摘要:機(jī)體免疫功能受抑制時(shí),單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞內(nèi)潛伏的或持續(xù)存在的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染會(huì)重新激活。我們研究了甘草甜素,環(huán)孢霉素A,和腫瘤壞死因子α對U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中感染的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的病毒DNA合成和抗原表達(dá)的作用。雖然在本研究中,根據(jù)流式細(xì)胞儀和免疫熒光分析的結(jié)果,甘草甜素對人類單核細(xì)胞系U-937細(xì)胞和人類胚胎肺細(xì)胞系MRC-5細(xì)胞中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的抗原表達(dá)都有抑制作用,用聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)方法仍可檢測到超早期的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)DNA。環(huán)孢霉素A,和腫瘤壞死因子對U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中感染的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)沒有抑制作用。U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的模型不僅有助于闡明持續(xù)感染的機(jī)制,而且也有助于闡明抗人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的化學(xué)因子的作用機(jī)制。J.Leukoc.Biol.55:24-28;1994。
關(guān)鍵詞:巨細(xì)胞病毒,甘草甜素,U-937細(xì)胞,MRC-5細(xì)胞,聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
引言
雖然人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染在人的一生中任何時(shí)候均會(huì)出現(xiàn),每次感染的臨床特征卻各不相同。人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染zui常見的是引起先天的和圍生期的感染,但它在輸血獲得性感染方面也占重要地位,在器官移植病人,接受免疫移植劑化療的病人,接受大劑量皮質(zhì)醇激素治療的病人,或人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染的患者的發(fā)病率和死亡率方面也有舉足輕重的作用〔1〕。巨細(xì)胞病毒原發(fā)感染通常是個(gè)良性的過程,但是從此病毒就會(huì)在宿主細(xì)胞中潛伏下來或持續(xù)存在。一旦宿主的免疫功能受抑制時(shí),這些潛伏或持續(xù)的感染就會(huì)被重新激活,產(chǎn)生多種多樣的臨床表現(xiàn)。單核-巨噬細(xì)胞系的細(xì)胞似乎是人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)潛伏或持續(xù)感染的主要場所〔2,3〕。但是,在體外很難使人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。在無癥狀的病毒攜帶者的外周血細(xì)胞中,檢測不到巨細(xì)胞病毒的基因表達(dá)〔4-6〕。我們成功地使該病毒的AD169株感染了人類單核細(xì)胞系U-937細(xì)胞,并獲得了一個(gè)人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的臨床分離株〔7〕。為了研究抗巨細(xì)胞病毒因子對人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的U-937細(xì)胞中病毒重新激活的抑制作用。因此,我們研究了甘草甜素,環(huán)孢霉素A,和腫瘤壞死因子α對U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中感染的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的病毒DNA合成和抗原表達(dá)的作用。
