抗顶体反应人精子单克隆抗体的制备和鉴定

精子从男性生殖道释放后必须经过获能和顶体反应，才能与卵子结合。获能和顶体反应后，精子细胞内和精子表面的许多大分子都会发生改变。利用这些变化，可探索新的避孕方法和男性不育诊断及治疗的新途径。本文将正常人精子于体外在BWW－BSA培养基中获能，用钙离子载体A23187诱导人精子进行顶体反应，以三染和金霉素荧光染色两种方法检测这些精子的顶体反应率为50％左右，然后用这些经顶体反应处理的新鲜人精子（AR sperm）作为抗复，腹腔免疫Balb/C小鼠，利用最近发展起来的半固体培养及普通的液体培养方法制备单抗。分别用未经任何处理的人精子（NT sperm）及上述顶体反应的人精子包被酶标板，用ELISA法检测所得杂交瘤细胞分泌的抗体，得到了近百株阳性杂交瘤，其中已克隆并得到腹水的有23株，并对这些单抗进行了以下鉴定：腹水滴度测定；抗体分类；与人白细胞系U937，Raji和Jurkat的交叉反应；在NT和AR人精子、树（左鼠右句）和小鼠精子上的荧光定位；单抗对人精子的凝集（SA）和制动（SI）试验；免疫印迹测定单抗相应抗原的分子量。主要结果如下：1.单抗与NT和AR精子反应的ELISA结果表明，有12个单抗主要与AR精子抗原发生反应（A组抗体），6个单抗主要与NT精子抗原反应（B组抗体），而另外5个则与这两种精子抗原都呈阳性反应（C组抗体）。2.在得到的23个单抗中，绝大多数（21个）为IgM，只有两个分别是IgC_1和IgG_(2a)。3.23个单抗与白细胞系的交叉反应强度不同。A组单抗的交叉反应有的较强，有的较弱，有的居中；B组单抗的交叉反应为弱阳性或阴性；C组单抗则呈现要么很强、要么很弱的交叉反应。4.所得单抗的荧光定位主要在赤道板和中段，未发现定位于顶体及顶体后的单抗，而国内外其他实验室已获得的单抗，主要定位在顶体。某些单抗在两种不同精子（NT sperm, AR sperm）上有不同的荧光定位。这些结果表明，AR精子的免疫原性是十分特殊的，它明显不同于NT精子。5.有9个单抗显示较强的精子凝集作用，另有9个单抗的凝集作用稍弱，未发现有精子制动效应的单抗。6.免疫印迹结果表明，有9个单抗的靶抗原是蛋白质类物质，其分子量为16－146kDa，其余14个单抗的免疫印迹呈阴性反应。有关这些单抗及其抗原的鉴定仍在进行中。其中10个单抗已送世界卫生组织（WHO），参与WHO的抗人精子抗原的单克隆抗体的研究计划。

抗小鼠乳酸脱氢酶C4（LDH-C4）IgA单克隆抗体的制备及其对精子功能的影响

乳酸脱氢酶C4 （LDH-C4）是一种人和哺乳动物精子特有的乳酸脱氢酶同功酶。用纯化的小鼠LDH-C4 免疫动物，有一定的避孕效果。这种避孕效果与血清特异性抗体水平并不完全一致。这可能是由于受精过程是在生殖道内进行的，而生殖道内又有粘膜免疫因素存在。IgA抗体是生殖道内的主要抗体成分，研究抗LDH-C4 IgA抗体的抗精子作用有助于了解局部分泌性免疫系统在抗精子免疫避孕中的作用。由于足够量的特异性IgA抗体难于从动物或人粘膜分泌液中分离到，为了获得供体内外试验用的该种抗体，直接证明它在抗生育方面的作用，我们采用一种特殊的免疫方法制备了一系列的抗LDH-C4的单克隆抗体，包括6株IgA和9株IgM。这种免疫方法的主要特点是将抗原直接注射到派伊尔氏淋巴小结（PP）或小肠腔内。ELISA检测表明，按这种方法免疫后，分泌IgA的克隆出现的比例明显高于常规免疫的结果。这是因为PP是粘膜免疫的中枢，其中含有大量的IgA前体细胞，直接将抗原注射到PP内有助于刺激IgA前体细胞的分化和增殖，诱导局部分泌性免疫反应。我们用所得到的单克隆抗体研究了LDH-C4在人，小鼠和树鼩精子表面的定位。结果表明，大多数单克隆抗体可以结合到这些精子的表面；不同的单抗在同一物种的精子表面呈现不同的结合区域。这一方面说明来源于人，小鼠和树鼩的LDH-C4的抗原决定簇有很高的同源性；另一方面提示LDH-C4在精子表面不同的区域所暴露的抗原决定簇不同。初步的功能试验表明，某些抗LDH-C4的IgA单克隆抗体可以凝集或制动精子，说明生殖道内的IgA抗体可以通过凝集和制动作用来影响精子的功能，从而影响精子的受精力。

