD1005毒株是2011年報(bào)道的從山東地方“817”肉雞中分離的致纖維肉瘤J亞群ALV毒株,該毒株與早期報(bào)道的ALV-J毒株具有明顯不同的致病特點(diǎn):發(fā)病急、產(chǎn)生腫瘤快,以纖維組織增生為主,病毒含有腫瘤基因等,因而早期診斷和預(yù)防尤為關(guān)鍵。本研究利用該毒株與早年分離的ALV-J-NX0101毒株進(jìn)行感染比較,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)毒株在致腫瘤病變程度、腫瘤產(chǎn)生時(shí)間、生長(zhǎng)滯后和死亡率方面存在較大差異,顯示ALV-J-SD1005毒株更強(qiáng)的致病性和危害性。血液和皮下纖維組織病毒含量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)ALV-J-SD1005毒株在兩種組織中含量更高,顯示其比經(jīng)典ALV-J-NX0101毒株具有更快的病毒復(fù)制能力。相對(duì)這些致病特點(diǎn)和病毒特征變化,更令人感興趣的是感染雞只先天性免疫反應(yīng)和抗腫瘤反應(yīng)發(fā)生怎樣的改變?因?yàn)樗鼈兛梢詾樵摬〉脑\斷和防治提供新的思路。
I型干擾素包括-/是機(jī)體重要抑制病毒復(fù)制的免疫因子,其產(chǎn)生和含量高低決定機(jī)體對(duì)病毒復(fù)制抑制能力高低。研究發(fā)現(xiàn),病毒感染過程中會(huì)誘發(fā)I型干擾素反應(yīng),其中5介導(dǎo)的7/信號(hào)通路在雞-誘生過程中發(fā)揮重要作用。通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)57/-/發(fā)現(xiàn),兩株病毒除ALV-J-SD1005毒株14 dpi致-和-升高外,在整個(gè)試驗(yàn)期均導(dǎo)致感染雞只-/顯著下降,為病毒的快速?gòu)?fù)制提供有利條件;而5/7的表達(dá)卻呈現(xiàn)不同的差異:ALV-J-NX0101毒株導(dǎo)致5/7表達(dá)顯著下調(diào),而ALV-J-SD1005毒株卻出現(xiàn)顯著上調(diào),前者的變化可能與病毒感染抑制I型干擾素生成反應(yīng)有關(guān),后者除受病毒感染直接作用外,還受25表達(dá)變化的影響。
25既是一種先天性抗病毒免疫分子,也是細(xì)胞周期調(diào)控關(guān)鍵因子。它通過自身泛素化連接酶活性,調(diào)控多個(gè)靶蛋白的生物活性和功能。哺乳動(dòng)物中的研究表明,25可通過對(duì)RNA病毒識(shí)別受體RIG-I蛋白發(fā)生K63泛素化而激活I(lǐng)型干擾素生成反應(yīng)。盡管在雞體內(nèi)沒有RIG-I受體,但另一種受體MDA5蛋白可以代替RIG-I受體從而介導(dǎo)I型干擾素生成。本課題組前期通過構(gòu)建雞25過表達(dá)質(zhì)粒和RNA干擾質(zhì)粒進(jìn)行轉(zhuǎn)染試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),25參與ALV-A感染誘發(fā)的I型干擾素生成反應(yīng),這種反應(yīng)與5介導(dǎo)的信號(hào)通路有關(guān)。在本研究中,發(fā)現(xiàn)雞25的表達(dá)在ALV-J-NX0101毒株感染過程中被顯著抑制,5、7、-/均亦顯著降低,顯示25也參與ALV-J-NX0101毒株誘發(fā)的5介導(dǎo)的I型干擾素生成反應(yīng)。而在ALV-J-SD1005毒株感染過程中25的表達(dá)出現(xiàn)前期顯著降低、后期顯著升高的變化,這可能與25在ALV-J-SD1005毒株致纖維肉瘤產(chǎn)生過程中的調(diào)節(jié)作用有關(guān)。
哺乳動(dòng)物中的研究發(fā)現(xiàn),25可通過對(duì)14-3-3蛋白發(fā)生K48泛素化而使14-3-3蛋白發(fā)生降解、解除細(xì)胞分裂G2期抑制,促進(jìn)細(xì)胞增殖。有研究報(bào)道表明,在人乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、肺癌的形成和發(fā)展過程中25出現(xiàn)顯著表達(dá),體外試驗(yàn)證實(shí)25過表達(dá)有助于這些癌細(xì)胞的分裂增殖。本研究發(fā)現(xiàn),25在ALV-J-SD1005毒株致纖維肉瘤產(chǎn)生過程中(14~21 dpi)表達(dá)顯著升高,而抑癌基因14-3-3的表達(dá)顯著下降,53基因的表達(dá)顯著升高,推測(cè)正是ALV-J-SD1005毒株所致纖維肉瘤的產(chǎn)生和/或生長(zhǎng)誘導(dǎo)雞25的高表達(dá),一定程度上影響了5、7等的高表達(dá)。而25在纖維肉瘤產(chǎn)生過程中的高表達(dá)及其作用,值得進(jìn)一步關(guān)注。這將為闡釋ALV-J致腫瘤產(chǎn)生機(jī)制、探索新的診斷標(biāo)識(shí)提供新的思路。
ALV-J-NX0101毒株感染后21 d內(nèi)出現(xiàn)病毒快速增殖,但未見組織增生病變;25、5、7、-/基因表達(dá)顯著下降,1基因表達(dá)顯著升高,53基因變化不明顯,14-3-3前期表達(dá)降低、后期變化不明顯。而ALV-J-SD1005毒株能夠誘發(fā)感染雞只纖維組織快速增生、病毒快速?gòu)?fù)制,纖維組織增生過程(14~21 d)中25、53、5和7基因的表達(dá)顯著升高,14-3-3、-基因的表達(dá)顯著下降。本研究為深入理解ALV-J病毒感染和致瘤機(jī)制、探索ALV-J感染新分子診斷標(biāo)識(shí)提供重要科學(xué)依據(jù)。