縮寫:ATCC,American Type Culture Collection;CMV 巨細(xì)胞病毒;CsA 環(huán)孢霉素A;EA 早期抗原;GL甘草甜素;HCMV 人類巨細(xì)胞病毒;HIV-1 ,人類免疫缺陷病毒1型;HLA,人類白細(xì)胞抗原;IEA,超早期抗原;IFA,免疫熒光分析;IgG,免疫球蛋白G;LA晚期抗原;mAb,單克隆抗體;MOI,多重感染指數(shù);PBS,磷酸鹽緩沖液;PCR,聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng);PKC,蛋白激酶C;TNF-α,腫瘤壞死因子-α;VZA,水痘-帶狀皰疹病毒
重印許可:日本,Hokkaido,Sapporo 醫(yī)科大學(xué),臨床醫(yī)學(xué)院,兒科系
材料和方法
細(xì)胞系和人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的擴(kuò)增:
U-937細(xì)胞單核細(xì)胞系是從美國類型培養(yǎng)樣品庫(American Type Culture Collection,ATCC)獲得的,并于加有10%加熱滅活的胎牛血清、
69實(shí)驗(yàn)室株。這一病毒在人類胚胎肺細(xì)胞(MRC-5細(xì)胞)中進(jìn)行擴(kuò)增,采集為細(xì)胞相關(guān)的。人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的計(jì)數(shù)通過MRC-5細(xì)胞的噬菌斑分析而獲得。為了增加感染率,我們將5x105U-937細(xì)胞用聚凝胺(2ug/ml)置于5mlRPMI培養(yǎng)基中預(yù)處理20分鐘。然后將細(xì)胞進(jìn)行離心分離,并重新懸浮于0.5ml無細(xì)胞的AD169病毒株中以1.0的多重感染指數(shù)(MOI)維持三小時(shí)。然后將細(xì)胞進(jìn)行再次離心,以除去未結(jié)合的病毒,用新鮮培養(yǎng)基沖洗三遍后再次進(jìn)行離心,然后再次懸浮于新鮮培養(yǎng)基中。在24小時(shí)的間隔期內(nèi),細(xì)胞受到病毒攻擊,并在新鮮培養(yǎng)基中再次懸浮。在其中的一些實(shí)驗(yàn)中,培養(yǎng)基中含有不同濃度的甘草甜素,環(huán)孢霉素A,和腫瘤壞死因子α,下面將進(jìn)一步解釋。這樣,在多種培養(yǎng)基中,多次進(jìn)行離心和用新鮮培養(yǎng)基懸浮,使細(xì)胞得到清洗。0.1MOI的AD169株還被接種于1-打蘭培養(yǎng)瓶中,后者帶有
表面抗原的流式細(xì)胞儀分析:
細(xì)胞表面抗原的分析是通過流式細(xì)胞儀進(jìn)行分析的,使用了下列結(jié)合有熒光素的單克隆抗體(mAbs):CD3,CD4,CD8,CD45R,Leu-15(Mac-1),Leu-Mi,HLA-DR,和免疫球蛋白G的Fc段(CA,Mountain View ,Becton Dickinson公司生產(chǎn))。對每個(gè)樣品都用相應(yīng)的同位素特異的對照抗體進(jìn)行分析。我們使用了對數(shù)-線性轉(zhuǎn)換表對每個(gè)熒光色譜圖與其對應(yīng)的合適的熒光素標(biāo)記的同位素對照(IgG1-FITC;Becton Dickinson公司生產(chǎn))進(jìn)行了比較。在染色過程中,使用了人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期抗原和晚期抗原的單克隆抗體(CA,Temecula,化工公司生產(chǎn))。
藥物:
甘草甜素由東京Minophagen 制藥公司提供。用
通過聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)檢測人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)DNA
如前所述進(jìn)行聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)〔10〕。用SS-苯基-氯仿提取蛋白質(zhì)后的,再用乙醇沉淀DNA。在聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)中,我們使用了合成的單核苷引物來擴(kuò)增人類巨細(xì)胞
圖1. 甘草甜素對人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的抑制作用。在AD169病毒株感染的MRC-5細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入了不同濃度的甘草甜素。將細(xì)胞培育48小時(shí)后,免疫熒光顯示人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的超早期抗原和早期抗原陽性的細(xì)胞數(shù)與對照細(xì)胞(培養(yǎng)基中不含甘草甜素)數(shù)進(jìn)行比較。以免疫熒光顯示含有甘草甜素的細(xì)胞數(shù)除以免疫熒光顯示不含有甘草甜素的細(xì)胞數(shù),所得結(jié)果即為細(xì)胞百分?jǐn)?shù)。方塊,圓圈和三角符號代表三組不同的實(shí)驗(yàn)。
