实时颤振诱发的粪便中 CWD 朊的转化检测

朊病毒疾病或传染性海绵状脑 (东京) 是神经退行性疾病, 包括克雅氏病 (CJD) 在人类, 牛海绵状脑病 (疯牛病) 在奶牛, 病在绵羊和山羊, 和慢性浪费疾病 (CWD) 在 cervids ^1,2。TSEs 的特点是有明显的海绵状的外观和神经元在大脑中的损失。根据 “仅蛋白质” 假说, 朊主要由 prp^sc (“sc” 为病) ³, 错误型的主机编码的细胞朊蛋白, prp^C。prp^Sc将 prp^C转换为在ᵦ中丰富的构象^4,5,6 , 它可以作为种子来绑定和转换其他 prp^c分子。新生成的 PrP^Sc分子被合并成一个生长的聚合物^7,8 , 它会分解成更小的寡聚物, 从而导致传染性核的数量增加。PrP^Sc易于聚合, 并部分抗蛋白酶^9、10。

CWD 影响野生和养殖的麋鹿 (鹿黄花), 骡鹿 (Odocoileus 野驴), 白尾鹿 (WTD;Odocoileus 鹑)、驼鹿 (驼鹿驼鹿) 和驯鹿 (驯鹿 tarandus tarandus) ^11,12,13。它被认为是最具传染性的朊病毒疾病与横向传播所青睐的 cervid 相互作用和环境持续性的传染性^14,15。不同于其他朊病毒的疾病, PrP^Sc的积累和传染性被限制在大脑, 在 CWD 这些也发现在外围组织和体液, 如唾液, 尿液和粪便^16,17,18。

免疫组织化学被认为是 CWD 诊断的金标准, 以检测 PrP^Sc分布和海绵状病变¹⁹²⁰。ELISA 和更罕见的情况下, 西方印迹也用于 CWD 诊断。因此, 目前的朊病毒疾病诊断主要是基于检测朊在死后组织。CWD 的宰前诊断可通过扁桃体或直肠肛粘膜相关淋巴组织 (RAMALT) 活检获得;然而, 这个过程是侵入性的, 需要捕获的动物。因此, 使用容易接近的标本, 如尿和粪便, 将是一种切实可行的方法, CWD 朊病毒检测。然而, 那些排泄物港口相对地低浓度的朊低于目前诊断方法的检测限度。因此, 需要一个更敏感和高吞吐量的诊断工具。体外转换系统, 如蛋白质折叠循环放大试验 (PMCA) ²¹, 淀粉样播种试验, 和 real-time 颤抖诱导转换 (RT QuIC) 化验^22,23,24是非常强大的工具, 可以利用 prp^sc的蔓延能力模仿体外朊病毒转化过程, 从而放大少量 prp 的存在^sc至可检测级别^{25 ,26}。然而, RT-QuIC 方法利用了在β板二级结构中富集的转化产物可以具体地结合 thioflavin t (Th t) 的事实。因此, 重组 PrP (rPrP) 在种子转化后生长成淀粉样纤维, 并通过测量荧光的时间 t 表示为相对荧光单位 (RFU), 从而可以实时检测。一旦被监测, RFU 可用于评估相对播种活动, 以及定量参数, 如滞后阶段。滞后阶段表示到达阈值所需的时间 (h), 在此期间, 反应的早期阶段的 rPrP 转换低于 Th t 荧光的检测限度。明显滞后阶段的结束, 伴随着足够的淀粉样核的形成 (成核/伸长), 发生时, T 荧光超过阈值水平, 并成为积极的。淀粉样纤维的生长可以实时检测, 样品中含有的初始 PrP^Sc或播种活动通过分割产生更多的种子来放大。这些种子反过来诱发淀粉样纤维生长的快速指数阶段。

由于这种检测方法能够检测出 prp^{sc 24}的低至 1 fg, 因此高灵敏度可以通过检测 prp^sc在各种外围组织、排泄物或其他种类的标本, 窝藏低水平的传染性。RT-QuIC 肯定提供比其他化验的优势, 其重现性, 实用性, 快速 (少于50小时) 和低成本相比, 生物鉴定。避免了 PMCA 中使用的超声等技术复杂性;此外, 它是在胶带密封的微, 最大限度地减少了每井的气溶胶污染的风险。井格式可以在同一实验中对多达96样本进行分析。为了应对 rPrP 在体外转换分析中出现的误报和自发转换的复发问题, QuIC 中的阈值 (截止) 的实现非常有用。事实上, 根据负控制的结果 (负样本的平均 RFU +5 SD ²⁷), 建立一个基线, 从中可以进行正负样本之间的区分。对每个样本使用四复制可以帮助定义一个样本为正数, 当至少50% 的复制显示一个正信号时,即跨越截断²⁸。种子和基质之间的同源性在 RT-QuIC 中不需要, 如在以前的研究中, 仓鼠 rPrP 被发现是一个比较敏感的基板与人类 PrP 的同源基底相比,^vCJD种子和绵羊病种子反应²⁹. 仓鼠-绵羊嵌合 rPrP 也被认为是一个比人类 rPrP 更适合的基质, 以检测人类变体 CJD 朊³⁰。因此, 在这种方法中使用不同种类的 rPrP 基质是非常普遍的。这种检测方法已成功应用于几种朊病毒疾病, 如零星 CJD ^31,32,33, genetic 朊病毒疾病 ³⁴,疯牛病^35,36,37, 病²³,³⁶, 和 CWD ^38,39,40,^{41, 42}。研究使用经加工的脑脊液, 全血, 唾液, 尿作为种子在 RT QuIC 都成功地检测 PrP^{Sc 38,39,40,41,42}. 为了培养可能含有淀粉样蛋白形成抑制剂的血浆样品的检测能力, Orrú et al。(2011) 通过梳理 PrP^Sc沉淀 (IP) 步骤和 RT QuIC (称为 “增强 QuIC”) 检测 (eQuIC), 制定了消除淀粉样蛋白形成的潜在抑制剂的策略。此外, 为了提高灵敏度, 在反应时间为 24 h 后采用了衬底置换步骤。最终, 低至 1 ag PrP^Sc可通过 eQuIC ³⁰检测到。

为了净化粪便提取物, 清除粪便中可能的化验抑制剂, 从麋鹿在实验性口腔感染的前、临床分期采集的粪便样品均在含有洗涤剂和蛋白酶抑制剂的缓冲液中匀浆。粪便提取物进一步提交到不同的方法, 以集中 PrP^Sc在样品中利用蛋白质沉淀通过磷钨酸钠 (NaPTA) 沉淀。NaPTA 沉淀法, 首先由萨法尔et al.描述⁴³, 用于将 PrP^Sc集中在测试示例中。NaPTA 与样品的孵化导致 prp^Sc而不是 prp^C的优先沉淀。然而, 分子机制还不清楚。这一步骤还有助于遏制和防止 rPrP 的自发转化, 在某些情况下, 这种转换是被观察到的。最后, 以小鼠 rPrP (aa 23-231) 为基质, 对粪便萃取物进行了优化的 RT QuIC 测试, 并在协议中包括基片置换, 以提高检测的灵敏度。

研究结果表明, 这种改进的方法可以检测到极低浓度的 CWD 朊, 增加了粪便样品中的检测和特异性的灵敏度, 而不需要 NaPTA 沉淀和基质置换。这种方法可能适用于其他组织和体液, 可以很好地用于野生和圈养 cervids 的 CWD 监测。