结核分枝杆菌新诊断生物标志物的鉴定及其在人类结核病血清学诊断中的潜在应用

Identification of new diagnostic biomarkers for Mycobacterium tuberculosis and the potential application in the serodiagnosis of human tuberculosis.

作者信息Ningning Ren, Jingfang JinLi, Yingyu Chen, Xia Zhou, Jieru Wang, Pan Ge, Farhan Anwar Khan, Li Zhang, Changmin Hu, Ian D Robertson, Huanchun Chen, Aizhen Guo
PMID29952084
发布时间2018-09
DOI10.1111/1751-7915.13291

实验完整度

高

包含抗原克隆表达、血清学筛选与验证(ELISA、ROC)、小鼠免疫实验(体液和细胞免疫)等多个独立证据层级,并进行了功能和机制验证。

主要模型

BALB/c小鼠 人血清样本(PTB、EPTB、LTBI、HC)

重点核对

重组蛋白表达与纯化:68个RD蛋白表达成功,其中7个可溶 初步筛选:血清池OD630比值≥2倍 进一步验证:ELISA检测58例PTB、16例EPTB、42例LTBI、40例HC 小鼠免疫:50μg蛋白,弗氏佐剂,皮下注射,3次免疫 IFN-γ检测:15μg/ml刺激48小时

摘要

结核分枝杆菌(M. tuberculosis)差异区域(RD)编码的蛋白质可能作为结核病(TB)诊断试剂。本研究成功克隆了来自 M. tuberculosis RD1‐RD16 的 75 个基因,其中 68 个蛋白质被表达和纯化。使用来自肺结核(PTB)、肺外结核(EPTB)和健康对照(HC)的三份血清池初步筛选单个 RD 蛋白。PTB 或 EPTB 与 HC 组的 OD630 比值≥2 倍为阳性。结果获得 29 个蛋白质。进一步使用 58 份 PTB 样本(38 份涂片阳性 PTB(PTB‐SP)血清和 20 份涂片阴性 PTB(PTB‐SN)血清)、16 份 EPTB 样本、42 份潜伏性结核感染样本和 40 份 HC,通过间接 ELISA 验证了已鉴定抗原的血清学反应。在 PTB 诊断方面,受试者工作特征分析显示 Rv0222 [曲线下面积(AUC),0.8129;95% 置信区间(CI),0.7280–0.8979] 和 Rv3403c(AUC,0.8537;95% CI,0.7779–0.9294)优于 ESAT6/CFP10(AUC,0.7435;95% CI,0.6465–0.8406)。Rv0222 和 Rv3403c 在 PTB‐SP 组中表现出最高的诊断能力(敏感性,86.8%;特异性,80%),而 Rv3403c 在 PTB‐SN 组中表现出最高的诊断能力(敏感性,70%;特异性,80%)。在 EPTB 诊断方面,Rv0222 表现出最高的诊断价值(AUC,0.7523;敏感性,68.8%;特异性,87.5%)。此外,Rv0222 和 Rv3403c 的组合提高了 PTB‐SN 的检测。这些结果表明,Rv0222 和 Rv3403c 可能是活动性结核病血清学诊断的潜在生物标志物。小鼠实验表明,Rv0222 和 Rv3403c 诱导了特异性细胞和体液反应,其特征是产生 IFN‐γ、IgG1 和 IgG2a,但 IgG1 水平高于 IgG2a。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
寻找新的结核分枝杆菌血清学诊断生物标志物,以提高肺结核(尤其是涂阴肺结核)和肺外结核的诊断准确性。
核心机制
Rv0222和Rv3403c能诱导特异性体液和细胞免疫应答,产生IFN-γ、IgG1和IgG2a,且IgG1水平高于IgG2a,提示Th2偏向的免疫应答。
主要证据
通过ELISA和ROC分析,Rv0222和Rv3403c在PTB诊断中AUC分别为0.8129和0.8537,优于ESAT6/CFP10;小鼠实验显示两种蛋白能诱导特异性免疫反应。
研究意义
Rv0222和Rv3403c可作为活动性结核病(尤其PTB-SN和EPTB)的血清学诊断标志物,但其应用需结合临床诊断(如胸片)区分潜伏感染。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

RD蛋白克隆、表达与纯化

获得结核分枝杆菌RD区域的纯化重组蛋白,用于后续筛选。

扩增129个RD区域的ORF,成功克隆75个,表达并纯化68个重组蛋白,并进行了SDS-PAGE鉴定。

2

血清学初步筛选

快速筛选与结核病患者血清反应的候选抗原。

使用PTB、EPTB和HC血清池分别与68个蛋白进行iELISA反应,以OD630比值≥2倍为阳性。

3

临床样本验证

在独立临床样本中评估候选抗原的诊断价值。

使用58例PTB(38例PTB-SP,20例PTB-SN)、16例EPTB、42例LTBI和40例HC的个体血清进行iELISA检测,并通过ROC分析评估诊断效能。

4

小鼠免疫实验

评估候选抗原的免疫原性。

用重组蛋白免疫BALB/c小鼠,检测血清抗体(总IgG、IgG1、IgG2a)和脾细胞IFN-γ分泌,同时用Western blot验证抗原特异性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
pET-32a载体Novagen--
96孔板Thermo Fisher Scientific--
HRP标记山羊抗人IgG(H+L)Pierce--
HRP标记山羊抗小鼠IgG/IgG1/IgG2aSouthernBiotech--
HRP标记山羊抗人IgGInvitrogen--
完全弗氏佐剂Sigma--
不完全弗氏佐剂Sigma--
IFN-γ ELISA试剂盒Neobioscience--
TB-DOT检测Upper Biotech--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
克隆与表达
RD蛋白的表达和纯化条件,包括pET-32a载体、E. coli表达系统
阅读提示:Methods中'Cloning, expression, and purification of RD antigens'
血清学筛选
血清池构成(各组5例)、蛋白包被浓度(500 ng/ml)、血清稀释(1:100)、阳性判定标准(OD630比值≥2)
阅读提示:Materials and methods中'Screening of seroreactive proteins with iELISA'
临床样本验证
样本分组和数量(PTB 58例,EPTB 16例,LTBI 42例,HC 40例)、ELISA步骤、cut-off值确定方法
阅读提示:表3和Materials and methods
小鼠免疫
小鼠品系(BALB/c)、数量(每组3只)、免疫剂量(50 μg)、佐剂(完全/不完全弗氏佐剂)、免疫次数和间隔(3次,2周间隔)
阅读提示:Materials and methods中'Murine model'