病毒(HCMV)中編碼主要超早期(IE)抗原(US3)的DNA序列。設(shè)計(jì)了下面的單核苷作為PCR的引物:PIE-1(5'CAAGAGAAAGATGGACCCTGAT3',核苷980-1001)。其序列和位點(diǎn)在AD169HindIII片斷E上。用作探針的合成單核苷是用Milligan7500DNA合成儀制備的,并用高壓液體組織化學(xué)攝影法純化。CDNA,引物和試劑均在
結(jié)果
用IFA和PCR方法分析的甘草甜素,環(huán)孢霉素A和腫瘤壞死因子α對U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中感染的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的作用
用間接免疫熒光分析(IFA)方法分析可得,甘草甜素在1.0mg/ml的濃度時(shí)對AD169感染MRC-5細(xì)胞有抑制作用,在10.0mg/ml的濃度時(shí)則對AD169感染MRC-5細(xì)胞有*抑制作用(參見圖1)。MRC-5細(xì)胞中甘草甜素的CD50是15.0mg/ml。圖
對表面標(biāo)記的的流式細(xì)胞儀研究:
本研究中,U-937細(xì)胞被分為兩個(gè)主要的亞群(G1亞群和G2亞群),如前所述。培養(yǎng)三天后,按有或無甘草甜素分別分析U-937細(xì)胞表面的抗原表達(dá)。G1亞群中的細(xì)胞主要表達(dá)Leu-M1和HLA-DR,而另一亞群(G2亞群)的細(xì)胞主要表達(dá)CD4,CD45R,Leu-15,Leu-M1和HLA-DR。加入的甘草甜素濃度較低時(shí)(0.5mg/ml)時(shí),CD4陽性的細(xì)胞數(shù)是降低的,而甘草甜素濃度較高時(shí)(1.5mg/ml)時(shí),CD4陽性的細(xì)胞數(shù)是輕度升高的(結(jié)果未顯示)。AD169病毒株接種的U-937細(xì)胞中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期抗原和晚期抗原
圖2. (A) AD169病毒株感染的MRC-5細(xì)胞中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期DNA的擴(kuò)增結(jié)果,其中培養(yǎng)基中含有不同濃度的甘草甜素。第I道和第II道顯示的是未感染的MRC-5細(xì)胞和甘草甜素濃度為12.0mg/ml時(shí)的未感染MRC-5細(xì)胞的結(jié)果。第2,3,4,5,6,7,8,9道和第10道分別顯示的是甘草甜素濃度分別為0,0.5,1.0,2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,和12.0mg/ml時(shí),巨細(xì)胞病毒(HCMV)接種的MRC-5細(xì)胞的擴(kuò)增帶。第12道和第13道分別顯示的是陽性對照AD169病毒株DNA和分子量標(biāo)記物的結(jié)果。(B)經(jīng)過三天含甘草甜素0.5到2.5 mg/ml的培養(yǎng)基培養(yǎng)后 ,AD169病毒株感染的U-937細(xì)胞中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期DNA的擴(kuò)增結(jié)果。第3,4,5,6,7,8,9道和第10道分別顯示的是甘草甜素濃度分別為0,0.5,1.0,1.5,2.0,和2.5mg/ml時(shí),巨細(xì)胞病毒(HCMV)接種的U-937細(xì)胞的擴(kuò)增帶。第2道和第9道分別顯示的是未感染的U-937細(xì)胞和甘草甜素濃度為2.5mg/ml時(shí)的未感染U-937細(xì)胞的結(jié)果。第10道,第I道和第II道分別顯示的是陽性對照(AD169病毒株DNA)和分子量標(biāo)記物的結(jié)果。
