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噬菌体展示文库技术及在疫苗研制中的应用现状

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・毫论综述・ 固 20l0年 1湖总第262期第31卷 噬菌体展示文库技术及在疫苗研制中的应用现状 吕雪峰 ,任锐 ,穆国东 ,苏 双 ,许志林 (1.吉林省兽医科学研究所,吉林长春130062;2.吉林省动物疫病预防控制中心,吉林长春130062) 【摘 要】噬菌体展示文库技术已成为高效表达筛选功能性蛋白的新一代技术,广泛应用于药物筛选及多肽 疫苗研制等研究领域。现对噬菌体展示技术及其在疫苗研制中的研究现状作简要的综述。 【关键词】噬茵体;噬菌体展示文库;疫苗;应用 【中图分类号1S852.4 【文献标识码IA 【文章编号]1672—2078(2010)01—0014—03 The Advances on the Technology of Phage—Display Libraries and Application of Vaccine Manufacture 。Li3 Xue.feng ,REN Rui ,MU Guo.dong2,SU Shuang ,XU Zhi.1in (1.Veterinary Research Science Institute of Jilin Province changchun jilin 1 30062;2.Center of Prevention and Control of Animal Disease of Jilin Provinc;Changchun Jilin 1 30062) [Abstractl Phage display technology has been a powerful generation technology in preparing high・performance and screening ftmctional protein,applied on resaerch and screening ofmedicine and study on vaccine.The text will review the technoligy and the application ofvaccine manufaction. [Key wordslphage;phage—display library;vaccine;applicatin 1985年,美国Missouri大学的SmithGP将外源 肽蛋白可保持相对的空间结构和生物活性,而 基因插入丝状噬菌体(Filamentousbacteriophage,fd) 编码融合残基的DNA位于病毒颗粒内部,每个蛋 的基因组,使目的基因编码的多肽以融合蛋白的形 白都能与其相应的DNA序列联系起来,是一种筛 式得以展示,从而开创噬菌体展示技术(phage display 选和改造功能性多肽的生物技术。噬菌体展示可 techniques)Ⅲ。噬菌体展示技术是新发展的一项分 融合表达多肽、蛋白质结构域和完整蛋白质分子, 子生物学技术,广泛应用于抗原表位的分析、受体 尤其是多肽的噬菌体展示,己被作为相对特异的配 与配体的相互作用位点的分析 、药物的设计与开 体或作用底物,用于受体、酶、抗原、抗体、核酸以 发 、多肽疫苗的研制等。 及其它生物分子与其相互作用的亲和力和专一性 1 噬菌体展示技术概述 等方面的研究。 基于噬菌体展示技术的噬菌体抗体文库技术 噬菌体展示是指将一段蛋白或小肽通过基因 是目前免疫学研究领域的热点之一。将外源遗传 工程的方法融合到噬菌体衣壳蛋白上,从而以融合 密码信息抗体相关基因序列(如V 、V 、Fab、scfv等 蛋白的形式展示在噬菌体颗粒的表面,被展示的多 基因),与噬菌体的外壳蛋白基因随机重组,进而感 染大肠杆菌,将外源蛋白或多肽的基因表达产物与 噬菌体外壳蛋白融合在一起,经扩增后在噬菌体表 面以抗体片段Fab或scfv外壳蛋白融合蛋白的形 收稿日期:2009年8月31日 基金项目:家畜疫病病原生物学国家重点实验室开放式基金资助 式表达H ,然后利用靶向分子,采用适当的筛选方法 项目(NO.2008002)吉林省科技发展计划资助项目 (亲和一洗脱一扩增一亲和循环淘选步骤),从噬菌 (20090162) 体文库中筛选出能够结合靶分子的特异性噬菌体, 作者简介:吕雪峰(1978-),男,助理研究员,硕士,主要从事抗体_T- 产生的特异性识别功能的抗体,如scfv 、Fab、双功 程技术及动物病毒学研究工作。 