雨蛙皮肤分泌液中两种活性蛋白结构和功能的研究

在本研究中我们首次从雨蛙皮肤分泌液中分离得到了一种神经毒素（命名为Anntoxin）和一种干细胞自我更新支持因子（命名为AnSF）。随后，我们通过构建雨蛙皮肤cDNA 文库，利用特异引物筛选到Anntoxin 和AnSF 的cDNA 编码序列，前者的Gene Bank 登录号为FJ598043，后者还在等待分配登录号。Anntoxin 具有60 个氨基酸，是一种Kunitz 类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂，构建Anntoxin 的3D-NMR 溶液结构，证实Anntoxin 不同于有三对二硫键（键组合模式：1-6，2-4，3-5）的Kunitz 类型丝氨酸蛋白酶抑制剂，它只有两对二硫键（组合模式：1-4，2-3）。AnSF 具有123 个氨基酸，在C 端具有和Calmadolin 同源的两个EF 手指结构，能够支持人类胚胎干细胞（hESC）和猴神经干细胞（rNSC）的自我更新。为了进行Anntoxin 的生物活性和结构分析，我们在体外成功表达了 Anntoxin，获得了大量的重组Anntoxin（rAnntoxin）。经过生物活性分析， rAnntoxin 和天然分离到的Anntoxin 生物活性相当，都具有很强的胰蛋白酶抑制剂活性。Anntoxin 是一种Kunitz 类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂，和来源于芋螺（Cone Snail）的神经毒素Conkunitzin-S1，黑色眼镜蛇毒液（black cobra, Dendroaspis polylepis polylepis）的树突毒素δ-DaTX 或蛋白酶抑制剂K 分别具有32.8%和36.7%的相同序列，和鱼类（fish）来源的Stonustoxin 也有一定的同源性。利用膜片钳技术分别检测Anntoxin 对大鼠背根神经节（rat DRG）上Na+通道，K+通道，Ca2+通道的作用，结果证明Anntoxin 对河豚毒素敏感（TTX-S）的钠离子通道（Nav）有较强的抑制活性，对 K+通道，Ca2+通道作用不明显。随后我们在非洲爪蟾卵母细胞上表达几种典型和常用于测试对亚型K+通道作用的Kv1.1，Kv1.2，Kv1.3，Kv2.1 和 Kv4.2，Kv4.3，Anntoxin 对这些亚型K+通道上的K+电流都没有明显影响。我们成功构建了Anntoxin 的3D-NMR 溶液结构（NMR 号：PDB ID 2KCR， BMRB ID 16094），证实Anntoxin 具有典型的Kunitz 结构，由反向平行的 β–折叠片和α–螺旋及转角组成梨形结构。利用RT-PCR，WesternBlot 以及 ELISA 技术，发现在皮肤、脑、肝、胃和肠中都能检测Anntoxin mRNA 转录，但只在皮肤、脑、肝和胃中有蛋白表达，表达量分别为29.5、5.39、 4.80 和2.02 微克/克鲜重，可以看出Anntoxin 在皮肤中大量表达，是皮肤分泌液中非常重要的组成部分。因为皮肤是雨蛙接触外界的第一屏障，雨蛙的生存环境中存在很多潜在威胁，比如微生物、吸血昆虫、鸟类、爬行动物、哺乳动物等，所以Anntoxin 有可能是雨蛙适应环境的重要化学武器，于是我们测试了Anntoxin 对甜菜夜蛾幼虫（Laphygma exigua Hubner）、水蛇（Enhydris plumbea）、鹌鹑（Coturnix coturnix）、昆明小鼠（Kunming mice）的急性毒性，其LD50 分别为50，450，2500 和3000 微克/千克体重，说明在华西雨蛙皮肤中大量表达的Anntoxin 对几类潜在天敌确实有较强的杀灭作用。为了检测AnSF 的生物学活性，我们在体外成功表达了AnSF，获得了大量rAnSF。设计三个浓度梯度10、100 和500ng/ml，把AnSF 和hESC 共培养，发现在10~100 ng/ml 浓度时对hESC 的自我更新有支持作用；设计三个浓度梯度10、100 和500ng/ml，把AnSF 和rNSC 共培养，发现在 10ng/ml 时对rNSC 的自我更新有较强的支持作用。在超过500ng/ml 高浓度时，AnSF 对hESC 和rNSC 都有明显的细胞毒性作用，对rNSC 的毒性作用更明显。利用RT-PCR 技术，我们检测了雨蛙的皮肤、肌肉、肝脏、胰脏、胃、肠、心脏和脑，AnSF 只在皮肤中有少量表达。这表明AnSF 可能只参与雨蛙皮肤干细胞库的维持，保持皮肤内环境稳定，因为蛙类的皮肤细胞要负责产生大量活性物质参与先天免疫和抗氧化等重要的生理活动，需要经常更新，而AnSF 的存在可能保证雨蛙皮肤干细胞库容量稳定，不断分化出各种成熟的皮肤细胞来使皮肤能够得到足够和及时的更新，保证其功能的正常行使。所以AnSF 是维持华西雨蛙皮肤内环境稳定的重要物质。

抗黑色素瘤ScFv-超抗原SEA重组免疫毒素的构建与表达

提取鼠抗人黑色素瘤杂交瘤细胞株HB8759的总RNA，反转录成cDNA，用抗体可变区混合引物扩增出全套重、轻链可变区基因（VH、VLDNA），通过（Gly4Ser）3连接肤基因把VH和VL基因装配成单链抗体（ScFv）基因，将其克隆到噬菌粒载体pCANTABSE中，构建单链抗体噬菌体抗体库。用LIBr黑色素瘤细胞对抗体库进行了3轮亲合筛选。随机挑选克隆进行hage-ELISA鉴定，结果获得了2株具有较高ELISA活性的噬菌体单链抗体。序列测定证实得到的ScFv符合抗体可变区的结构特点，与已发表的鼠抗体可变区基因有较高的同源性。采用酶切连接和重叠PCR连接两种方法将抗黑色素瘤单链抗体基因和去除N端信号肤的金黄色葡萄球菌肠毒素A（SEA）基因进行融合，并将融合基因克隆于pET28-a表达载体的H招标签下游。SDS-PAGE分析表明，两种构建方法均表达了相对分子量约SOkD的蛋白条带，与预期目的蛋白分子量相符，主要以包涵体的形式存在，表达量占菌体蛋白的27％。将重组质粒在大肠杆菌中诱导表达，用盐酸肌溶解包涵体，Ni-NTA鳌合层析柱一步法纯化包涵体，再通过透析使目的蛋白复性。凝胶灰度扫描显示蛋白纯度达90％，凝胶电泳呈单一条带，蛋白量达0.47mg／mL。用健康人外周血单个核细胞作为效应细胞，LDH法检测ScFv-SEA融合蛋白对LiBr黑色素瘤细胞、MCF7乳腺癌的体外抑制率。结果表明该融合蛋白可以通过活化效应细胞，对表达相关抗原的肿瘤细胞产生有效的抗增殖作用，而对不表达该抗原的肿瘤细胞作用不显著。说明该融合蛋白赋予了SEA抗黑色素瘤特异性。以上实验结果为我们研究SEA对黑色素瘤的靶向杀伤作用奠定了可靠的实验基础。