通過標(biāo)記單克隆抗體,以流式細(xì)胞儀技術(shù)檢測,如表1所示。在兩個(gè)組中,人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期抗原和晚期抗原都是通過標(biāo)記單克隆抗體以流式細(xì)胞儀技術(shù)檢測的,甘草甜素濃度均僅為0.5mg/ml。在含有甘草甜素的培養(yǎng)基中與AD169病毒株一起培育三天后,G1亞群的細(xì)胞數(shù)降低了,而G2亞群的細(xì)胞數(shù)則升高了。培養(yǎng)基中甘草甜素濃度高于1.0mg/ml時(shí),用流式細(xì)胞儀技術(shù)對人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)接種的U-937細(xì)胞中超早期抗原和晚期抗原均檢測不到。對U-937細(xì)胞環(huán)孢霉素A的CD50是10.0ug/ml。10到1000U/ml的腫瘤壞死因子-α對有或無人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的MRC-5細(xì)胞的生存能力均無作用(數(shù)據(jù)未顯示)。用環(huán)孢霉素A或腫瘤壞死因子處理后,U-937細(xì)胞表面抗原的表達(dá)與zui初未處理的U-937細(xì)胞沒有差別。有或無AD169病毒株感染的U-937細(xì)胞表面抗原的表達(dá)也很類似,只是CD4+的細(xì)胞數(shù)不同。AD169病毒株感染的U-937細(xì)胞中,CD4+的細(xì)胞數(shù)稍微少一些。表2顯示的是環(huán)孢霉素A或腫瘤壞死因子對人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)AD169病毒株感染的U-937細(xì)胞(尤其是CD4+和CD8+細(xì)胞)的作用。環(huán)孢霉素A或腫瘤壞死因子對U-937細(xì)胞中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)沒有抑制作用。培養(yǎng)基中含環(huán)孢霉素A或腫瘤壞死因子時(shí),在CD4+和CD8+的U-937細(xì)胞中可以檢測到人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的超早期抗原。
討論
雖然已經(jīng)知道人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)可以感染人類淋巴細(xì)胞中的T細(xì)胞和B細(xì)胞,自然殺傷細(xì)胞,和巨噬細(xì)胞,人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)潛伏感染和持續(xù)感染的實(shí)際部位和再激活的機(jī)制仍有爭議〔2,11-13〕。在一項(xiàng)原位雜交的研究中,結(jié)果顯示在血清學(xué)陽性的健康個(gè)體的單核細(xì)胞和單個(gè)核細(xì)胞中檢測到了病毒的核酸〔5〕。單核-巨噬細(xì)胞系被認(rèn)為是人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)潛伏感染的部位〔3〕。也有報(bào)道指出,單核細(xì)胞zui終分化為組織巨噬細(xì)胞對人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的進(jìn)入是必要的〔3,14〕。U-937細(xì)胞中巨細(xì)胞病毒基因組的表達(dá)是多變的,這可能可以用細(xì)胞個(gè)體的差異來解釋〔15〕。一些體外實(shí)驗(yàn)表明,人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)在一些外周血單個(gè)核細(xì)胞中的復(fù)制只限于超早期蛋白的
表1.在有或無甘草甜素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)72小時(shí)后,用流式細(xì)胞儀檢測到的U-937細(xì)胞中人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)抗原的表達(dá)。
甘草甜素 | 有或無AD169病毒株感染 | 超早期抗原陽性 | 晚期抗原陽性 |
無 | 未感染 | 檢測不到 | 檢測不到 |
| AD169病毒株接種 | 2.0+0.5% | 0.4+0.3% |
0.5mg/ml | 未感染 | 檢測不到 | 檢測不到 |
| AD169病毒株接種 | 1.3+0.2% | 0.2+0.1% |
1.5mg/ml | 未感染 | 檢測不到 | 檢測不到 |
| AD169病毒株接種 | 檢測不到 | 檢測不到 |
表2. 培養(yǎng)三天后,用流式細(xì)胞儀檢測到的CD4+或CD8+的U-937細(xì)胞中人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)超早期抗原(CD4+或CD8+細(xì)胞中超早期抗原陽性的百分?jǐn)?shù))。
U-937細(xì)胞 | CD4+ | CD8+ |
未感染 | 檢測不到 | 檢測不到 |
AD169病毒株感染 且無抗病毒因子 | 0.6+0.1% | 0.4+0.1% |
AD169病毒株感染 且含1.0mg/ml的甘草甜素 | 檢測不到 | 檢測不到 |