E—mail:lvxuefeng05@yahoo.com.crl 能抗体砸-,及三价、四价抗体等多种类抗体。 ・14・ j 2010年第{期总第262期一 第31鸯 囵 仑综述・ 体噬菌体展示文库。首先提取了肺癌患者癌旁淋 巴结组织,提取淋巴细胞,通过RT-PCR扩增出重链 2所使用的载体系统 噬菌体展示系统目前应用较多的主要有丝状 噬菌体展示系统、九噬菌体展示系统、T4噬菌体展 可变区基因(VH)和轻链可变区基因(VL),再经剪切一 重叠.延伸PCR(SOE—PCR)得到单链抗体ScFv,克隆 入噬菌体表达载体pCANTAB5E,得到初级噬菌体 抗体库。以肺腺癌细胞株A549为抗原对抗体库进 行筛选富集,经4轮筛选,鉴定抗体库性能。在亲和 筛选过程中,肺癌单链抗体得到富集,收获率逐轮提 高,第4轮是第1轮的115倍。随机选取l0个克隆, 通过EL1SA法检测到其中7个与肺癌细胞呈阳性 反应,阳性率为70%。王玉娥等“ 利用噬菌体随机 7肽库分析猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)N蛋 白B细胞抗原表位,以PRRSVBJ.4株N蛋自的单 克隆抗体(mAb)GE3作为筛选分子,经序列测定和 示系统、T7噬菌体展示系统以及噬菌粒。根据研 究的侧重点可选择相应的展示系统,如丝状噬菌体 M13、K12 ̄,等n ,可以筛选出分泌形式释放出的高亲 和力和高拷贝数配体,并且丝状噬菌体具有很好的 免疫源性,在进行生物疫苗研制开发方面具有重要 价值;九噬菌体和T4噬菌体系统容量较大,不易筛 选高亲和力配体;T7噬菌体系统是是目前最为理 想的展示系统,能以多种拷贝展示不同分子量的蛋 白,如将目的基 因与T7外壳蛋白(10B蛋白)的基因 融合,可在T7噬菌体表面展示高达400拷贝的大分 子蛋白。 目前最常用的就是噬菌粒载体。噬菌粒载体 是用带有噬菌体复制起始点的质粒载体。外源 DNA的重组位置介于编码的引导肽与衣壳蛋白的 成熟序列之间。如Lemer实验室以pBluescript为 基础构建的载体pCBAKS,pComb3,plornb8,主要用 分子生物学软件分析,结果噬菌体展示的外源氨基 酸序列与PRRSVBJ.4株N蛋白的氨基酸序列有极 高的同源性,EL1SA分析,筛选到的噬菌体能特异 性地与PRRSV阳性血清结合。Gnanasekar M等 ” 用目前较先进的T7噬菌体展示系统筛选马来丝虫 于Fab抗体库的构建,以PUC为基础构建的pHEN 载体 用于构建scFv抗体库,Winter实验室以PUC119 为基础构建了pCANTAB系列载体。由于噬菌粒 要辅助噬菌体(helper phage)为宿主细胞的噬菌粒 的候选疫苗,选了5个抗原,并对抗原性最好的重 组ALT-2(rA】 2)进行了动物实验,结果表明对64% 的沙鼠具有保护作用。 只含噬菌体的部分遗传信息,因而建库与筛库都需 3.2 展示筛选药物靶点 当前构建的许多文库,可以利用已得到的病原 后基因组时代,大量的蛋白质易于得到,可以利用多 种活性或功能蛋白质,利用多种筛选方法进行药物 靶点的筛选。 DNA提供复制和包装所需的蛋白酶和外壳蛋白 。 体蛋白等,筛选药物靶点,为新药开发服务。进入 3在疫苗开发上的应用 3.1 模拟抗原表位 。 利用噬菌体展示肽库经亲和淘选得到抗原的 Rodi“ 等利用噬菌体展示技术,对一种抗癌药 模拟表位,这些模拟抗原表位不仅能模拟天然抗原 物紫杉醇进行筛选,获得了紫杉醇在体内的药物作 的结构,而且具有很好的免疫原性,刺激机体免疫 用靶点Bc1.2蛋白。有研究者“ 用噬菌体展示技术 系统,诱导产生的抗体能与病原体上的天然表位发 研究了甘草的主要成分甘草酸的靶点蛋白。实验 生反应。 利用化学合成的手段得到生物素化的甘草次酸,利 刘念等“们利用柯萨奇病毒B3型(CVB3)经大 用噬菌体展示技术对合成的生物素化甘草次酸进 量扩增,及蔗糖密度梯度离心法纯化后,对噬菌体 行生物筛选,经过几轮的筛选富集,将表达与药物特 随机9肽库进行筛选,3轮淘洗后,提取阳性克隆 异性结合的多肽的噬菌体大量富集,当筛选达到饱 DNA并进行测序,推导外源多肽的氨基酸序列,结 和状态时,最后洗脱下来特异性结合的噬菌体。