白介素4-绿脓杆菌外毒素重组免疫毒素的构建与活性研究

白介素-4受体（IL-4R）在实体瘤和血癌等许多肿瘤细胞表面表达量很高构建导向IL-4R的免疫毒素，是研究肿瘤治疗的一个重要方向。天然IL-4分子N末端和C末端含有很多与受体结合的活性位点，为了降低连接蛋白毒素时对这些位点的影响，将天然IL-4分子的N端和c端用寡肚GGNGG相连，并在非活性部位形成新的开口，构建了cpIL-4；为了进一步提高cpIL-4与IL-4R的亲和力，通过重叠PCR引入13位点突变，得到cpIL-4（13D）；为了增强IL-4免疫毒素对淋巴细胞的选择性，在121位引入点突变，得到cpIL-4（13D121E）。将上述三种重组IL-4分子分别于大肠杆菌表达系统进行表达。ELISA分析表明，三种重组蛋白均可与人IL-4抗体特异性结合。由于PE的DNA序列的GC含量很高，很难用常规手段进行改造，本文采用特殊条件的PCR反应和酶切反应进行绿脓杆菌外毒素PE的改造，得到PE38KDEL，并于大肠杆菌表达系统进行表达。其特点是分子量较小，不含结合区，C末端氨基酸KDEL有利于提高其跨膜能力和细胞毒作用。将靶向分子分别与毒素分子相连，得到三种免疫毒素：cpIL4-PE38KDEL，cpIL4（13D）-PE38KDEL，cpIL4（13D121B）-PE38KDEL。将之分别于表达载体pET32a（＋）进行表达，目的蛋白表达量均约为菌体总蛋白的30％。western blotting分析表明，诱导后表达的三种IL-4免疫毒素均可与hIL-4抗体特异性结合。采用Ni-NTA亲和层析和阴离子交换层析纯化上述三种IL-4免疫毒素，纯度均在95％以上。用MTT法检测其细胞毒作用，结果显示，免疫毒素cpIL4（13D）-PE38KDEL可特异性地靶向产生IL-4R的细胞株，＿且其活性与未突变的免疫毒素cpIIL4-PE38KDEL相比有2-3倍的提高；免疫毒素cpIL4（13D121E）-PE38KDEL对表达I型IL-4R的淋巴瘤细胞结合力较强，对表达II型IL-4R的内皮细胞结合力较弱，因此对淋巴瘤具有一定的选择性，这对于提高药物疗效，降低血管渗漏症等毒副作用具有重要意义。

两种抗HER2重组免疫毒素的构建与活性研究

HER2／neu基因在肿瘤中的过度表达使其成为许多肿瘤的标志分子。人肿瘤坏死因子（TNF-α）和肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体（Trail）对肿瘤细胞的杀伤作用使其成为前景看好的抗肿瘤药物，对它们的细胞杀伤机制研究日渐深入。但临床研究发现HER2／neu过度表达的肿瘤细胞抵制TNF-α和Trail的肿瘤杀伤作用，因此经常产生耐药现象。为了增加过度表达HER2／neu的肿瘤细胞对TNF-a的敏感性和提高HER2／neu抗体的肿瘤杀伤效应，我们将抗HER2／neu人源化单链抗体scFvC6.5与人翔F-a融合，构建了免疫毒素scFvC6.5-TNF-α，完成了该重组蛋白在大肠杆菌中的表达，产率为800μg／L菌液。经过亲和层析和柱复性，融合蛋白的纯度达95％以上。ELISA试验表明scFvC6.5-TNF-a能够特异结合HER2／neu阳性卵巢癌细胞SKO从3和乳腺癌细胞MCF-7，而不结合HERZ／neu阴性的黑色素瘤细胞A-375。MTT试验表明scFvC6.5-TNF-a能够选择性的杀伤SKOV-3和MCF-7细胞，而不影响A-375细胞的生长。同时为了增加过度表达HER2／neu的肿瘤细胞对人可溶性肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体（sTrail）的敏感性和提高HER2／neu抗体的肿瘤杀伤效应，我们构建了scFvC6．5与人sTrail的融合蛋白scFvC6.5-sTrail。重组子经酶切及测序证明序列正确后，在大肠杆菌BL21（DE3）中进行诱导表达。经SDS-PAGE及westem一blot鉴定，获得高水平包含体表达菌株，产率为700雌／L菌液。对表达产物进行变性、复性及纯化，SDS-PAGE结果显示纯度达95％以上。用ELISA法检测纯化后蛋白的结合活性表明融合蛋白scFvC6.5-sTrail能够特异结合HERZ／neu阳性卵巢癌细胞SKO从3、乳腺癌细胞McF-7和Trail敏感菌株MDA-MB-231，而不结合HER2／neu阴性和Trail受体阴性的黑色素瘤细胞A-375。MTT法检测其生物活性显示纯化后的scFvC6.5-sTrail蛋白对SKO从3、MCF-7、MDA-MB-231均具有细胞毒活性，并存在剂量依赖性，但对A-375细胞没有作用。细胞凋亡流式分析表明这两种免疫毒素对SKO从3靶细胞的杀伤作用是通过诱导细胞凋亡所致。提示这两种免疫毒素在抗肿瘤靶向治疗中具有潜在的应用价值。

