我们描述了一种高通量比色法,用于检测引起恰加斯病的病原体——克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)在其生命周期三个阶段中的β-半乳糖苷酶活性。该方法可简便、快速且可重复地用于筛选具有杀锥虫活性的化合物。
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我们描述了一种高通量比色法,用于检测引起恰加斯病的病原体——克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)在其生命周期三个阶段中的β-半乳糖苷酶活性。该方法可简便、快速且可重复地用于筛选具有杀锥虫活性的化合物。
Trypanosoma cruzi 是恰加斯病(ChD)的致病原,该病是拉丁美洲具有重要公共卫生意义的地方性疾病,由于人口迁移增加,也影响许多非流行国家。此疾病影响近800万人,每年估计新增病例5万例。在20世纪60年代和70年代,两种用于治疗恰加斯病的药物被引入:硝呋莫司和苄硝唑(BZN)。这两种药物在新生儿及疾病急性期均有效,但在慢性期无效,且使用时伴随显著的不良反应。这些事实凸显了迫切需要加强针对T. cruzi的新药研发工作。
T. cruzi 通过猎蝽科和半翅目昆虫的吸血节肢动物媒介传播。进入哺乳动物宿主后,它以内无鞭毛体形式在细胞内增殖,并分化为血液中不复制但具有感染性的锥鞭毛体。在昆虫媒介体内,锥鞭毛体转变为前鞭毛体阶段,并通过二分裂方式进行增殖。
本文介绍了一种基于检测寄生虫裂解后释放到培养液中的胞质β-半乳糖苷酶活性的检测方法,所用底物为氯酚红β-D-半乳吡喃糖苷(CPRG)。为此, T. cruzi Dm28c 菌株转染了过表达 β-半乳糖苷酶的质粒,并用于 体外 在上鞭毛体、无鞭毛体和前鞭毛体阶段进行药物筛选。本文还描述了如何利用参考药物苯硝唑作为示例,测定培养的上鞭毛体、感染无鞭毛体的Vero细胞以及从培养细胞中释放出的前鞭毛体的酶活性。该比色法检测操作简便,可扩展为高通量形式,并适用于其他研究 T. cruzi 菌株。
恰加斯病(ChD),又称美洲锥虫病,是由一种具鞭毛的原生动物克氏锥虫(Trypanosoma cruzi,简称 T. cruzi)引起的寄生虫病。该病最初为无症状或症状轻微的急性期,通常未被诊断,随后进入终身持续的慢性期。在慢性阶段,约30%的患者在感染数十年后出现多种致残性疾病,包括心肌病、巨脏器综合征或两者兼有,死亡率介于0.2%至20%之间1,2,3。无症状的慢性期患者可能无任何临床表现,但终生保持血清学阳性。
据估计,全球约有700万人感染,其中大多数来自恰加斯病(ChD)流行地区的拉丁美洲。T. cruzi 主要通过受感染的吸血锥蝽(媒介传播)传播,较少情况下通过摄入被含有寄生虫的锥蝽粪便污染的食物经口传播2。此外,该寄生虫还可通过胎盘从感染恰加斯病的母亲传给新生儿,或通过输血及器官移植传播。这些非媒介传播途径以及人口迁移促进了该疾病在全球范围内的扩散,北美、欧洲以及部分非洲、东地中海和西太平洋地区的病例数量不断增加即是明证4。恰加斯病被视为一种被忽视的疾病,因为其媒介传播与贫困密切相关,是拉丁美洲低收入国家重要的公共卫生问题。尽管已有可用的治疗方法,但恰加斯病在拉丁美洲导致的死亡率在寄生虫病中居首位,超过疟疾2。
用于治疗恰加斯病(ChD)的两种注册药物于20世纪60年代末和70年代初问世:硝呋莫司(nifurtimox)和苯硝唑(benznidazole)5。这两种药物对成人、儿童及先天感染的新生儿在疾病急性期均有效,对患有慢性感染的儿童也通常可实现治愈。然而,仅有少数患者能被及早诊断并及时接受治疗。根据最新的临床试验结果,这两种药物在成人中存在重要局限性,且在减轻慢性期患者症状方面无效;因此,其在该阶段的使用存在争议。其他缺点还包括需要较长的治疗周期(60–90天)以及频繁出现的严重不良反应,导致部分感染者不得不中断治疗6,7。据估计,不到10%的恰加斯病患者得到了确诊,而能够获得治疗者比例更低,因为许多患者生活在偏远农村地区,难以或无法获得基本医疗保健8。上述情况凸显了迫切需要研发针对T. cruzi的新药物,以实现更高效、安全且适用于现场条件的治疗方案,尤其是针对慢性期的治疗。在此方面,开发更有效化合物的另一挑战在于体外(in vitro)和体内(in vivo)药物疗效评估体系的局限性9。