然 果筛选出3个具有明显抗病毒复制能力的噬菌体 后测定洗脱噬菌体的滴度,挑取噬菌体单克隆,测定 阳性克隆,使病毒TCID 。由10 SFU/mL分别降至 其单克隆的插入序列,由此即得到了一系列的多肽 l0 幻、1O~、10 SFU/mL,由此证明可以应用噬菌体 序列。通过生物信息学技术分析得到几组与甘草 肽库来筛选具有抗病毒作用的多肽,为进一步研究 次酸结合的相关蛋白。然后用ELISA方法检测各 相应疫苗及抗病毒多肽制剂奠定了基础。罗弋等 成功构建了针对以肺腺癌细胞株A549的单链抗 单克隆噬菌体对甘草次酸的亲和力,提取高亲和力 噬菌体的DNA,用PCR的方法扩增外源DNA目的 ・15・ ・毫论综述・ 2010年第1期总第262期第31卷 片段,通过测序得到了噬菌体的外源插入肽段的序 【3】 列。最后利用http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast网站, Ferrer M,Harrison S C,eta1.Peptide ligands to human im- munodeficiency virus typel gpl20 identiifed from phage 把测到的序列分别与库中人类蛋白质数据库和人 甄永苏,邵荣光主编.抗体工程药物[M】.北京化学工 类病毒数据库作比照。 … 业出版社.2002,37~38. display libraries[J].Virology.1999,73(7):5795~5802. 3_3 重组噬菌体疫苗的应用 重组噬菌体疫苗具有自身的很多优点,如噬菌 体作为载体能诱发机体的免疫反应,可以募集T辅 [5] Wang X,Campoli M,Ko E. a1.Enhancement of scFv rfagment reactivity with target antigens in binding assays following mixing with anti-ag tmonoclonal ntaibodies_【J】 Immunol Methods,2004,294(1—2):23~35. 助细胞,而且噬菌体的不对称性可以引发T细胞依 【6】 陈字萍.张国民,乔嫒嫒,等.大容量人源噬菌体抗体 库的构建【J].中国免疫学杂志,2006,22(5),463~466. 赖的免疫反应等等。 M】 王桂云等“ 利用噬菌体展示技术,将白色念珠 【 7J 李凡,谷鸿喜,黄敏主编.医学微生物学(第五版)【菌特异表位基因插入到修饰后的质粒载体中,并制 … 各了杂合噬菌体。利用纯化的该表位抗原免疫小鼠, 一 北京:高等教育出版社,2003,28~30. Vaughan T J,Williams S C,Pritchard K,eta1.Human anti- bodies with subnanomolar affinities isolated from a large 结果表明该噬菌体一表位抗原PA在有无佐剂存在 的情况下均产生抗体,用ELISA方法采用双波长 (450/630 nm)检测抗体,其在有无佐剂存在的情况 [9] 下光密度值无明显差别。免疫后小鼠脾淋巴细胞 在有无佐剂的情况下均产生明显增殖,未见明显的 … 毒副作用,具有良好的安全性。该方法产生的抗体 nonimmunized phage display library[J].Nat Biotechnol, 1996.14:309~314. SoRes G,Hust M,Bansal A,et a1.On the influence ofve— ctor design on antibody phage display.[J]Joumal of Bio- technology,2007,127:626~637. 刘念,李凡,远航.利用噬茵体随机肽库筛选抗柯萨奇病 毒B3多肽的研究[J】_中国病毒学,2006,21(3):281~283. 与传统的合成多肽相比具有方法简便、低价高效等 n11 罗弋,庞华,李少林,等.人源肺腺癌噬茵体抗体库的构 特点,将成为生产高效低价疫苗的有效途径。De1. 建及筛选[J].第一军医大学学报,2009,l(30):87~89. 