豬偽狂犬病毒(PRV)gE 蛋白的結構、功能與研究應用解析
瀏覽次數:164 發布日期:2025-6-25
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一、gE 蛋白的分子特征與生物學定位
1. 基因與氨基酸序列特征
PRV gE 蛋白(糖蛋白 E,Glycoprotein E)由病毒基因組 UL44 基因編碼,具有以下特點:
- 全長序列:約 530-550 個氨基酸,含 N 端信號肽(18-22 個氨基酸)、胞外區(約 470 個氨基酸)、跨膜區(22 個氨基酸)和胞內尾(30-40 個氨基酸);
- 保守結構域:胞外區含 6 個保守半胱氨酸殘基(形成 3 對二硫鍵),C 端含免疫受體酪氨酸激活基序(ITAM),參與病毒胞內運輸。
2. 空間結構與糖基化修飾
- 三維構象:gE 以同源二聚體形式存在于病毒包膜,電鏡下呈 “Y 型”,胞外區由 β 折疊和 α 螺旋交替形成核心支架;
- 糖基化位點:含 8-10 個 N - 糖基化位點(如 Asn150、Asn280、Asn400),糖基化程度影響病毒感染力和免疫逃逸能力;
- 變異株差異:近年流行的 PRV 變異株(如 China 2012-like 株)在胞外區新增 2 個糖基化位點(Asn350、Asn450),可能增強其致病性。
二、gE 蛋白的分子量與表達特性
- 理論分子量:未糖基化的 gE 多肽鏈約 60 kDa;
- 天然狀態分子量:因高度糖基化,PRV 野毒株 gE 在 SDS-PAGE 中遷移至 90-110 kDa,疫苗株(如 Bartha-K61)gE 約 85 kDa;
- 表達定位:gE 是 PRV 的晚期蛋白(感染后 12-24 h 高表達),主要定位于病毒包膜、宿主細胞膜及高爾基體,參與病毒出芽和細胞間傳播。
三、gE 蛋白的功能與病毒生命周期作用
1. 病毒入侵與擴散的關鍵因子
- 宿主受體結合:gE 可與宿主細胞表面的糖胺聚糖(GAGs)結合,輔助 gD/gB/gH/gL 復合物介導病毒與細胞膜融合;
- 細胞間傳播:gE 與 gI 蛋白形成復合物(gE/gI),通過 “順行運輸” 機制促進病毒在神經元突觸間擴散,是 PRV 嗜神經性的決定因素之一。
2. 免疫逃逸與致病性調控
- 抑制宿主免疫應答:gE 可下調宿主細胞 MHC I 類分子表達,減少 CTL 細胞對感染細胞的識別;
- 毒力相關性:敲除 gE 基因的 PRV 變異株(如缺失株 SA215)毒力顯著減弱,常用于基因缺失疫苗研發。
四、gE 蛋白的純化技術與優化策略
1. 表達系統的選擇
表達系統 優勢 純化要點
昆蟲細胞 - 桿狀病毒
糖基化接近天然,適合疫苗抗原
融合 His 標簽(胞外區截短表達),Ni-NTA 層析結合 SEC 純化
哺乳動物細胞(HEK293)
糖基化復雜,適合結構研究
無血清培養,上清通過 Protein A 柱(若融合 IgG Fc 標簽)
原核細胞(E. coli)
成本低,適合診斷抗原
需去除信號肽和跨膜區,優化誘導條件減少包涵體形成
2. 典型純化流程(以昆蟲細胞表達為例)
步驟 1:重組蛋白表達與收獲
- 構建 pFastBac 載體(含 gE 胞外區基因 + His 標簽),轉染 Sf9 細胞后感染重組桿狀病毒,27℃培養 72 h;
- 收集細胞培養上清(分泌型 gE)或超聲破碎細胞(胞內 gE),4℃離心(12000×g,30 min)取上清。
步驟 2:親和層析與精細純化
-
Ni-NTA 柱純化
- 平衡液:50 mM Tris-HCl(pH 8.0)+ 150 mM NaCl + 10 mM 咪唑;
- 洗脫液:含 250 mM 咪唑的平衡液,收集洗脫峰組分;
- 脫鹽:PD-10 柱更換為 PBS(pH 7.4)。
-
離子交換層析(IEX)
- 進一步去除雜蛋白:使用 Q Sepharose 柱(陰離子交換),梯度 NaCl(0-1 M)洗脫,收集 gE 組分(純度≥95%)。
步驟 3:復性與濃縮(原核表達場景)
- 若 gE 在大腸桿菌中形成包涵體:
- 6 M 鹽酸胍溶解包涵體,離心取上清;
- 透析復性(含 10% 甘油 + 0.5 mM 氧化谷胱甘肽),超濾濃縮至 1-2 mg/mL。
五、gE 蛋白在診斷與疫苗中的應用
1. 鑒別診斷的核心標志物
- gE-ELISA 檢測方法:
- 原理:PRV 野毒株感染豬會產生抗 gE 抗體,而 Bartha-K61 等疫苗株因 gE 基因缺失(ΔUL44)不表達 gE,可通過檢測 gE 抗體區分野毒感染與疫苗免疫;
- 應用:歐盟標準診斷方法(如 cELISA)以純化 gE 為包被抗原,特異性達 98% 以上。
2. 基因缺失疫苗的研發基礎
- gE/gI 雙缺失疫苗:如國內研發的 PRV TJ-gE⁻/gI⁻株疫苗,刪除 gE/gI 基因后毒力減弱,但保留 gB/gD 等免疫原性蛋白,免疫豬可產生高效中和抗體(滴度≥1:2000),且不干擾 gE 抗體檢測;
- 反向遺傳技術改造:通過同源重組刪除 gE 基因,結合 gB/gD 抗原優化,開發多價亞單位疫苗。
六、gE 蛋白的研究難點與前沿方向
- 糖基化異質性挑戰
- 問題:不同表達系統產生的 gE 糖鏈結構差異大(如昆蟲細胞高甘露糖型、哺乳動物細胞復雜型),影響診斷抗體識別;
- 解決方案:采用糖基化缺陷型細胞系(如 HEK293 GnTI⁻細胞)表達 gE,獲得均一糖鏈結構,或通過酶法去除天然糖鏈后重修飾。
- gE/gI 復合物的結構解析
- 冷凍電鏡(Cryo-EM)研究顯示,gE/gI 復合物通過 DⅠ 區形成 “鉗狀” 結構,介導病毒在神經元間的順行運輸,靶向該復合物的單克隆抗體可阻斷病毒擴散(中和效價 IC₅₀=10 ng/mL);
- 基于結構的藥物設計:開發小分子抑制劑結合 gE/gI 界面,抑制病毒細胞間傳播。
七、總結與技術拓展
PRV gE 蛋白因其在病毒致病性和免疫逃逸中的關鍵作用,成為診斷與疫苗研發的核心靶點。純化 gE 時需根據應用場景選擇表達系統:診斷用抗原優先原核表達(成本低),疫苗抗原需真核表達(糖基化天然)。未來,結合結構生物學(如 gE/gI 復合物與宿主受體的互作機制)和基因編輯技術,可進一步開發高效鑒別診斷試劑和廣譜疫苗。如需特定毒株(如 HB1、AJ 株)gE 的序列分析或純化優化,可提供毒株信息進行定制化方案設計。