山西医药杂志2014年2月第43卷第3期 Shanxi Med J,February 2014,Vo1.43,No.3 ・243・ 论 著 ● 实时定量聚合酶链反应结合Taqman荧光探针 JCV—P检测肾移植受者JC病毒 韩 永 蔡 明 王 强 许晓光 黄海燕 许 亮 周文强 肖 漓 石炳毅 【摘 要】 目的 建立肾移植受者尿液和外周血JC病毒(JCV)感染实时荧光定量聚合酶链反应(PCR)检 测方法。方法针对JCV基因组设计特异性引物JCV-F和JCV—R,Taqman荧光探针JCV-P,探针的5 端标记有 荧光基团,在除5 端外的任意一个位置上标记有淬灭基团;然后处理待测样本,进行PCR反应,建立重组质粒标 准曲线,评价特异性、灵敏度、重复性。结果将检测阳性的扩增产物进行基因测序,测序结果经BLAST比对后 证实JCV基因序列;利用上述方法对86份样本进行检测:20份JCV血清样本及2O份JCV尿液样本检测均为 阳性,有s型扩增曲线,动态范围测定显示1O3~1 010拷贝/mL标准曲线具有良好的相关性;2O份健康人尿液 样本和2O份血液样本及6份临床常见的其他病原体血液样本检测均为阴性,无s型扩增曲线。结论实时荧光 定量PCR结合Taqman荧光探针JCV-P检测肾移植术后患者JCV方法可用于肾移植术后JCV感染的的早期诊 断,对预防JCV感染造成的多瘤病毒相关性肾病(PVAN)和进行性多灶性脑白质病(PML)具有一定意义。 【关键词】聚合酶链反应; 肾移植;JC病毒 Detection of JC virus in urine and peripheral blood from renal transplant recipients by real’time PCR assay combined with TaqMan-JCV-P probe Han Yong,Cai Ming,Wang Qiang,Xu Xiaoguang,Huang Haiyan,Xu Liang, Zhou Wenqiang,Xiao Li,Shi Bingyi.Organ Transplant Institute,Beij ing Key Organ Transplantation and Immune Regulation Laboratory,The 309th Hospital of Chinese PLA,Beijing 100091,China [Abstract]Objective To establish a real—time fluorescent quantitative PCR method for determining the JCV level of urine and peripheral blood in renal transplant recipient and to evaluate its clinical application.Methods According to the JC virus genome,JCV—F,JCV—R and Taqman fluorescent probe JCV-P were designed.5 ex— tremity of Taqman fluorescent probe JCV-P was labeled with fluorophores.Except 5 extremity,other sites were marked quenching group;the results of PCR reaction were obtained after detecting the samples.Meanwhile,the standard curve was established.The specificity,sensitivity and repr0ducibility of this assay were estimated system— atically.Results The positive PCR products were preformed with gene sequencing,the result confirmed by BI AST was the JC virus gene sequence;Eighty-six samples were detected with this method,twenty cases of JCV in serum samples and twenty cases of JCV in urine samples were positive and had a good S-type amplification curve.Dynamic range tests showed that there was a good