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世界华人消化杂志. 2003-08-15; 11(8): 1164-1167
在线出版日期: 2003-08-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i8.1164
中国人金属基质蛋白酶组织抑制因子-1基因的克隆与表达
刘双虎, 谭德明, 侯珏, 胡国龄
刘双虎, 谭德明, 侯珏, 胡国龄, 中南大学湘雅医院传染病科 湖南省长沙市 410008
刘双虎, 男, 1963-02-28, 湖南省攸县人, 汉族, 1986年中山医科大学本科毕业, 1995年湖南医科大学博士毕业, 副教授. 主要从事传染病的临床与基础研究, 主要研究方向为病毒性肝炎.
基金项目: 卫生部科研基金课题, No. 98-1-120.
通讯作者: 刘双虎, 410008, 湖南省长沙市湘雅路141号, 中南大学湘雅医院传染病科. liushuanghu@hotmail.com
电话: 0731-4327221 传真: 0731-4327332
收稿日期: 2002-11-19
修回日期: 2002-11-30
接受日期: 2002-12-02
在线出版日期: 2003-08-15

目的

克隆和表达中国人金属基质蛋白酶组织抑制因子-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1; TIMP-1)基因, 获得具有抗原性的人TIMP-1蛋白.

方法

用RT-nest-PCR扩增TIMP-1编码区基因片段, 用基因重组技术构建含该片段的重组质粒并进行序列分析. 在大肠杆菌E.coli中表达融合蛋白MBP-TIMP-1, 用SDS-PAGE和Western-blot对重组蛋白进行分析鉴定, 并用亲和层析试剂盒纯化融合蛋白MBP-TIMP-1.

结果

经核苷酸序列分析表明, 本研究克隆的中国人TIMP-1为624bp, 与报道的国外TIMP-1基因序列同源.经SDS-PAGE和Western blot表明, 表达的融合蛋白MBP-TIMP-1分子质量为66 Ku, 具有TIMP-1的抗原性, 并可进行亲和层析纯化.

结论

克隆了中国人TIMP-1基因, 表达和纯化了具有免疫原性的融合蛋白MBP-TIMP-1, 他将对肝纤维化的诊断有一定作用.

关键词: N/A

引文著录: 刘双虎, 谭德明, 侯珏, 胡国龄. 中国人金属基质蛋白酶组织抑制因子-1基因的克隆与表达. 世界华人消化杂志 2003; 11(8): 1164-1167
Cloning and expression of tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1) gene in Chinese
Shuang-Hu Liu, De-Ming Tan, Jue Hou, Guo-Ling Hu
Shuang-Hu Liu, De-Ming Tan, Jue Hou, Guo-Ling Hu, Department of Infectious Diseases, the Affiliated Xiangya Hospital, Central-South University, Changsha 410008, Hunan Province, China
Supported by: Natural Science Foundation of the Ministry of Health of China, No. 98-1-120.
Correspondence to: Dr. Shuang-Hu Liu, Department of Infectious Diseases, the Affiliated Xiangya Hospital, Central-South University, Changsha 410008, Hunan Province, China. liushuanghu@hotmail.com
Received: November 19, 2002
Revised: November 30, 2002
Accepted: December 2, 2002
Published online: August 15, 2003

AIM

To clone the Chinese gene of TIMP-1 and express the fusion protein MBP-TIMP-1.

METHODS

The fragment of TIMP-1 gene from the liver tissue of indigenous Hunan residents was amplified by RT-nest-PCR and it was cloned, sequenced by gene recombinations techniques. Fusion protein MBP-TIMP-1 was expressed in E.coli, analysed by SDS-PAGE and Western blot and purified by affinity chromatography.

RESULTS

The sequence of cloned Chinese TIMP-1 gene was 624 bp. It is homologous with the reported other human TIMP-1 gene sequence. Fusion protein MBP-TIMP-1 was 66 kd and is of the antigenicity of TIMP-1. The MBP-TIMP-1 was purified by affinity chromatography.

CONCLUSION

The Chinese gene of TIMP-1 was cloned and MBP-TIMP-1 was expressed and purified successfully in vitro. It may be useful to the diagnosis of liver fibrosis.

Key Words: N/A


0 引言

慢性肝病是我国常见病及多发病[1-3], 肝纤维化是各种慢性肝病向肝纤维化发展的重要途径, 其机制十分复杂[4-6]. 目前的研究结果认为肝细胞外基质(extracellular matrix; ECM)合成与降解的失衡, 导致ECM在肝脏内过度沉积是肝纤维化形成的主要机制[7-9]. ECM的代谢受基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases; MMP)及TIMP的共同调节[10]. 在慢性肝病患者的血清中, TIMP-1的含量随肝纤维化的进展而增加, 认为TIMP上升是机体降解胶元的能力下降, 肝硬化形成的标志[11,12]. 为了进一步研究TIMP-1的临床应用价值, 提高我国肝硬化的临床诊断水平, 我们利用基因工程技术, 克隆, 表达了中国人TIMP-1基因, 对其蛋白质进行抗原性分析, 将为进一步研究国产的血清TIMP-1诊断试剂盒奠定基础.