瓦山安息香中苯并呋喃促雌激素合成的机理研究

雌激素是人体内重要的激素之一，具有广泛的生理功能。雌激素缺乏与许多疾病相关，如卵巢功能低下，更年期综合征以及骨质疏松等；雌激素过剩也将导致某些疾病，如乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌等。目前，如何降低肿瘤组织中的雌激素水平而达到治疗肿瘤的目的，已经得到广泛的研究，但促雌激素生成或调节卵巢功能药物或其相关研究则很少。 本实验室前期的研究发现，瓦山安息香属植物果实中的乙醇提取物具有促雌激素生成作用，通过活性追踪和结构鉴定，确认促E2 生成的主要成分为苯并呋喃类化合物。苯并呋喃类化合物的作用与芳香酶有关，但其确切的作用机理有待证实和深入研究。 为了探讨安息香苯并呋喃类化合物的促雌激素合成的作用机理，拟采用如下的实验方案： 1、细胞学方面，对小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-5、OVCAR-8、IGROV1 等细胞株，采用RT-PCR 和ELISA 方法研究芳香酶Aro基因的表达和雌二醇E2 的生成，芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，研究时效曲线和量效曲线，确定安息香苯并呋喃类化合物SP25 的有效浓度和作用时间。 2、RNAi 方面，设计合成了针对人芳香酶Aro基因的3 对RNAi 序列，转染入细胞，芳香酶促进剂Forskolin 和地塞米松、芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，采用实时定量PCR 技术，研究RNA 干扰后，安息香苯并呋喃类化合物SP25 对人芳香酶Aro基因表达水平瓦山安息香苯并呋喃促雌激素合成的机理研究的影响。 3、雌激素受体方面，设计一段ERE 的雌激素调控元件，构建重组荧光素酶报告基因载体，瞬时转染人乳腺癌细胞株MDA-MB-231，建立针对雌激素受体的报告基因筛选模型，观察安息香苯并呋喃类化合物SP25 对雌激素受体的选择性和亲和力，从受体水平考察安息香苯并呋喃类化合物SP25 促进雌激素生成的药理学机理。 实验结果显示： 1、分化后的小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7 、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-8 等细胞株具有芳香酶基因的表达。睾酮向雌二醇的转化能够被芳香酶抑制剂Formestane 所阻断，其中OVCAR-3 最适合进行下一步的RNAi研究。 2、RNAi 实验结果显示，设计的3 对RNAi 序列中R2 的干扰效果最强，相应的阴性对照C2 与R2 的表达量相差118 倍（24 小时）和19 倍（48 小时），显示R2/C2 这组序列可用于进一步的RNAi 试验。以R2 干扰OVCAR-3 细胞株，药物作用24、48 小时后，芳香酶抑制剂Formestane 与R2 相对表达量相比分别为0.83 倍和0.04 倍；芳香酶促进剂Forskolin 与R2 相对表达量相比分别为3.61 和1.84 倍；芳香酶促进剂地塞米松与R2 相对表达量相比分别为5.76 倍和3.49倍；苯并呋喃类化合物SP25 与R2 相对表达量相比分别为8.13 倍和4.59 倍。实验证实安息香苯并呋喃类化合物SP25 能够促进因RNAi 而发生基因沉默的人芳香酶Aro表达水平的上调。 3、雌激素受体实验结果显示，构建成功重组pERE-pGL3-promoter 荧光素酶报告基因载体和基于报告基因系统的雌激素受体激动剂或拮抗剂的细胞筛选模型。实验结果表明安息香苯并呋喃类化合物SP25 与雌激素受体ERα和ERβ亲和力选择性之比约为3：1 ，SP25通过与雌激素受体ERα结合作用其受体，刺激芳香酶的表达。 本课题通过RNA 干扰、ELISA、荧光实时定量PCR、报告基因筛选模型等技术手段，从细胞水平、蛋白酶水平和基因表达水平、雌激素受体水平等方面系统地研究了从瓦山安息香属植物果实中提取的苯并呋喃SP25 促进促雌激素生成的机理研究。试验结果显示苯并呋喃类化合物SP25 促雌激素生成的主要作用机制是直接促进芳香酶基因表达水平，以及与雌激素受体a 结合，刺激芳香酶活性。 Estrogen is an important hormone that has versatile physiologicalfunctions. Lack of estrogen will lead to many diseases such as lower ovarianfunction, climacteric syndrome and osteoporosis. Excessive estrogen alsoinduces breast carcinoma, oophoroma and endometrial carcinoma and otherdiseases. To depress the estrogen level in tumor tissue to cure carcinomawas widely studied, but there is only few studies reported on the induction ofestrogen and on the regulation of ovary function. We found that the extracts from seeds of Styrax perkinsiae couldpromote the synthesis of estrogen. The active compounds benzofurans wereidentified. Effect of benzofurans may be related to aromatase, but the mechanism was not clear. To reveal the mechanism of these benzofurans to promote estrogensynthesis, the following protocols were adopted: 1 Cytology: 3T3-L1 preadipocytes,human ovary carcinoma celllines OVCAR-3,OVCAR-4,OVCAR-5,OVCAR-8,IGROV1 andbreast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-MB-231 were usedto determine Aro gene expression and estrogen production withRT-PCR AND ELISA methods. Formestane, an aromataseinhibitor, was used as positive control. And dose-curve,time-curve and the effective concentration of SP25 were also studied. 2 Designed 3 pairs of RNAi for human aromatase gene, andtransfected into cell. Aromatase inducer Forskolin andDexamethasone, and aromatase inhibitor Formestane were usedas positive controls. We studied the change of Aro expressionlevel with SP25 by using real-time PCR after RNA interfering. 3 Estrogen Receptor: We constructed the recombined Luciferasereport vector and establish a screening system for estrogenagonist and antagon. With this system, we studied the affinity ofSP25 and estrogen receptor. Results: 1 Differentiated 3T3-L1 preadipocytes¡¢human ovary carcinomacell lines:OVCAR-3, OVCAR-4, OVCAR-8 and breast carcinomacell lines MCF-7, MDA-MB-231 had detected aromatase geneexpression.And OVCAR-3 is more suitable for further aromatasegene function research. 2 In RNAi assay, R2 has a strong interfering effcet in OVCAR-3 cellline, and ratio of C2 (the negative control) to R2 were 118 times(24 hours) and 19 times (48 hours). This means sucessful inRNA interfering. After R2 acted on OVCAR-3 cell line, the ratiosof formestane to R2 were 0.83 and 0.04 times, 5.76 and 3.49times (Dex), 3.61 and 1.84 times (forskolin) and 8.13 and 4.59times (sp25) after drug treated 24 or 48 hours respectively.These results indicated that SP25 can directly induce aromatasegene up-regulation. 3 We had constructed pERE-pGL3-promoter recombined vectorand the Luciferase report gene screening system. Luciferasereport gene assay showed that sp25 had a higher affinity with strogen receptor alpha than estrogen receptor beta, this indicated that SP25 can act on estrogen receptor and induce aromatase. Our results revealed that the mechanisms of benzofuran to promoteestrogen were the upregulation aromatase gene expression and promotion ofaromatase activity and have partially elective affinity with estrogen receptoralpha.