杨汉春,郭鑫,等.用噬菌体随机肤库分析猪繁 mastro等11 71还发现噬菌体表面野生型蛋白和噬菌 【l2】 王玉娥,体表面展示的模拟表位能够通过鼻腔给药或胃内 给药在小鼠体内诱发相应的免疫反应,并产生抗 体。Bastien等“ 也经过研究发现重组噬菌体的直 接口服免疫可以产生有效的免疫。Wu等“ 通过皮 下注射噬茵体展示颗粒,诱导针对进展期致死性 肿瘤生长,显示含有肿瘤相关抗原决定簇的噬菌体 展示颗粒在肿瘤免疫治疗中可以发挥很好的作用。 4展望 殖与呼吸综合征病氰PRRSVN蛋白单克隆抗体识别 、 的表位[J].农业生物技术学报,2004,12(2):175~178. Gnanasekar M,Rao KV,He YX,et a1.Novel phage dis- play—-based subtractive screening to identify vaccine candi・- dates of Brugia malayi.[J]Infect Immun.2004 Aug;72(8): 4707~l5.  DJ,Janes RW,Sanganee Hitesh J,et a1.Screening of PS15肥大细胞瘤的保护性免疫反应,疫苗能抑制 【I4j Rodia library of phage—displayed peptides identiies human fBcl・2 as a taxol-binding protein[J].J Mo Biol,1999,285: l97~203. 金坚,肖君华,等.应用噬菌体展示技术筛选中 【15】 黄玉芳,药的药物靶点蛋白研究进展[J].南京中医药大学学报, 2008.1(24):68~70. 噬菌体展示技术以其独特的“基因一蛋白质”藕 技术。重组噬菌体疫苗是噬菌体技术发展的产物, 在理论上将可取代常规疫苗,具有常规疫苗不可比拟的优点和商业价值。近几年来随着研究的不断 深入,已成为目前疫苗领域内较受重视的研究之一。 联特性,必将成为蛋白质组学研究领域的一项重要 【l6] 王桂云,朱筱娟,王丽.噬菌体展示外源多肤的免疫原 性研究【J】_东北师范大学报,2001,33(3):101~104. li71 Delmastro P,Neola A,Monaci P,et a1.Immunogenicity of iflamentous phage displaying peptide minotopes after oral 1 Bastien N,Trudel M,Simard C.Protective immune re- sponses induced by the immunization ofmice with a re- combinant bacteriophage displaying an epitope of the administration.[J]Vaccine,1997,15(11):1276~1285. 参考文献: [1]Smith G EFilamentous fusion phage:novel expression vec— tors thatdisplay cloned antigens on he tvirion surface[J].Sci— ence,1985,228(4705):1315~l3l7. human respiratory syncytial virus.[J]Virology,1 997.234 (1):l18~122. Carrione ME.Kovacs E ̄ta1.Identiifcati0n ofa [191 Terman BI.【2】HanZZ,SuGF,HuangCFeta1.ScreeningofCelluloseBin.ding Motif(CBM)from Phage Library[J].Acta Biochimica et Biophy Sinica,1 998,30(3):263~266. new endothelial cell growth factor tyrosine kinasel【J].On— cogen,1991 Sep,6(9):1677~1683.圉 ・i6・ 

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