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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 輪狀病毒種屬限制性機(jī)制研究以及人源輪狀病毒小型豬腹瀉模型的建立
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 為突破輪狀病毒種屬限制建立人源輪狀病毒動(dòng)物模型，本項(xiàng)目依據(jù)分子進(jìn)化理論，運(yùn)用生物信息學(xué)方法，證實(shí)了非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與種屬限制相關(guān)。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)豬可能是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物，選擇小型豬建立了人源輪狀病毒感染模型，并從臨床癥狀、免疫學(xué)、組織病理學(xué)、病毒生物學(xué)等方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該模型敏感性高、敏感期長(zhǎng)、臨床癥狀明顯、免疫應(yīng)答穩(wěn)定，優(yōu)于其他動(dòng)物模型。本模型的建立為輪狀病毒研究及疫苗的研制奠定基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 輪狀病毒是導(dǎo)致5歲以下嬰幼兒腹瀉的重要病原體，目前尚缺乏安全有效的藥物和疫苗。大量關(guān)于輪狀病毒感染的研究均用實(shí)驗(yàn)小鼠作為動(dòng)物模型，但其本身存在敏感性差、敏感期短等問題，限制了其在評(píng)價(jià)輪狀病毒主動(dòng)免疫等方面的研究。人源輪狀病毒模型難以建立的關(guān)鍵問題是它具有較強(qiáng)的宿主種屬限制性。因此對(duì)輪狀病毒宿主種屬限制性的研究有利于突破種屬限制性，從而建立人源輪狀病毒感染的動(dòng)物模型。 本課題組在長(zhǎng)期對(duì)輪狀病毒致病機(jī)制、疫苗開發(fā)的基礎(chǔ)上，依據(jù)分子進(jìn)化理論，運(yùn)用生物信息學(xué)手段，證實(shí)了輪狀病毒保守性最低的一種非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與其種屬限制性機(jī)制的關(guān)系。并在基因調(diào)控方面，證實(shí)了NSP1 3’端非翻譯區(qū)對(duì)種屬限制性的調(diào)控作用。在進(jìn)化分析中，我們發(fā)現(xiàn)豬源輪狀與人源輪狀病毒最為接近，豬可能是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物。 基于此，我們選擇了我國(guó)自行選育的小型豬建立了人源輪狀病毒感染模型，并在臨床癥狀、小腸組織病理、免疫應(yīng)答等方面對(duì)該模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果證實(shí)小型豬是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物，其臨床癥狀、小腸病理變化以及免疫應(yīng)答方面均優(yōu)于其他動(dòng)物模型。本模型的建立為推動(dòng)輪狀病毒感染的免疫保護(hù)機(jī)制和致病機(jī)制的進(jìn)一步研究及疫苗的研制奠定基礎(chǔ)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 創(chuàng)作目的：針對(duì)人源輪狀病毒感染動(dòng)物模型難以建立這一科學(xué)難題，為揭示輪狀病毒種屬限制性機(jī)制，建立人源輪狀病毒感染模型。 基本思路：依據(jù)分子進(jìn)化理論，運(yùn)用生物信息學(xué)等方法對(duì)輪狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其與輪狀病毒的種屬限制性相關(guān)。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，豬可能是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物。用人源輪狀病毒接種小型豬，并對(duì)該模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果成功建立了人源輪狀病毒感染的動(dòng)物模型。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：人源輪狀病毒模型難以建立的關(guān)鍵問題是它具有較強(qiáng)的種屬限制性。對(duì)種屬限制性機(jī)制的研究有利于突破種屬限制，建立人源輪狀病毒感染的動(dòng)物模型。 先進(jìn)性：國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)均未見NSP1與種屬限制性機(jī)制的相關(guān)性報(bào)道，并首次使用小型豬成功建立了人源輪狀病毒感染模型。 獨(dú)特之處：從進(jìn)化角度尋找理想的動(dòng)物模型的思路為其他病毒動(dòng)物模型的建立提供了借鑒。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本研究從分子進(jìn)化的理論研究種屬限制性，為相關(guān)研究提供借鑒，并為建立和完善人源輪狀病毒動(dòng)物模型提供了理論支持。該模型的成功建立為輪狀病毒致病機(jī)制、疫苗及藥物開發(fā)等研究奠定了基礎(chǔ)。對(duì)種屬限制性的研究，為篩選合適毒株，研制減毒活疫苗提供了參考。具有廣闊的應(yīng)用前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 輪狀病毒是導(dǎo)致5歲以下嬰幼兒腹瀉的重要病原體，目前尚缺乏安全有效的藥物和疫苗。大量關(guān)于輪狀病毒感染的研究均用實(shí)驗(yàn)小鼠作為動(dòng)物模型，但其存在敏感性差、敏感期短等問題，限制了在評(píng)價(jià)輪狀病毒主動(dòng)免疫等方面的研究。人源輪狀病毒模型難以建立的關(guān)鍵問題是它具有較強(qiáng)的宿主種屬限制性。對(duì)輪狀病毒宿主種屬限制性的研究有利于突破種屬限制性，建立人源輪狀病毒感染的動(dòng)物模型。 本課題組在長(zhǎng)期對(duì)輪狀病毒致病機(jī)制、疫苗開發(fā)的基礎(chǔ)上，依據(jù)分子進(jìn)化理論，運(yùn)用生物信息學(xué)手段，證實(shí)了輪狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與其種屬限制性機(jī)制的關(guān)系。