簇毛麦（ Dasypyrum villosum）矮秆突变体的研究

株高是农作物的重要农艺性状之一，适度矮化有利于农作物的耐肥、抗倒、高产等。20世纪50年代，以日本的赤小麦为矮源的半矮秆小麦的培育和推广，使得世界粮食产量显著增长，被誉为“绿色革命”。迄今为止，已报到的麦类矮秆、半矮秆基因已达70多个，但由于某些矮源极度矮化或者矮化的同时伴随不利的农艺性状，使得真正运用于育种实践的矮源较少。因此，发掘和鉴定新的控制麦类作物株高的基因，开展株高基因定位、克隆及作用机理等方面的研究，对实现麦类作物株高的定向改良，具有重要的理论意义和应用价值。簇毛麦(Dasypyrum villosum，2n＝14，VV)是禾本科簇毛麦属一年生二倍体异花授粉植物，为栽培小麦的近缘属。本课题组在不同来源的簇毛麦杂交后代中发现了一株自然突变产生的矮秆突变体。观察分析了该突变体的生物学特性，对矮秆性状进行了遗传分析，对茎节细胞长度、花粉的活力进行了细胞学观察，考察了该突变体内源赤霉素含量及不同浓度外施赤霉素对突变体的作用，分析了赤霉素生物合成途径中的内根贝壳杉烯氧化酶（KO）和赤霉素20氧化酶(GA20ox)的转录水平，对赤霉素20氧化酶和赤霉素3-β羟化酶(GA3ox)进行了克隆和序列分析，并对GA20ox进行了原核表达和表达的组织特异性研究。主要研究结果如下：1. 该突变体与对照植株在苗期无差异，在拔节后期才表现出植株矮小，相对对照植株，节间伸长明显受到抑制，叶鞘长度基本不变。在成熟期，对照植株的平均株高为110cm，而突变株的平均株高为32cm，仅为对照植株的1/3 左右。除了株高变矮以外，在成熟后期，突变株还表现一定程度的早衰和雄性不育。I2-KI染色法观察花粉活力结果表明，对照植株花粉90%以上都是有活力的，而突变植株的花粉仅20%左右有活力。2. 突变株与对照植株的杂交F1代均表现正常株高，表明该突变性状为隐性突变。F1代植株相互授粉得到的168株F2代植株中，株高出现分离，正常株高（株高高于80cm）与矮秆植株（株高矮于40cm）的株数比为130：38，经卡方检验，其分离比符合3：1的分离比，因此推测该突变体属于单基因的隐性突变。3. 用ELISA方法检测突变株和对照植株的幼嫩种子中内源性生物活性赤霉素（GA1＋3）含量，结果表明突变株的赤霉素含量为36 ng/ml，而对照植株的赤霉素含量为900 ng/ml。对突变株外施赤霉素，发现矮秆突变株的株高和花粉育性均可得到恢复。这些结果表明该突变株为赤霉素缺陷型突变。4. 用荧光定量PCR方法比较突变株与对照植株中内根贝壳杉烯氧化酶和赤霉素20氧化酶的转录水平，结果表明突变株的KO转录水平比对照植株分别提高了6倍（苗期）和16倍（成熟期），突变株的GA20ox转录水平与对照植株在苗期无明显差异，在成熟期突变株较对照植株则提高了10倍左右。这些结果表明该矮秆突变体与赤霉素的生物合成途径密切相关，而且极有可能在赤霉素的生物合成途径早期就发生了改变。5. 以簇毛麦总基因组为模板，同源克隆了GenBank登录号为EU142950，RT-PCR分离克隆了簇毛麦的GA3ox基因cDNA全长序列，分析结果表明该cDNA全长1206bp，含完整编码区1104bp，推测该序列编码蛋白含368个氨基酸残基，分子量为40.063KD，等电点为6.27。预测的氨基酸序列含有双加氧酶的活性结构，在酶活性中心2个Fe离子结合的氨基酸残基非常保守。该序列与小麦、大麦和水稻的GA3ox基因一致性分别为98%、96%、86%。基因组序列与cDNA序列在外显子部分一致，在478-715bp和879-1019bp处分别含238bp和140bp的内含子。6. 通过RT-PCR技术克隆了簇毛麦的GA20ox基因全长，命名为DvGA20ox，GenBank登录号为EU142949。该基因全长1080个碱基，编码359个氨基酸，具有典型的植物GA20ox基因结构。该基因编码的蛋白质与小麦、大麦、黑麦草等GA20ox蛋白的同源性分别为98%，97% 和91%。该序列重组到原核表达载体pET-32a(+)上，将获得的重组子pET-32a(+)-DvGA20ox转化大肠杆菌BL21pLysS后用IPTG进行诱导表达。SDS-PAGE分析表明，DvGA20ox基因在大肠杆菌中获得了高效表达，融合蛋白分子量为55kDa。定量PCR分析表明，该基因在簇毛麦不同器官中的表达差异明显：叶片中表达水平最高，根部表达水平次之，茎部和穗中表达较弱。在外施赤霉素后，该基因的表达水平在两小时以后急剧下降，表明该基因的表达受自身的反馈调节。本研究结果认为，(1)该簇毛麦矮秆突变体为单基因的隐性突变；(2)该矮秆突变体为赤霉素敏感突变，内源赤霉素含量检测表明突变体的内源性赤霉素含量仅为对照植株的1/30；(3)荧光定量PCR结果表明突变株的赤霉素生物合成途径的关键酶基因表达水平比对照植株高，而且突变植株的赤霉素生物合成改变很可能发生在赤霉素生物合成途径的早期；(4)GA20ox有表达的组织特异性，且受到自身产物的反馈调节。 Plant height is an impotrant agronomic trait of triticeae crops.Semi-dwarf cropcultivars, including those of wheat, maize and rice, have significantly increased grainproduction that has been known as “green revolution”. The new dwarf varieties couldraise the harvest Index at the expense of straw biomass, and, at the sametime, improvelodging resistance and responsiveness to nitrogen fertilizer. Moreover, dwarf traits ofplant are crucial for elucidating mechanisms for plant growth and development aswell. In many plant species, various dwarf mutants have been isolated and theirmodles of inheritance and physiology also have been widely investigated.The causesfor their dwarf phenotypes were found to be associated with plant hormones,especially, gibberellins GAs.Dasypyrum villosum Candargy (syn.Haynaldia villosa) is a cross-pollinating,diploid (2n = 2x = 14) annual species that belongs to the tribe Triticeae. It is native toSouthern Europe and West Asia, especially the Caucasuses, and grows underconditions unfavorable to most cultivated crops. The genome of D. villosum,designated V by Sears, is considered an important donor of genes to wheat for improving powdery mildew resistance, take-all, eyespot, and plant and seed storageprotein content. A spontaneous dwarf mutant was found in D. villosum populations.The biological character and modles of inheritance of this dwarf mutant are studied.The cell length of stem cell is observed. The influence of extraneous gibberellin tothe dwarf mutant is also examined; the transcript level of key enzyme of gibberellinbiosynthesis pathway in mutant and control plants is compared. GA3ox and GA20oxare cloned and its expression pattern is researched.1. The