1 材料和方法
1.1材料

取自于我院外科肝叶切除术患者的肝组织, 提取总RNA, 经RT-nest-PCR扩增TIMP-1基因. PCR引物根据文献(Proc Natl Acad Sci USA 1986; 83: 2407)报告的TIMP-1序列合成. 外引物为(+)5-CCA GAG AGA CAC CAG AGA-3, (-)5-TGT GCA GGC TTC AGC TTC -3 ; 内引物为(+)5-TTA GGA TCC ACC ATG GCC CCC TTT G-3; (-)5-ACG AAG CTT GAT TCA GGC TAT CTG G-3.

1.2 方法 应用TRIzol Reagent RNA 分离液(GIBCO BRL)提取肝组织总RNA, 用MMLV逆转录酶(Promega)按试盒要求合成cDNA, 然后行Nest-PCR扩增TIMP-1基因, PCR条件为: 94 °C, 4 min→94 °C, 1 min, 58 °C, 1 min, 72 °C, 1 min, 35循环→72 °C, 5 min. 第1次PCR与第2次PCR条件相同. PCR产物为648 bp, 经纯化后与PUC-T质粒克隆载体(上海生工公司)连接, 转化于JM109大肠杆菌, 经蓝/白筛选及质粒DNA限制性内切酶片段分析获取含人TIMP-1基因片段的重组质粒(PUC-TIMP-1), 对此重组质粒用ABI PRISM(TM)377XL DNA Sequencer全自动测序仪(PE公司)进行序列分析, 并与已报道的人与动物TIMP-1的序列进行比较. 用限制酶BamH1及HindIII从重组质粒PUC-TIMP-1中切出TIMP-1基因片段, 将其克隆于表达载体PMAL-CRI中麦芽糖结合蛋白(MBP)表达基因的下游, 转化入大肠杆菌, 经前述筛选方法取得含TIMP-1基因片段的重组表达质粒PAML-TIMP-1 (PT-1)及其基因工程菌PMAL-TIMP-1/JM109 (PT-1/JM109), 将上述基因工程菌PT-1/JM109过夜增生, 按1:50的比例接种于LB培养基500 ml, 继续培养到A600为0.6时加入IPTG到终浓度为0.3 mmol/L, 诱导表达4 h, 收集细菌, 进性SDS-PAGE, 和Western blot分析(一抗为兔抗人TIMP-1IgG抗体, 二抗为羊抗兔IgG抗体, 二者均购于武汉博士德生物试剂公司)以确定其抗原性. 最后用IPTG大量诱导增生的基因工程菌PT-1/JM109, 收集细菌, 菌体经超声波破碎后, 用Amyrose resin层析试剂盒 (new england biolabs, USA)对表达的融合蛋白进行亲和层析(按说明书进行), 纯化融合蛋白MBP-TIMP-1.

2 结果
2.1 人TIMP-1基因片段的序列

我们克隆的人TIMP-1基因片段, 经DNA序列分析, 此克隆片段编码区序列为624 bp(图1). 与已报道的国外TIMP1基因相比较, 长度相同, 变异不明显; 但与鼠, 羊的TIMP1基因相比较, 差异较大(表1).

表1 中国人TIMP-1基因片段核苷酸(nt)与推断氨基酸(aa)序列的比较(%).
人TIMP1[13]人TIMP1[14]鼠TIMP-1 [15]羊TIMP-1[16]
nt99.3599.6772.8180.86
aa99.5299.0476.3286.73
图1
图1 中国人TIMP-1基因片段的序列.
2.2 TIMP1基因片段的体外表达

基因工程菌PT-1/JM109在IPTG的诱导下在体外进行了表达, 经SDS-PAGE电泳后可以看到一条66 Ku的浓蛋白带, 而在空载质粒菌PMAL/JM109及单纯的JM109泳道均无此蛋白带.此蛋白带为MBP(42 Ku)与TIMP-1(24 Ku)的融合蛋白MBP-TIMP-1, 大小约66 Ku. 此结果与预期的相符合. 在PMAL/JM109泳道上, 可见42 Ku的浓蛋白带, 此为MBP. 用Amyrose resin层析试剂盒对表达的融合蛋白进行亲和层析, 得到了纯化的融合蛋白MBP-TIMP-1 (图2). 为了进一步证明66 Ku蛋白含有TIMP-1, 进行了Western blot分析, 结果表明66Ku蛋白能与兔抗人TIMP-1IgG抗体起反应, 形成浓显色带, 而与MBP无反应, 在空载质粒菌PMAL/JM109及单纯的JM109泳道均无显色带形成(图3).