尽管化学生物学和基因组学方法已被用于鉴定动质体寄生虫中潜在的药物靶点,但目前在动质体寄生虫中可用的基因组工具仍有限 T. cruzi 与……相比存在局限性 T. brucei 或 利什曼原虫因此,筛选具有抗锥虫活性的化合物仍然是寻找抗查加斯病(ChD)新化疗药物候选物最常用的方法。通常,药物发现研究中的 T. cruzi 必须从测试新药在一种动物模型中的作用效果开始 体外 针对上鞭毛体阶段的检测。几十年来,评估候选化合物对上鞭毛体抑制作用的唯一方法是 T. cruzi 采用人工显微镜计数,该方法费时费力,且依赖于操作者。此外,该方法适用于少量化合物的检测,但无法满足对大规模化合物库进行高通量筛选的需求。如今,许多研究始于对来自不同来源的大量化合物进行分析和检测 体外,检测其抑制寄生虫生长的能力。目前已开发出比色法和荧光法以提高此类检测的通量,增强筛选的客观性,并使整个过程更加省力。9.
最常用的比色法之一是基于转染寄生虫的β-半乳糖苷酶活性,该方法最初由Bucknet及其合作者描述10。重组寄生虫表达的β-半乳糖苷酶可水解显色底物氯酚红-β-D-半乳糖吡喃苷(CPRG),生成氯酚红,后者可通过酶标分光光度计轻松进行比色测定。因此,可在微孔板中同时评估并定量多种化合物存在下的寄生虫生长情况。该方法已应用于测试药物对克氏锥虫昆虫媒介阶段的无鞭毛体、鞭毛体以及哺乳动物宿主阶段的细胞内无鞭毛体的作用。此外,已有多种转染了pBS:CL-Neo-01/BC-X-10质粒(pLacZ)10并表达Escherichia coli β-半乳糖苷酶的重组T. cruzi菌株(亦可构建新的菌株),使得能够评估来自不同离散分类单元(DTUs)的寄生虫,这些寄生虫对相同化合物可能表现出不同的反应10,11,12,13。该方法已成功用于低通量和高通量筛选中评估化合物对T. cruzi的活性12,13。类似的方法也已被用于其他原虫寄生虫,包括Toxoplasma gondii和Leishmania mexicana14,15。
本文描述并展示了一种详细的方法 体外 针对全生命周期各阶段的药物筛选 T. cruzi 使用表达β-半乳糖苷酶的寄生虫。本文所示的实验已使用表达β-半乳糖苷酶的 T. cruzi 通过转染获得的细胞系 T. cruzi DTU I 型 Dm28c 菌株13 使用 pLacZ 质粒(Dm28c/pLacZ)。此外,该相同方案可轻松适用于其他菌株,以比较不同化合物之间以及菌株之间的效果 T. cruzi 毒株或离散型单元(DTUs)。
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注意:整个实验设计的概述见图1。

图1:使用CPRG作为比色反应底物对Trypanosoma cruzi Dm28c/pLacZ株进行体外筛选检测的总体流程。 该检测包括接种寄生虫(1),用BZN孵育(2和3),然后加入比色底物(4)。当寄生虫裂解时,β-半乳糖苷酶被释放,并将CPRG裂解为氯酚红;该颜色变化可通过分光光度法测定(5)。数据可在统计分析软件中进行分析,以获得BZN的半数抑制浓度(IC50)。缩写:CPRG = 氯酚红 β-D-半乳吡喃糖苷;BZN = 苯硝唑。 请点击此处查看此图的放大版本。
1. 储存液的配制
2. 寄生虫培养物制备
3. β-半乳糖苷酶检测
注意:β-半乳糖苷酶活性的定量被用作确定寄生虫数量的间接方法。预计在存在杀锥虫化合物的情况下,寄生虫生长将受到抑制,与未处理对照组相比寄生虫数量减少,这将反映为β-半乳糖苷酶活性降低,因而吸光度也较低。
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按照上述方案,将表达β-半乳糖苷酶的Dm28c无鞭毛体与6种浓度的BZN(2.5、5、10、20、40、80 µM)(或待测化合物)在37°C下孵育72小时。孵育结束后,加入CPRG试剂和去污剂,后者可裂解细胞并释放β-半乳糖苷酶。β-半乳糖苷酶可切割CPRG生成氯酚红,导致溶液颜色由黄色变为红褐色(图2A)。2小时后,使用酶标仪在595 nm波长处测定氯酚红的吸光度。以BZN的对数浓度为横坐标,595 nm处的吸光度为纵坐标绘制XY曲线图,并采用非线性回归拟合曲线(图2B)。在本实验中,无鞭毛体的IC50值为20.59 ± 1.075 µM,与文献报道结果相似(表I)16,17。此前已有研究报道该方法在动基体和无鞭毛体中的代表性结果13。