dwarf mutant showed no difference with control plants at seedlingstage.At mature stage, the average height of control plants were 110cm and the dwarfplants were 33cm. The height of the mutant plant was only one third of the normalplants due to the shortened internodes. Cytology observation showed that theelongation of stem epidermal and the parenchyma cells were reduced. The dwarfmutant also shows partly male sterile. Pollen viability test indicates that more than80% of the pollen of the mutant is not viable.2. The inheritance modle of this dwarf mutant is studied. All The F1 plantsshowed normal phenotype indicating that the dwarfism is controlled by recessivealleles. Among the 168 F2 plants, there are 130 normal plants and 30 dwarf plants, thesegregation proportion accord with Mendel’s 3:1 segregation. We therefore proposethat this dwarf phenotype is controlled by a single recessive gene.3. Quantitative analyses of endogenous GA1+3 in the young seeds indicated thatthe content of GA1+3 was 36ng/ml in mutant plants and 900ng/ml in normal plants.The endogenous bioactive GA1+3 in mutant plants are only about 1/30 of that innormal plants. In addition, exogenously supplied GA3 could considerably restore themutant plant to normal phenotype. These results showed that this mutant wasdefective in the GA biosynthesis.4. More than ten enzymes are involved in GA biosynthesis. KO catalyzes thefirst cytochrome P450-mediated step in the gibberellin biosynthetic pathway and themutant of KO lead to a gibberellin-responsive dwarf mutant. GA20ox catalyze therate-limited steps so that their transcript level will influence the endogenous GAbiosynthesis and modifies plant architecture. The relative expression levels of genesencoding KO and GA20ox were quantified by real time PCR to assess whether thechanges in GA content correlated with the expression of GA metabolism genes andwhere the mutant occurred during the GA biosynthesis pathway. In mutant plants,the transcript levels of KO increased about 6-fold and 16-fold at the seedling stage and elongating stage respectively comparing with the normal plants. For theseedlings, there was no notable difference in the expression of GA20ox betweenmutant and normal plants. At the elongating stage, GA20ox transcript increased 10times in mutant plants, suggesting that the GA biosynthesis pathway in mutant plantshad changed from the early steps rather than the late steps.5. A full length cDNA of D. villosum gibberellin 3β-hydroxylase homology(designated as DvGA3ox) was isolated and consisted of 1206bp containing an openreading frame of 1104bp encoding 368 predicted amino acid residues. Identityanalysis showed that the gibberellin 3β-hydroxylase nucleotide sequence shared 98%,96% and 86% homology with that of wheat, barley and rice. The predicted peptidecontained the active-site Fe of known gibberellin 3β-hydroxylase and the regionhomologous to wheat, barley and Arabidopsis. The genomic clone of gibberellin3β-hydroxylase has two introns.6. The full-length cDNA of D. villosum gibberellin 20 oxidase (designated asDvGA20ox) was isolated and consisted of 1080-bp and encoded 359 amino acidresidues with a calculated mol wt of 42.46 KD. Comparative and bio-informaticsanalyses revealed that DvGA20ox had close similarity with GA20ox from otherspecies and contained a conserved LPWKET and NYYPXCQKP regions. Tissueexpression pattern analysis revealed DvGA20ox expressed in all the tissues that wereexamined and the highest expression of DvGA20ox in expanding leaves followed byroots. Heterologous expression of this cDNA clone in Escherichia coli gave a fusionprotein that about 55KD. Transcript levels of DvGA20ox dramatically reduced twohours after application of biologically active GA3, suggesting that the biosynthesis ofthis enzymes might be under feedback control.

