甲型流感病毒感染A549细胞的表达谱分析及相关基因功能研究

摘要

流感病毒是造成人类呼吸道感染的重要病原之一，流感病毒不同亚型和不同毒株不断发生抗原漂移和抗原转变，导致针对流感病毒蛋白设计的药物由于病毒的变异迅速产生耐药。从宿主角度阐明病毒与宿主之间的相互作用机制，尤其是阐明抑制或促进病毒复制的宿主基因编码产物无疑将为抗病毒研究提供新的策略和靶点，目前已经成为病毒学研究的热点之一。鉴于此，本研究拟利用表达谱，全面分析流感病毒感染不同时间段的宿主细胞的基因组的表达变化，据此分析这些表达发生变化的基因对流感病毒复制的调控作用，从而为从宿主细胞基因中寻找与流感病毒复制相关的基因奠定基础。
　　 本论文首先研究了甲型流感病毒代表株A/H1N1/PR/8/34在人肺癌细胞A549上的复制特性。利用免疫荧光的方法检测不同感染复数(MOI)在不同时间点的流感病毒复制情况，结果显示随着病毒感染量的增加，绿色荧光显著增加，随着时间的增多，在感染12h(h)的时候，可以明显观察到流感病毒的复制。MOI=1时，流感病毒在A549上的复制随时间的增多而增多，在24h时，80％左右的细胞被感染，因此后续研究均选用1MOI流感病毒感染A549细胞。然后利用1MOI的流感病毒感染A549细胞，在感染后4h、12h、24h及48h，分别提取细胞总RNA进行表达谱分析。表达谱结果显示，流感病毒感染4h时，只有两个基因PRO1073、组蛋白去乙酰化酶的表达发生了明显的变化；感染12h时，有45个基因表达发生上调，没有发现下调的基因，在这45个基因中，有10个是干扰素及干扰素诱导表达的基因；感染24h时，表达发生变化的基因有298个，其中表达上调的282个，下调的16个，此时干扰素上游、干扰素本身及干扰素下游调控基因均发生了明显变化，其中流感病毒的已知的模式识别受体TLR3和RIG-I表达显著上调；感染48h时，共有265个基因表达发生变化，其中上调的有216个，下调的有49个。通过荧光定量PCR对流感病毒感染细胞后表达发生上调及下调的18个基因进行验证后，发现上调的基因与表达谱结果一致，下调的基因也与表达谱结果基本一致。然后我们对表达谱中上调及下调的基因进行信号通路分析发现：表达谱中发生上调的基因大部分与干扰素相关，属于干扰素上游信号通路如MAPK通路、NF-kB通路，或者是干扰素通路本身及其诱导基因，而部分下调基因与糖代谢或者脂代谢相关。我们后续的研究将针对表达谱中的表达发生下调的基因进行，拟将这些基因的表达质粒进行过表达后观察对流感病毒复制的影响。
　　 为了便于大规模筛选与流感病毒复制相关的基因，我们建立了高通量的检测流感病毒复制的细胞内免疫印迹法(In-CellWestern)。为了评价In-CellWestern方法，将不同MOI的流感病毒感染细胞后，与经典的半数组织病变法(TCID50)的方法进行比较，结果显示In-CellWestern最低可检测0.01MOI的病毒感染，且与TCID50的测定结果具有较好的一致性。In-CellWestern适用于高通量检测，具有简便、灵敏的特点。
　　 为了分析表达谱中表达发生下调基因对流感病毒复制是否具有调控作用，我们将表达谱中表达发生下调的基因中的34个基因进行过表达，24h后，感染1MOI流感病毒。24h后通过In-CellWestern方法对病毒复制情况进行检查，然后挑选其中的14个有变化的基因进行验证，确定8个基因对流感病毒复制具有抑制作用。最后选择APOH和SULF2基因进行剂量依赖关系分析，选择不同的量转染后，观察对流感病毒复制的抑制作用。24h后，以1MOI的流感病毒对细胞进行感染，用In-CellWestern进一步验证这两个基因对流感病毒的调控作用。在确定了这两个基因对流感病毒的复制与转染的量具有剂量依赖关系后，我们接着采用同样的方法处理细胞，利用荧光定量PCR的方法对流感病毒8个基因片段(PB2、PB1、PA、HA、NP、NA、M及NS)的vRNA、cRNA及mRNA的表达变化进行分析。结果显示，APOH及SULF2对流感病毒八片段的vRNA、cRNA及mRNA均有抑制作用。
　　 综上所述，本研究利用基因芯片技术检测了甲型流感病毒感染A549细胞后基因转录的变化，发现了若干文献里不曾报道的与流感病毒复制相关的基因，并通过对表达谱中下调的基因进行过表达，首次发现8个基因可能能够抑制流感病毒复制。这些结果的取得为进一步阐明流感病毒复制机制及阐明与流感病毒复制相关的宿主基因及其作用机制打下了基础。