并在基因調(diào)控方面，證實(shí)了NSP1 3’端非翻譯區(qū)對(duì)種屬限制性的調(diào)控作用。在進(jìn)化分析中，發(fā)現(xiàn)豬源輪狀與人源輪狀病毒最為接近，豬可能是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物。 基于此，選擇了我國(guó)自行選育的小型豬建立了人源輪狀病毒感染模型，并在臨床癥狀、小腸組織病理、免疫應(yīng)答等方面對(duì)該模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果證實(shí)小型豬是人源輪狀病毒模型的理想動(dòng)物，其臨床癥狀、小腸病理變化以及免疫應(yīng)答方面均優(yōu)于其他動(dòng)物模型。本模型的建立為推動(dòng)輪狀病毒感染的免疫保護(hù)機(jī)制和致病機(jī)制的進(jìn)一步研究及疫苗的研制奠定基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況
- 1. 本作品部分內(nèi)容以第一作者發(fā)表在2009年免疫學(xué)重要期刊Immunology letters第127卷上，該雜志為英文SCI收錄期刊，2009年影響因子為2.906。 Liu KJ, Yang X, Wu YZ, Li JT. Rotavirus strategies to evade host antiviral innate immunity. Immunol Lett. 2009; 127:13-18. 2. 本作品部分內(nèi)容以第一作者或共同第一作者分別發(fā)表在2008、2009年國(guó)家統(tǒng)計(jì)源期刊《第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)》、《生命的化學(xué)》、《中國(guó)免疫學(xué)雜志》上。? 劉凱軍，李晉濤. 細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞表位預(yù)測(cè)[J] 生命的化學(xué) 2008; 28(3):331-335. ? 劉凱軍， 李晉濤. 輪狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與宿主的相互作用[J] 生命的化學(xué) 2008； 28（5）：563-565。? 劉凱軍, 李晉濤. 輪狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與種屬限制性機(jī)制相關(guān)性研究[J] 第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào) 2009；31(3):194-197. ? 楊霞*，劉凱軍*，李晉濤等 人Izumo蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)及B細(xì)胞抗原表位預(yù)測(cè)[J] 中國(guó)免疫學(xué)雜志 2009;12（25）：899-902 (*共同第一作者) 3. 本作品摘要在2008年11月在西安舉行的第六屆全國(guó)免疫學(xué)大會(huì)會(huì)議論文集刊登，并被邀請(qǐng)?jiān)诟腥九c免疫學(xué)分會(huì)場(chǎng)進(jìn)行口頭匯報(bào)交流。摘要題目：輪狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白NSP1與種屬限制性機(jī)制相關(guān)性研究。感染與免疫學(xué)分會(huì)場(chǎng)口頭報(bào)告 題目：NSP1: a weapon for rotavirus to fight against host innate immunity。 4. 本作品摘要在2009年第七屆全軍免疫學(xué)大會(huì)會(huì)議論文集刊登。題目為：Rotavirus strategies to evade host antiviral innate immunity。
鑒定結(jié)果
- 查新（1）NSP1與種屬限制性關(guān)系的研究，檢索范圍內(nèi)未見其他文獻(xiàn)報(bào)道。（2）國(guó)外有使用無菌小豬建立輪狀病毒腹瀉動(dòng)物模型的文獻(xiàn)報(bào)道，檢索未見其他使用我國(guó)自行選育的小型豬建立人源輪狀病毒腹瀉模型的報(bào)道。
參考文獻(xiàn)
- [1] Mario Barro, John T. Patton. Rotavirus nonstructural protein 1 subverts innate immune response by inducing degradation of IFN regulatory factor 3. PNAS, 2005, 102(11): 4114-19. [2] Karen Kearney, Dayue Chen, Zenobia F Taraporewala, et al. Cell-line-induced mutation of the rotavirus genome alters expression of an IRF3-interacting protein. EMBO, 2004, 23: 4072-4081 [3] Pina-Vazquez C, De Nova-Ocampo M, Guzman- Leon S, et al. Post-translational regulation of rotavirus protein NSP1 expression in mammalian cells. Arch Virol, 2007, 152: 345-68. [4] Graff JW, Ewen J, Ettayebi K, et al. Zinc-binding domain of rotavirus NSP1 is required for proteasome-dependent degradation of IRF3 and autoregulatory NSP1 stability. J Gen Virol, 2007, 88: 613-20. [5] Barro M, Patton JT. Rotavirus NSP1 inhibits expression of type I interferon by antagonizing the function of interferon regulatory factors IRF3, IRF5, and IRF7. J Virol, 2007, 81: 4473-81.
