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外源体(Exosomes)是一种来源于活细胞晚期内涵体的具有生物活性的蛋白囊泡,其具有细胞间信息传递功能,同时在免疫应答和病毒感染过程中具有重要作用。体液及细胞体外培养液中均可分离到Exosomes。Exosomes的生物学特点与其细胞来源有关,不同细胞来源的Exosomes的大小、密度以及所含具体成分不尽相同。一般而言,Exosomes大小为20-170 nm,浮力密度为1.12-1.19 g/mL,含有主要组织相容复合物Ⅰ(majorhistocompatibility complexⅠ,MHCⅠ)类和/或Ⅱ类分子、热休克蛋白、整合素、四跨膜蛋白、细胞骨架蛋白以及一些生物酶类等。
近年来,国内外研究者对Exosomes的研究集中于其生物学功能及在疾病防治,尤其是肿瘤性疾病中的应用,而在家禽上Exosomes的研究尚属空白。为了揭示鸡胆汁Exosomes的生物学功能及其在抗感染中的作用,我们以小鼠胆汁Exosomes的提取步骤为参考,成功提取到鸡胆汁Exosomes并作了蛋白组学、免疫活性及抗病毒作用研究,为进一步的临床应用奠定了科学基础。
选用42至43日龄的白色来航SPF鸡采集新鲜胆汁,经过分级离心和过滤后用蔗糖密度梯度离心分离得到胆汁Exosomes,直径为30-150nm,密度在1.13-1.19g/ml之间,电镜观察呈典型的杯状圆形囊泡。肝脏超薄切片显示狄氏腔及胆小管中有Exosomes存在,并能够观察到Exosomes在胆管微绒毛处分泌,证明胆汁Exosome主要来源于肝细胞及胆管上皮细胞。将提取的Exosomes蛋白变性后经SDS-PAGE电泳分离,每条带切胶后酶解,液相串联质谱分析,结果表明,鸡胆汁Exosomes主要包含196种蛋白成分,包括Exosomes标志蛋白、胆汁Exosomes特有蛋白,如HSP70,C-反应蛋白,CCCH型锌指抗病毒蛋白,粘蛋白等和大量免疫球蛋白。HSP70蛋白家族常作为Exosomes的标志性蛋白作为认定Exosomes的依据;C-反应蛋白,由肝细胞产生,是急性期反应蛋白,作为炎症反应的标志具有重要意义;粘蛋白由上皮细胞产生,起到润滑及细胞信号的传导等多种功能,可以形成化学屏障;CCCH型锌指抗病毒蛋白具有降解外源病毒RNA的功能,为进一步研究鸡胆汁Exosome的抗病毒研究提供了理论依据;大量免疫球蛋白的存在,说明了Exosomes在免疫应答信息传递中具有重要作用。
在本研究中,为了明确鸡胆汁exosome的免疫活性及其抗病毒作用,我们设计进行了胆汁Exosomes对脾脏、胸腺、肝脏白细胞的免疫作用和胆汁Exosomes抗禽白血病病毒的体外实验。分离42-43日龄SPF鸡胸腺、脾脏、肝脏白细胞,加入一定剂量的胆汁Exosomes共培养适当时间后,通过流式细胞仪检测CD4+、CD8+、Ia(B细胞表面标志物)、MHCⅡ、MHCⅠ、Monocyte(巨噬细胞表面标志物)抗体水平,设空白细胞对照组,结果显示:一定剂量的鸡胆汁Exosomes在适当时间作用下可使肝脏白细胞中的CD4+T细胞显著增殖,同时CD8+T细胞和单核细胞数量也有所增加,B细胞数量变化不显著。表达MHCⅠ细胞数显著增加,而表达MHCⅡ细胞数变化不显著。对脾脏和胸腺中CD4+、CD8+T细胞和单核细胞作用效果轻微,但可以增加存活率(对CD8+T存活率可提升4.85%)、延长其存活时间。这说明,鸡胆汁Exosomes具有增强肝脏白细胞的免疫反应的能力,这对肝脏局部免疫具有重要意义。同时,胆汁Exosomes具有一定的靶向作用,对来源细胞的作用显著。
在胆汁Exosomes上首次发现了CCCH型锌指抗病毒蛋白,这是在家禽上的首次发现。这种蛋白可以特异的抑制反转录病毒的复制,是目前在小鼠及人类抗病毒研究的热点。因此,设计实验来研究鸡胆汁Exosomes的抗病毒作用。选择J亚型禽白血病病毒(ALV-J)作为模式病毒。ALV-J除可诱导家禽肿瘤病外,还可造成家禽严重的免疫抑制,这也是绝大数感染鸡群的主要表现形式。目前,尚无有效的疫苗或药物来预防或治疗此种疾病。而在胆汁Exosomes上发现的CCCH型锌指抗病毒蛋白为治疗禽白血病带来了希望。本研究中,在体外分离的原代脾细胞、肝白细胞中加入一定剂量的ALV-J与Exosomes共培养一段时间后,检测相应细胞荧光标志,结果发现:低剂量(5μg/ml)胆汁Exosomes可以激活淋巴细胞,使淋巴细胞的数量上升,提高免疫能力,抵御病毒感染;而随着Exosomes浓度增高,Exosomes促进淋巴细胞增殖的能力减弱,并与单纯病毒感染的效果趋于一致。其原因可能是:胆汁Exosomes上携带锌指蛋白等抗病毒蛋白可以抵抗病毒的侵染,因此,一定剂量的Exosomes可以抑制反转录病毒的复制。但由于ALV-J可以窃取Exosomes的胞吞途径,即Gould等提出的“特络伊木马”假说,高浓度的Exosomes促进胞吞作用,为病毒进入细胞提供了帮助。因此,确定合适的剂量和作用时间对Exosomes抗病毒作用尤为重要,这也是我们未来的研究方向。
综上所述,本研究首次提取出鸡胆汁exosomes,鉴定了其蛋白种类,并发现了胆汁exosomes促进肝脏CD4+T淋巴细胞的增殖作用,此外,一定剂量的胆汁exosomes还具有抗ALV-J的作用,这对治疗禽白血病,防止ALV-J再次对养殖业造成重大损失有着重要意义。