correlation among the 103~1 010 eopies/mL standard curves.Twenty urine samples and twenty blood samples from healthy individuals,six blood samples of common pathogens in clinical were negative,there was no S-type amplification curve.Conclusion The real time PCR assay combined with TaqMan—JCV-P probe established in this study could be applied to early diagnosis of JC virus and the prevention of JC virus associated nephropathy and progressive multifocal leukoenpha1apathy. [Key words]Polymerase chain reaction; Kidney transplantation; JC virus JC病毒(JCV)属人类多瘤病毒,是一种小双链 DNA病毒。JCV由Padgettd等[1 于1971年首先 在进行性多灶性脑白质病(progressive multifocal 基金项目:国家自然科学基金面上项目(31371395)) 国际发明专利:专利号20111021891.1 lukoenphalapathy,PML)患者中发现并分离出。 器官移植后,免疫抑制剂的使用是诱导多瘤病毒激 活复制的重要原因,其中,4O 以上的肾移植患者 可检测到JCV的复制。JOg的感染也可致肾移植 患者的多瘤病毒相关性肾病(polyomavirus—associ— 作者单位:100091北京,解放军309医院全军器官移植 研究所 通信作者:石炳毅,Email:shibingyi@medmail.corn.cn 山西医药杂志2014年2月第43卷第3期 Shanxi Med J,February 2014,Vo1.43,No.3 ated nephropathy,PVAN)。实时荧光定量聚合酶 链反应(PCR)技术是在原来普通定性PCR的基础 上在反应体系中加入一段特异性探针,使得PCR 反应结果更加准确、特异性更高、更可靠,整个反应 过程都是在封闭管中进行,不会造成污染导致的假 阳性结果出现__2]。目前国内对JCV的研究尚属空 白,更没有成熟的检测方法或试剂。迫切需要能够 实现快速、有效且准确检测JCV的产品,以用于 JCV载量的检测,JCV相关性疾病的预测及治疗监 测。 1材料与方法 1.1 临床样本收集:选择明确诊断的肾移植后 JCV感染者JCV血液样本2O份、JCV尿液样本20 份;健康人尿液样本20份、血液样本20份;乙肝病 毒(HBV)血液样本、丙肝病毒(HCV)血液样本、 EB病毒(EBV)血液样本、人巨细胞病毒(HCMV) 血液样本、人类细小病毒B19(HPV B19)血液样本 和BK病毒(BKV)血液样本各1份,共86份样本 进行检测,利用自行设计的一套实时荧光定量PCR 检测JCV。 1.2 诊断标准:①2O份JCV血清标本及2O份 JCV尿液标本:肾移植术后血液或尿液实时PCR 病毒拷贝数达到阳性标准的标本;②健康人尿液样 本2O份、血液样本20份:均选健康人群体检时的 血液和尿液标本;③其余6份血液样本均选自患有 相对疾病,同时也无任何其他相关疾病的患者血液 标本。 1.3纳入标准:①肾移植后JCV感染患者。②健 康人群只感染JCV一种病毒者。③健康体检者。 ④HBV、HCV、EBV、HCMV、HPV B19及BKV 感染同时排除JCV感染者。⑤实验过程符合国务 院办公厅颁发《人体器官移植条例》医院伦理学标 准的要求。 1.4仪器和试剂:本试验采用ABI 7500荧光定量 PCR仪(美国ABI公司),离心机(Beckman公司), 微量加样器(Eppendorf公司)。体液DNA提取试 剂盒购自杭州维特洁生化有限公司,Taq酶、 dNTPs等实时荧光定量PCR相关试剂、大肠杆菌 感受态细胞JM109、DNA凝胶回收试剂盒 (DV8O5A)购自宝生物工程(大连)有限公司,质粒 提取试剂盒(A7100)购自天根生化科技(北京)有 限公司;引物片段由北京鑫诺美迪基因检测技术有 限公司合成。 1.5模板制备:血清样本采集:用无菌注射器在受 检者手臂弯曲处或手背处抽取静脉血3~5 mL,注 入无菌收集管,室温放置不超过4 h,待样本自行析 出血清或直接室温1 600 r/min离心5 min分离出 血清,转移到1.5 mL灭菌离心管中备用。