AD169病毒株感染 且含1.0mg/ml的環(huán)孢霉素A | 0.6+0.1% | 0.4+0.1% |
AD169病毒株感染 且含100U/ml的腫瘤壞死因子 | 0.6+0.1% | 0.4+0.1% |
表達(dá)〔5〕.通常,人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的巨噬細(xì)胞的上清液中不含病毒的后代。
用PCR法擴(kuò)增DNA已經(jīng)成功地運(yùn)用于臨床診斷中,以檢測不同標(biāo)本中的人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)。然而,從本研究中可以看出,該系統(tǒng)應(yīng)該更準(zhǔn)確地定義為定量PCR,而不是定性PCR。在LA(HBLF4或US14)基因組附近的大量片斷對于細(xì)胞培養(yǎng)中病毒的復(fù)制是非必須的〔16〕。Demmler等人〔17〕評價(jià)了設(shè)置兩個(gè)引物,用于擴(kuò)增人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)的超早期抗原和晚期抗原基因的DNA。超早期產(chǎn)物是用來轉(zhuǎn)換病毒基因組的,使其脫離受感染細(xì)胞中限制性表達(dá)的狀態(tài)。人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)可以與人類陰莖包皮中的成纖維細(xì)胞表面的一個(gè)受體特異地結(jié)合,結(jié)合能力中等〔18〕。雖然U-937細(xì)胞表面具有Fc和C3的受體,并且缺少表面及細(xì)胞內(nèi)免疫球蛋白〔19,20〕,本研究并不能解釋巨細(xì)胞病毒進(jìn)入單核細(xì)胞是通過IgG的Fc段受體介導(dǎo)的。使用流式細(xì)胞儀技術(shù),可以在CD4+和CD8+的U-937細(xì)胞中檢測到巨細(xì)胞病毒的超早期抗原,正如前面一項(xiàng)對外周血淋巴細(xì)胞的研究中所述〔2〕。
目前已經(jīng)有一些抗病毒因子,僅表現(xiàn)出抗病毒特異的代謝過程的活性,而沒有細(xì)胞毒性。不幸的是,目前還沒有發(fā)展針對巨細(xì)胞病毒感染的成功治療。甘草甜素是一種抗炎物質(zhì),同時(shí)具有抗病毒活性〔21,22〕。而且,在日本已經(jīng)聲稱甘草甜素對慢性活動(dòng)性肝炎具有一定的治療和預(yù)防作用。還有報(bào)道甘草甜素對單純皰疹病毒和水痘-帶狀皰疹病毒顆粒有滅活作用。甘草甜素還能抑制U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞中人類巨細(xì)胞病毒的復(fù)制。由于甘草甜素在感染96小時(shí)后加入仍有效,可能能抑制病毒從感染細(xì)胞中向未感染細(xì)胞中擴(kuò)散(結(jié)果未顯示)。甘草甜素還可對HIV-1的復(fù)制有劑量依賴性的抑制作用〔21,22〕。雖然蛋白激酶C(PKC)在HIV-1的復(fù)制過程中的確切作用尚且未得可知,但HIV-1病毒顆粒與細(xì)胞表面受體的結(jié)合似乎需要蛋白激酶C(PKC)的參與,因?yàn)?/span>CD4是由蛋白激酶C(PKC)進(jìn)行磷酸化的〔23-25〕。
Baba和Shigeta認(rèn)為,甘草甜素可以抑制水痘-帶狀皰疹病毒顆粒的穿透細(xì)胞,脫去衣殼,或釋放過程。甘草甜素可能也是通過以上的某一項(xiàng)機(jī)制抑制人類巨細(xì)胞病毒在MRC-5細(xì)胞中的復(fù)制。根據(jù)間接免疫熒光分析,流式細(xì)胞技術(shù)和PCR技術(shù)檢測結(jié)果的不同,通過用含有甘草甜素的培養(yǎng)基培養(yǎng)人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的U-937細(xì)胞和MRC-5細(xì)胞,病毒蛋白的合成和病毒在細(xì)胞間的擴(kuò)散可能會(huì)受到影響。接受環(huán)孢霉素和其他藥物免疫抑制治療的患者存在嚴(yán)重人類巨細(xì)胞病毒(HCMV)感染的危險(xiǎn)。環(huán)孢霉素還可能對HIV-1感染T淋巴細(xì)胞和在其內(nèi)復(fù)制有抑制作用,可能是通過干擾病毒與特異的細(xì)胞受體的結(jié)合而起作用的〔27〕。除了對腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒作用外,腫瘤壞死因子還有其他的一些生物學(xué)活性,比如抗病毒作用〔28〕。關(guān)于用甘草甜素對細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理的研究正在進(jìn)行中。
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