图2
图2 表达产物的SDS-PAGE分析. 1 PMAL/JM109; 2 纯化的融合蛋白MBP-TIMP-1; 3 PT-1/JM109; 4 JM109; 5 标准蛋白质分子量(94 Ku, 67 Ku, 43 Ku, 30 Ku, 18 Ku).
图3
图3 表达产物的Western blot分析. 1 PT-1/JM109; 2 PMAL/JM109; 3 JM109标准蛋白质分子质量(94 Ku, 67 Ku, 43 Ku, 30 Ku, 18 Ku).
3 讨论

肝纤维化是慢性肝病的主要发展过程, 其机制比较复杂, 众多的细胞因子参与了肝纤维化和肝硬化形成过程的调节[17-20], 但肝硬化形成最终与ECM的降解失衡, ECM在肝脏中沉积有关[21-24]. TIMP-1是调节肝内ECM沉积的重要因素, 主要通过抑制MMPs对ECM的降解, 使ECM在肝脏内沉积增加, 也可通过抑制已活化的星状细胞的细胞凋亡, 使得星状细胞持续活化, 加剧了肝内的ECM形成和堆积, 促进了肝硬化的形成[25,26]. 尽管Vaillant et al [27]未能观察到血清TIMP-1水平升高与曼氏血吸虫病患者肝纤维化进展的相互关系, 但很多研究发现在肝炎肝硬化患者的TIMP-1的水平均明显的高于无肝硬化的病毒性肝炎患者[28-30]. 王泰龄et al [31]发现与肝纤维化有关的血清标志, 包括Ⅳ型胶原、层连蛋白、透明质酸和TIMP-1等与肝组织的炎症活动度和肝纤维化呈正相关. 聂青和et al 应用致敏红细胞固相吸附试验(solid-phase absorption to sensitized erythrocytes; SPASE)检测了肝炎肝硬化患者血清中TIMP-1的阳性率达73.6%, 明显高于急性(16.4%)和慢性(33.3%)肝炎组. 在血清TIMP-1阳性的肝硬化患者的肝组织中的TIMP-1表达的阳性率达100%. 说明TIMP-1的阳性与肝纤维化的进展有关, 对肝硬化患者TIMP-1是一种非常有诊断价值的指标[32,33]. Walsh et al [34]研究了43例慢性丙型肝炎患者肝组织病理学改变与血浆TIMP-1的相互关系, 发现TIMP-1水平的升高与肝组织炎症活动度, 包括肝细胞坏死、门区炎症细胞浸润和纤维化程度呈正相关, 指出血浆TIMP-1正常者可排除晚期肝病; 而血浆TIMP-1升高对慢性肝病的进展期具有较大的诊断价值. Boeker et al [35]分析了不同血清肝纤维化标志的意义, 发现血清TIMP-1水平随慢性肝病的进展稳步递升, 对肝纤维化诊断的敏感性和特异性分别为67%和88%, 对肝硬化诊断的敏感性近100%, 特异性也高达75%; 认为TIMP-1对肝硬化的诊断价值大于其他有关的血清酶学和血清白蛋白的检测.

由于TIMP-1对肝炎肝硬化的诊断价值得到了充分的肯定, 我们认为有必要克隆和表达TIMP-1基因, 让其为我们对肝硬化患者诊断服务, 提高肝硬化的临床诊断水平. 为此我们用RT-nest-PCR方法扩增了中国人TIMP-1基因序列, 其长度为624 bp. 与国外报道的TIMP-1基因序列相比较, 长度相等, 核苷酸和氨基酸序列的同源性分别为99.35%和99.67%. 提示不同人种之间TIMP-1无明显差异. 与鼠, 羊等动物的TIMP-1基因序列相比较, 其同源性分别为72.81%和80.86%, 提示TIMP-1基因序列存在一定的种属差异性.

我们将TIMP-1基因片段亚克隆到表达质粒PMAL-CRI表达MBP的基因下游, 在体外用大肠杆菌JM109经IPTG诱导表达了融合蛋白MBP-TIMP-1, 经SDS-PAGE分析, 该蛋白分子量为66 KD, 与预期的大小相符. 用Amyrose resin层析试剂盒对该融合蛋白进行亲和层析, 得到了纯化的融合蛋白MBP-TIMP-1 (图3). 为了证明MBP-TIMP-1具有一定的诊断价值, 我们用兔抗人TIMP-1IgG抗体对此蛋白进行了Western blot分析, 结果表明MBP-TIMP-1可与兔抗人TIMP-1IgG抗体起反应, 形成显色带, 而单纯的MBP及大肠杆菌菌体蛋白与兔抗人TIMP-1IgG抗体不起反应, 无显色带形成(图4), 提示本研究表达的融合蛋白具有TIMP-1的抗原活性. 研究结果表明本研究成功克隆了人TIMP-1基因, 表达和纯化了具有TIMP-1抗原活性的融合蛋白TIMP-1, 为进一步建立人TIMP-1诊断试剂盒奠定了基础. 我们将进一步研究应用MBP-TIMP-1融合蛋白检测TIMP-1的价值.

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