同類課題研究水平概述
- 輪狀病毒種屬限制性機(jī)制一直都是人源輪狀病毒感染模型建立的最大障礙。人們?cè)噲D通過各種手段尋找與種屬限制性機(jī)制相關(guān)的病毒蛋白，如Stephen J 等對(duì)5個(gè)種屬12株在印度分離的輪狀病毒NSP1進(jìn)行過序列比對(duì)，但當(dāng)時(shí)對(duì)NSP1的功能還不清楚，同時(shí)由于樣本量過少，且受地域限制，只提出了NSP1與種屬限制性機(jī)制相關(guān)的假設(shè)，并沒有得到充分的證明，也沒有找到?jīng)Q定種屬限制性的關(guān)鍵區(qū)域。此外，Schroeder等對(duì)RV結(jié)構(gòu)蛋白VP4與VP7進(jìn)行過序列比對(duì)試圖找出保守序列，闡明RV的種屬限制性機(jī)制，但是結(jié)果并不理想，VP4與VP7在種屬內(nèi)保守性和種屬間的變異性沒有明顯的規(guī)律，通過VP4和VP7繪制的進(jìn)化樹和種屬并無關(guān)聯(lián)。M. Ciarlet等對(duì)輪狀病毒其它非結(jié)構(gòu)蛋白如NSP4與種屬限制性的相關(guān)性進(jìn)行過研究，但是研究資料僅限于一個(gè)區(qū)域，一個(gè)時(shí)間段，且樣本量過少，結(jié)果并不理想，只是說明了某幾個(gè)種系來源的RV存在同源性（如兔、馬、牛），也沒能闡明其核心機(jī)制。近年來，人們對(duì)NSP1的研究不斷深入，其作用機(jī)制也逐步明確。Barro和Patton等人對(duì)NSP1作用機(jī)制的深入研究奠定了本研究的基礎(chǔ)，為尋找保守的基因和蛋白質(zhì)序列提供了參考依據(jù)。 在輪狀病毒感染模型的建立方面，大量關(guān)于輪狀病毒感染的免疫保護(hù)機(jī)制研究均用實(shí)驗(yàn)小鼠作為動(dòng)物模型，但其本身存在很大局限性：1)輪狀病毒種屬特異性強(qiáng)，人源輪狀病毒對(duì)小鼠不敏感，因此只能用動(dòng)物來源輪狀病毒作為替代進(jìn)行研究；2)輪狀病毒對(duì)小鼠致腹瀉的敏感期特別短(出生后約15天)，從而限制了其在評(píng)價(jià)輪狀病毒主動(dòng)免疫等方面的研究；3） Ward等建立了成年小鼠輪狀病毒感染模型，即成年小鼠接種同源輪狀病毒EDIM株后，雖不出現(xiàn)臨床癥狀，但于接種后的1-14天，糞便中可檢測(cè)到病毒抗原的排出，然而成年小鼠接種感染輪狀病毒EDIM株后，其致病過程、病理變化及免疫系統(tǒng)的發(fā)育時(shí)限均與嬰幼兒迥異，因此，用其作為模型只能起到有限的參考。國(guó)外有用悉生豬(Gnotobiotic piglets, GnP)作為輪狀病毒感染的動(dòng)物模型方面的報(bào)道，并且取得了較大進(jìn)展。但用悉生豬作為輪狀病毒感染的動(dòng)物模型存在繁殖能力弱、飼養(yǎng)費(fèi)用昂貴、作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物其基因純合度低等問題，限制了在輪狀病毒研究中的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。