尿液样 本采集:留取中段晨尿约20 mL(不超过容器体积 的2/3)密封送检。 标本保存与处理:样本应尽快检测,4℃保存 不超过24 h,一20℃条件下可以长期保存。另外 肝素可能会抑制PCR反应,本试剂盒不适用于含 有肝素的样本检测。JCV样本(尿液与血液)的处 理与DNA提取:采用煮沸裂解法处理样本提取核 酸。①血液样本:取100 L血清或血浆样本与50 L浓缩液混匀,13 000 r/min离心10 min后去除 上清,加入25 I 裂解液混匀沉淀,1O0℃煮沸10 min,离心10 min,上清即为纯化的病毒核酸。②尿 液样本:取1 000“L尿液样本,13 000 r/min离心 10 min后去除上清,加入5O肚L裂解液混匀沉淀, 100℃煮沸10 rain,离心10 rain,上清即为纯化的 病毒核酸。 1.6引物与探针的设计:针对JCV基因组设计特 异性引物JCV—F和JCV—R,与Taqman荧光探针 JCV—P。见表1。Taqman荧光探针JCV—P的5 端 标记的荧光基团是6一羧基荧光素(FAM),3 端标记 的淬灭基团是黑洞淬灭剂1(BHQ1)。 表1引物和探针序列 名称 序列 JCV—F 5'-GGTATACACAGCAAAAGAAGCAACA一3 JCV—R 5'-CAGTGATGATGAAAACACAGGATCC一3 JCV-P 5 一GCArGCAG rI ’ACAGGAAAGTCTIvI’AGGGT一3 JCV DNA的PCR液的配制:将各成分(引物、 探针和反应缓冲液)按一定比例混合在一起。单个 反应聚合酶链式反应液包括:10×反应缓冲液2.5 FL,JCV—F(10 Fmol/L)O.60 FL,JCV—R(10 umol/L)0.30 FL,JCV—P(10 Fmol/L)0.70 uL, dNTP 3.0 L,最后用无菌超纯水将反应体系补至 19.8 uL。 检测反应:取PCR液19.8 L和DNA聚合酶 O.2 uL(1个单位)配制成反应体系,然后加入5.0 L待检模板。每批次反应均设置阴性质控(H 0) 和JCV定量标准品I~Ⅳ。反应条件:94℃,4 arin;94℃,15 S;60。C,35 s,40个循环。采用荧光 定量PCR仪,荧光信号收集时设定为FAM荧光 素,荧光信号收集设在60。C。JCV样本(尿液与血 山西医药杂志2O14年2月第43卷第3期 Shanxi Med J。February 2014,Vo1.43,No.3 液)的处理与DNA提取:采用煮沸裂解法处理样本 与提取核酸。构建JCV定量标准品工~Ⅳ。 1.7结果判断:检测通道没有出现s型扩增曲线, 判定为JCV阴性。检测通道出现S型扩增曲线, 判定为阳性,并利用JCV定量标准品检测所生成 的标准曲线计算待测样本的浓度(拷贝/mL)。检 测反应时,JCV定量标准品工~Ⅳ[浓度分别是(5 ×10 )~(5×10 )拷贝/mL]与样品同时检测,JCV 定量标准品工~Ⅳ的靶基因浓度已知。根据定量 标准品浓度与检测结果CT值,系统自动生成一条 标准曲线。根据待测样品的检测CT值,可计算出 样品中靶基因的浓度。 2 结 果 结果见图1。2O份JCV血液样本及2O份JCV 尿液样本检测均为阳性,有S型扩增曲线通过计算 机生成的标准曲线,动态范围测定显示在1O。~ 1O 拷贝/mL标准曲线具有良好的相关性;健康人 尿液样本(20份),血液样本(20份),及临床常见的 其他病原体,包括HBV、HCV、EBV、HCMV、 HPV B19和BKV各1份检测均为阴性,无S型扩 增曲线。将检测阳性的扩增产物进行基因测序,测 序结果经BLAST对比后证实为JCV基因序列。 3讨 论 JCV是一种机会感染性病原体,健康人群中血 清学抗体阳性率高达8O 以上。初次感染一般发 生在儿童时期,并且多无临床症状。形态学上,尿 液中Decoy细胞检测与肾组织活检均不能区分 BKV与JCV感染。JCV具有致瘤性,近年国外研 究结果发现,JCV在体外可使人及动物多种组织类 型正常细胞发生恶性转化,在仓鼠及转基因小鼠体 内可诱发多种肿瘤形成,但其致瘤机制尚不清 楚E 。 目前临床上对JCV引起的PVAN和PML尚 无有效的治疗方法,目前最重要的治疗措施是重建 机体免疫功能,对于肾移植受者来说,免疫抑制剂 的减量或停药有利于改善临床症状。另外国内外 研究也取得了一定进展,例如:①针对提高JCV特 异性细胞毒性T细胞水平的免疫调节治疗,可能是 解决PVAN和PML治疗难题的新途径r4]。②抗 病毒治疗:到目前为止,仍然没有能够特异性识 别、杀伤JCV的药物出现。一项多中心的前瞻性 研究发现,联合应用阿糖胞苷经静脉或鞘内给药并 不能比单独进行高效抗反转录病毒治疗 (HAART)得到更好的临床治疗效果[5]。③免疫 调节治疗:干扰素一a、干扰素一B、白细胞介素一2等都 可能有助于恢复被PML损害的神经系统功能。