低剂量碳离子全身辐射对小鼠淋巴细胞增殖及血清干扰素的影响

目的:观察小于0.1Gy剂量碳离子全身辐射引起的小鼠脾淋巴细胞增殖及血清干扰素的变化。方法:实验于2006-11在中国科学院近代物理研究所医学物理实验室进行。①实验过程:取昆明系小鼠30只,采用完全随机设计方法分为5组,每组6只,采用离子束进行全身照射。12C6+离子照射在兰州重离子研究装置(HIRFL)辐照终端进行,照射剂量为0,0.01,0.03,0.05,0.10Gy。麻醉照射后24h,小鼠摘眼球取血。②实验评估:采用ELISA法测定血清γ-干扰素含量,操作严格按试剂盒说明进行。将眼球取血后的小鼠脱颈处死,无菌条件下取出脾脏,常规制备单细胞悬液,采用MTT法检测刀豆蛋白A和脂多糖对脾淋巴细胞的增殖作用。结果:30只小鼠均进入结果分析。①辐射对小鼠血清干扰素的影响:与未照射正常小鼠比较,0.01Gy和0.03Gy碳离子束照射后,小鼠血清中γ-干扰素含量明显增高(P<0.05)。照射剂量继续增大至0.05Gy和0.10Gy时,血清γ-干扰素含量下降。②辐射对小鼠脾淋巴细胞增殖的影响:与未照射组比较,0.01Gy碳离子束照射可明显促进刀豆蛋白A诱导的T淋巴细胞增殖和脂多糖诱导的B淋巴细胞增殖(P<0.001,P<0.001),其促进作用与0.03Gy组比较,差异有显著性意义(P<0.01)。0.05Gy照射开始抑制脾淋巴细胞增殖指数,当照射剂量增大为0.10Gy时显示出明显的抑制作用。结论:0.01Gy和0.03Gy碳离子束照射能刺激淋巴细胞增殖,并能诱导γ-干扰素活性以增强机体免疫力。

~(12)C~(6+)离子诱导TNFα基因在SMMC-7721细胞中的表达

目的用Polyfect转染试剂将重组质粒pEgr-TNFα转染人肝癌细胞SMMC-7721,研究该重组质粒经12C6+离子作用后在细胞中的表达。方法用ELISA方法检测TNFα的蛋白表达,用RT-PCR方法检测TNFα转录水平的变化。结果转染pEgr-TNFα后在SMMC-7721细胞中TNFα的蛋白表达量为2·06ng/ml,2Gy12C6+离子照射后,表达量增高为2·11ng/ml,明显高于未转染组和转染空载体组;RNA转录水平也明显增高,2Gy12C6+离子照射后增高更明显。结论12C6+离子联合重组质粒pEgr-TNFα,在被转染的SMMC-7721细胞中表达量明显增高。

Alterations of immune functions induced by 12C6+ion irradiation in mice

Purpose: To estimate the biological risks to the immune system of the type of space radiation, 12C6+, encountered by cosmonauts during long-term travel in space. Materials and methods: The Kun-Ming strain mice were whole-body irradiated by 12C6+ ion with 0, 0.01, 0.05, 0.075, 0.2, 0.3, 0.5, 0.75, 1 or 2 Gy, at a dose rate of 1 Gy/min. At 35 days after irradiation, the thymus and spleen weights were measured, the natural killer (NK) cells activity of spleen was determined by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT), and the interferon-gamma (IFN-gamma) levels in serum and thymus were detected with enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). Results: The results showed that the thymus weight, IFN-gamma levels in serum and the activity of splenic NK-cells had significantly increased at a dose of 0.05 Gy. With further dose increase, the weight of spleen continued to increase but the weight of thymus, IFN-gamma level and NK-cells activity declined. Conclusions: These results suggest that the dose of 0.05 Gy irradiation has a stimulatory effect on mouse immunity; this effect declined with increasing dose.

Influence of Hypericum perforatum Extract on Piglet Infected with Porcine Respiratory and Reproductive Syndrome Virus

To study the influence of Hypericum perforatum extract (HPE) on piglets infected with porcine respiratory and reproductive syndrome virus (PRRSV), enzyme-labeled immunosorbent assay (ELISA) and cytopathic effect (CPE) were used to determine in vitro whether HPE could induce swine pulmonary alveolar macrophages (PAMs) to secrete IFN-gamma, and whether PRRSV titers in PAMs were affected by the levels of HPE-induced IFN-gamma. HPE (200 mg kg(-1)) was administrated by oral gavage to piglets infected with the PRRSV in vivo to observe whether HPE affected the viremia, lung viral titers, and weight gain of piglets infected with PRRSV. The results showed that HPE was capable of inducing PAMs to produce IFN-gamma in a dose dependent manner and HPE pretreatment was capable of significantly reducing PRRSV viral titers in PAMs (P<0.01). Administration of HPE to the PRRSV-infected animals significantly (P<0.05) reduced viremia over time as compared with the PRRSV-infected animals. But there was not significant decrease in lung viral titers at day 21 post-infection between the HPE-treated animals and the PRRSV-infected control piglets. There were no significant differences in weight gain over time among the HPE-treatment animals, the normal control, and the HPE control animals. The PRRSV-infected animals caused significant (P<0.01) growth retardation as compared with the HPE controls and the normal piglets. It suggested that HPE might be an effective novel therapeutic approach to diminish the PRRSV-induced disease in swine.

Early effects of low dose C-12(6+) ion or X-ray irradiation on human peripheral blood lymphocytes

The aim of this study was to estimate the acute effects of low dose C-12(6+) ions or X-ray radiation on human immune function. The human peripheral blood lymphocytes (HPBL) of seven healthy donors were exposed to 0.05 Gy C-12(6+) ions or X-ray radiation and cell responses were measured at 24 h after exposure. The cytotoxic activities of HPBL were determined by 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT); the percentages of T and NK cells subsets were detected by flow cytometry; mRNA expression of interleukin (IL)-2, tumor necrosis factor (TNF)-alpha and interferon (IFN)-gamma were examined by real time quantitative RT-PCR (qRT-PCR); and these cytokines protein levels in supematant of cultured cells were assayed by enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). The results showed that the cytotoxic activity of HPBL, mRNA expression of IL-2, IFN-gamma and TNF-alpha in HPBL and their protein levels in supernatant were significantly increased at 24 h after exposure to 0.05 Gy C-12(6+) ions radiation and the effects were stronger than observed for X-ray exposure. However, there was no significant change in the percentage of T and NK cells subsets of HPBL. These results suggested that 0.05 Gy high linear energy transfer (LET) C-12(6+) radiation was a more effective approach to host immune enhancement than that of low LET X-ray. We conclude that cytokines production might be used as sensitive indicators of acute response to LDL (C) 2009 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