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本文介绍了一种基于检测细胞膜裂解后释放的胞质β-半乳糖苷酶活性的检测方法,该方法适用于在底物CPRG存在下裂解T. cruzi无鞭毛体、上鞭毛体或含有无鞭毛体的感染细胞。我们使用了T. cruzi Dm28c/pLacZ寄生虫,这是一种通过转染携带β-半乳糖苷酶的质粒而获得的稳定寄生虫株,该质粒由Buckner及其合作者构建10。该检测方法已被用于筛选抗锥虫化合物12,19,20,21。本研究采用T. cruzi Dm28c/pLacZ菌株优化了筛选方案。如图1所示,该方案包含四个主要步骤:第一步是在96孔板中接种寄生虫。上鞭毛体和无鞭毛体从悬浮液中计数后进行接种;对于无鞭毛体,则首先接种Vero细胞以形成贴壁单层,随后用上...
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作者声明无利益冲突。
我们感谢Buckner博士慷慨提供pLacZ质粒。本工作由阿根廷国家科学技术促进局、阿根廷生产性科学与创新部(PICT2016-0439、PICT2019-0526、PICT2019-4212)以及英国研究理事会 [MR/P027989/1] 提供资助。图1(Figure 1)的制作使用了Servier医学艺术资源(https://smart.servier.com)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 L 烧杯 | Schott Duran | 10005227 | |
| 10 mL 血清移液管,无菌 | Jet Biofil | GSP211010 | |
| 5 mL 血清移液管,无菌 | Jet Biofil | GSP010005 | |
| 96 孔板 | Corning | 3599 | |
| 苯并咪唑 | Sigma Aldrich | 419656 | N-苄基-2-硝基-1H-咪唑-1-乙酰胺 |
| 生物安全柜 | Telstar | Bio II A/P | |
| 15 mL 圆底离心管,无菌 | Tarson | 546021 | |
| 50 mL 圆底离心管,无菌 | Tarson | 546041 | |
| CO2 培养箱 | Sanyo | MCO-15A | |
| CPRG | Roche | 10 884308001 | 氯酚红-β-D-半乳吡喃糖苷 |
| DMEM,高糖 | Thermo Fisher Scientific | 12100046 | 粉末 |
| DMSO | Sintorgan | SIN-061 | 二甲基亚砜 |
| 胎牛血清 | Internegocios SA | FCS FRA 500 | 无菌且经热灭活 |
| G418 硫酸盐溶液 | Roche | G418-RO | 储存浓度:50 mg/mL |
| 葡萄糖 D(+) | Cicarelli | 716214 | |
| 量筒 | Nalgene | 3663-1000 | |
| 血红素 | Frontier Scientific | H651-9 | |
| KCl | Cicarelli | 867212 | |
| 肝脏浸出液 | Difco | 226920 | |
| 1.5 mL 微量离心管 | Tarson | 500010-N | |
| 微孔板分光光度计 | Biotek | Synergy HTX | |
| Na2HPO4 | Cicarelli | 834214 | |
| NaCl | Cicarelli | 750214 | |
| 血细胞计数板 | Boeco | BOE 01 | |
| Nonidet P-40 | Antrace | NIDP40 | 2-[4-(2,4,4-三甲基戊烷-2-基)苯氧基]乙醇 |
| Prism | Graphpad | 统计分析软件 | |
| 碳酸氢钠 | Cicarelli | 929211 | NaHCO3 |
| Sorvall ST 16 离心机 | Thermo Fisher Scientific | 75004380 | |
| T-25 培养瓶 | Corning | 430639 | |
| 胰蛋白胨 | Merck | 1106760500 | |
| Vero 细胞 | ATCC | CRL-1587 |
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