血 清素一2a受体阻断剂可能阻止JCV侵犯中枢神经 系统及其播散。这类药物包括奥氮平、米氮平、齐 拉西酮、利培酮等_6]。④造血生长因子:白细胞介 素一7、重组人粒细胞集落刺激因子都能够加速淋巴 细胞成熟,联合使用免疫球蛋白,能促进机体对 jcv产生免疫应答l_7]。⑤拓扑异构酶抑制剂等药 物也可能对JCV引起的PVAN和PML起到治疗 及预防作用L8]。JCV的早期诊断尤为重要,采取早 诊断、早治疗的策略可以有效地防止JCV再繁殖 导致的移植肾损害。 实时荧光定量PCR检测方法建立的关键是外 标准品的制备[g]。外参照标准品通常由以下几种 方式获得:①直接化学合成单链目的基因片段,它 的优点是纯度高、定量准确,但受化学合成工艺的 限制。②利用设计的引物从可疑感染标本获得扩 增片段并基因测序验证,它的优点是方法简单,对 于本实验而言,需要设计合适引物从大量标本 DNA抽提物中扩增所需要的野生型靶基因片段, 再将扩增的PCR产物进行测序确认,工作量较大, 而且结果确认困难。③从纯化病毒株扩增片段,克 隆入载体,制备质粒作为标准品,此方法获得的标 准品质粒特异性好,纯度较高,性质稳定,而且由于 其相对分子质量一般较大,不易造成污染出现假阳 性;同时,质粒后期的大量制备方便,价廉¨1。’n]。但 目前国内尚无纯化的JCV株保存_】 ,直接应用第 3种方法获得外标准品有困难,因此将第1种和第 2种方法结合起来,构建的质粒作为实验标准品具 有稳定性、重复性好,扩增效率高等特点,获得较为 满意的效果,本研究所应用的TaqMan JCV-P探针 即为将第1种和第2种方法结合起来构建的质粒, 对目标序列有很高的特异性,而且设计相对简单, 定量准确,无需内参照,方法操作简单、安全、自动 化程度高而且可预防污染,可以做到绝对定量。通 过方法学评价可以看出,本法具有很好的重复性、 ・ 246 ・ 山西医药杂志2014年2月第43卷第3期 Shanxi Med J,February 2014,Vo1.43,No.3 特异性、较高的灵敏度(10。拷贝/mL)和较宽的线 性范围(10。~1O 。拷贝/mL)。 [4] 蒋荣猛,黄昌宏,李兴旺.Jc病毒研究进展[J].传染病信息,2O1O,23(6):372—375. f SA,McKeever PE,et a1.Viral—induced [5] London WT,HoufJCV早期临床症状缺乏特异性,一些临床表现 会误诊为急性排斥反应。因此本文所建立的荧光 定量PCR结合TaqMan JCV—P探针技术检测肾移 植受者尿液、外周血中的JCV,特异性好,灵敏度 astrocytomasin squirrel monkeys[J].Prog Clin Biol Res, 1983,105:227—237. [6] 鲍玉洲,王莉,步星耀,等.SV40 BKV及JCV在人脑肿瘤中 的表达[J].中国肿瘤临床,2004,31(22):1265—1267. 高,尚可以快速、简便对JCV相关性肾病进行筛 查,一般30 min即可得到反应结果,且成本低、假 阳性少,可用于临床肾移植术后JCV感染的早期 [7] Kusne S,Vilchez RA,Zanwar P,et a1.Polyomavirus jc uri— nary shedding in kidney and liver transplant recipients associ— ated with reduced creatinine clearance[J].J Infect Dis, 2012,206(6):875-880. 诊断,指导临床早期治疗、避免造成移植肾功能丧 失具有重要的临床意义。按照本方法设计的用于 检测JCV的试剂盒,经过验证具有敏感性高、特异 性好、反应速度快、假阳性少且成本低的优势,已经 [8]邢华医,杜怡峰.进行性多灶性白质脑病[J].临床神经病学 杂志,2O12。25(2):147—148. achenberg CB,Papadimitriou jc,et a1.Clinical [9] Ramos E,Drcourse of polyomavirus nephropathy in 67 renal transplant 申请专利,适合于大规模临床开展,因而能保证及 时的病例诊治及治疗效果监测。 参考文献 Ea]Padgett BL,Walker DL,ZuRhein GM,et a1.Cultivation of papova— like virus from human brain with progressive mutifo—— patients[J].J Am Soc Nephrol,2002,13(8):2145—2151. 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