低剂量12C6+辐射对小鼠免疫系统损伤和抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸的保护作用研究

实验目的：随着科技的发展，人类活动范围已经逐渐向外太空扩展，对于人类太空探索的最大威胁是太空中的各种粒子辐射。这些辐射包括太阳辐射（质子和电子）和银河辐射（质子占85%，氦离子占14%，重离子占1%）。众所周知，重离子与常规X和γ射线相比有较高的传能线密度（linear energy transfer, LET）和相对生物学效应（relative biological effectiveness, RBE），对机体组织和器官有较强的影响。放射治疗是肿瘤治疗的重要手段之一，由于肿瘤细胞的异质性，其对放、化疗的反应相差悬殊。本研究的目的是： 1评估辐射对健康机体产生的生物学风险； 2研究抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸（NAC）对机体辐射损伤的保护作用 3不同肿瘤细胞辐射敏感性的差异。实验方法： 1 X射线或12C6+离子对小鼠进行不同剂量的全身辐射。NAC处理组小鼠在照射前1小时腹腔注射200mg/kg的NAC，对照组注射等体积的生理盐水。照射后不同时间点取样，利用流式细胞仪检测小鼠免疫细胞周期和凋亡情况，单细胞电泳检测淋巴细胞DNA损伤，MTT法（3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyl tetrazolium bromide）检测脾脏NK（natural killer，NK）细胞活性，微核法检测淋巴细胞染色体损伤情况，小鼠体内干扰素－γ（Interferon-γ，IFN-γ）由ELISA方法得到，小鼠血清中超氧化物岐化酶(Surperoxide dismutase SOD）由分光光度法测定，并观察胸腺和脾脏指数变化。 2 不同剂量X射线和12C6+离子辐射人肺腺癌细胞H1299和A549，用细胞克隆法检测照射后细胞存活曲线，流式细胞仪检测细胞周期和凋亡，Western-blot 检测A549 细胞P53蛋白表达。 结果： 1小鼠外周血淋巴细胞、胸腺细胞和脾脏淋巴细胞周期随着X射线照射剂量的增大而被阻滞在了G0/G1期，相同剂量的12C6+离子辐射时外周血淋巴细胞周期被阻滞在S期，分次连续X射线照射时，外周血淋巴细胞周期随着累积剂量的增加被阻滞在G2/M期；细胞凋亡比例随着照射剂量的增加而增加。小鼠血清中IFN-γ水平和脾脏中NK细胞活性在重离子照射剂量为0.05Gy时有显著增加，脾脏NK细胞活性随着照射剂量的增加而减弱。 2重离子照射后，小鼠淋巴细胞DNA和染色体的损伤随辐射剂量和照射后时间的延长而加剧。脾脏NK细胞活性在照射后各个时间点减弱，血清中IFN-γ水平和SOD酶活性随着重离子照射剂量的增加而降低。预防性给予NAC，12C6+离子辐射对淋巴细胞DNA和染色体所致损伤，胸腺细胞周期和凋亡，脾脏NK细胞活性，血清中IFN-γ的水平和SOD酶的活性的损伤与盐水组比较均有显著改善。 3 X射线照射对肺腺癌H1299细胞周期和凋亡率未产生明显影响，重离子照射后随着照射剂量的增加细胞周期被阻滞在G2/M期，细胞凋亡率也呈剂量依赖性；X射线和12C6+离子照射A549细胞后，细胞周期均被阻滞在G2/M期，凋亡率剂量依赖性增加。A549细胞P53蛋白的表达水平随着重离子照射剂量的增加而增加。结论： 1重离子辐射造成细胞DNA和染色体损伤随着照射剂量的增加和照射后时间的延长而增加，比X射线辐射损伤复杂和难以修复，产生这种现象的机理为辐射导致活性氧分子簇的产生，细胞因子和与细胞氧化反应有关的酶活性的变化，同时这种损伤对胸腺细胞周期、凋亡和胸腺、脾脏指数以及机体免疫系统都有影响；低剂量重离子辐射（0.05Gy）对小鼠机体的免疫力有刺激作用，机体免疫能力随着照射剂量增加和照射后时间的推移而减弱，不同的免疫器官对辐射的敏感性也不同； 2 200mg/kg 的NAC对辐射所致小鼠免疫系统损伤有很好的保护作用； 3 肺腺癌细胞H1299比同系A549具有较强的辐射敏感性，A549细胞凋亡的增加与P53蛋白表达水平升高有关

抗HER2/neu单链抗体增强TNF-α对卵巢癌细胞的抗肿瘤活性

为了探索抗HER2/neu单链抗体与TNF-α联合应用对表面过度表达HER2/neu卵巢癌细胞的生物效应,同时构建了抗HER2/neu单链抗体scFvC6.5的原核表达载体和人TNF-α的原核表达载体,将上述两种重组子分别转化入感受态宿主菌BL21(DE3),得到稳定表达.表达产物主要以包含体形式存在;包含体经过溶解、变性、复性和纯化,得到了分纯的产物.SDS-PAGE和Western-blot检测结果证实,蛋白表达正确.ELISA法验证了scFvC6.5和人TNF-α具有与卵巢癌细胞SKOV-3的结合活性.MTT细胞毒活性试验进一步表明,相对于单独使用TNF-α,联合应用上述两个重组蛋白细胞毒效应明显提高,SKOV-3细胞对TNF-α的敏感性增强.这将为抗HER2/neu抗体的联合抗肿瘤疗法提供一种新的途径,具有潜在的临床应用价值.图5参23