Protective role of self-assembled nanoparticle vaccine of
Pseudomonas aeruginosa in a mouse model of bronchiectasis with acute infection- Journal of Army Medical University Vol. 47, Issue 10, Pages: 1049-1058(2025)
- 作者机构：
1.大理大学药学院，云南大理
2.陆军军医大学（第三军医大学）药学与检验医学系国家免疫生物制品工程技术研究中心，重庆
3.重庆原伦生物科技有限公司，重庆
- 作者简介：
ZOU Quanming，E-mail： qmzou2007@163.com；
- 基金信息：the National Key Research and Development Program(2024YFC2310801);the Natural Science Foundation of Chongqing General Project(CSTB2024NSCQ-MSX0901)
DOI：10.16016/j.2097-0927.202502082
CLC： R378.99;R392.1;R562.2Received：26 February 2025，
Revised：03 April 2025，
Published：30 May 2025
- 稿件说明：
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吴梓瑜，张月月，张译文，等.自组装铜绿假单胞菌纳米疫苗在支气管扩张伴急性感染小鼠模型中的保护作用研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（10）：1049-1058.DOI：10.16016/j.2097-0927.202502082.
WU Z Y，ZHANG Y Y，ZHANG Y W，et al.Protective role of self-assembled nanoparticle vaccine of Pseudomonas aeruginosa in a mouse model of bronchiectasis with acute infection［J］.J Army Med Univ，2025，47（10）：1049-1058.DOI：10.16016/j.2097-0927.202502082.
吴梓瑜，张月月，张译文，等.自组装铜绿假单胞菌纳米疫苗在支气管扩张伴急性感染小鼠模型中的保护作用研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（10）：1049-1058.DOI：10.16016/j.2097-0927.202502082. DOI：
WU Z Y，ZHANG Y Y，ZHANG Y W，et al.Protective role of self-assembled nanoparticle vaccine of Pseudomonas aeruginosa in a mouse model of bronchiectasis with acute infection［J］.J Army Med Univ，2025，47（10）：1049-1058.DOI：10.16016/j.2097-0927.202502082. DOI：
摘要
目的
2
构建小鼠支气管扩张（简称支扩）伴急性感染模型，评价自组装铜绿假单胞菌（
Pseudomonas aeruginosa
，PA）纳米颗粒疫苗rePO-FN的免疫原性及保护效果。
方法
2
①将6～8周龄SPF级C57BL/6雌性小鼠（体质量为18～20 g）按随机数字表法分为（
n
=6）：生理盐水组、弹性蛋白酶低剂量组、弹性蛋白酶中剂量组和弹性蛋白酶高剂量组。采用气管内连续3 d滴注不同剂量弹性蛋白酶的方法构建小鼠支扩模型，生理盐水组气管内滴注30 μL生理盐水，弹性蛋白酶低剂量组、弹性蛋白酶中剂量组和弹性蛋白酶高剂量组分别滴注30 μL含有0.65、1.30及2.60 U弹性蛋白酶的生理盐水溶液。通过ELISA实验比较支扩造模第14、21天小鼠肺部IL-6浓度及肺部病理组织改变情况，判断是否造模成功。②构建携载编码rePO-FN蛋白基因的重组质粒，并用大肠杆菌进行表达。采用亲和层析纯化后对目标蛋白进行复性，从而得到目的蛋白。通过SDS-PAGE蛋白凝胶电泳实验、动态光散射实验、分子筛层析及透射电镜等方法对rePO-FN蛋白的理化性质进行分析。③将C57BL/6J小鼠按随机数字表法分为（
n
=10）：PBS组、rePO组、rePO-FN组和Ferritin组。rePO-FN、rePO、Ferritin组分别免疫100 μL含有10 μg rePO-FN、rePO或Ferritin蛋白的PBS缓冲液，PBS组免疫100 μL PBS缓冲液。分别于第0、7、14天肌肉注射免疫，用ELISA法检测血清中特异性抗体。末次免疫7天后使用PA急性感染模型，比较PBS组、rePO组和rePO-FN组生存率和细菌定植差异。将C57BL/6J小鼠滴注2.60 U弹性蛋白酶构建支气管扩张模型后，按随机数字表法分为（
n
=10）：支扩PBS组、支扩rePO组和支扩rePO-FN组，于支扩造模21天后进行免疫。末次免疫7天后使用PA急性感染模型，比较各组之间生存率和细菌定植差异。
结果
2
①与生理盐水组相比，气管内滴注反复弹性蛋白酶可引起小鼠肺组织IL-6浓度升高（
P
<
0.05），且可见不同程度的支气管壁结构破坏、肺泡融合、水肿、中性粒细胞浸润、出血的变化，且随剂量增加严重程度增加，表明成功构建小鼠支扩模型。②成功制备分散性良好的纳米颗粒rePO-FN，平均粒径为91.28 nm，其Zeta电位约为-6.5 mV，粒径分布指数为0.306。分子筛层析测定rePO-FN蛋白的出峰体积为8.80 mL，计算得出rePO-FN颗粒的分子量约为1 400 kDa。③rePO-FN组和支扩rePO-FN组免疫后在PA XN-1菌株急性感染下的生存率显著高于PBS对照组（
P
<
0.05），肺组织细菌定植量分别低于rePO组及支扩rePO组免疫后（
P
<
0.05）。
结论
2
rePO-FN免疫能高效诱导高效的小鼠体液免疫应答，并且在支扩小鼠中有显著保护效果。
Abstract
Objective To establish a mouse model of bronchiectasis with acute infection and evaluate the immunogenicity and protective effect of a self-assembling
Pseudomonas aeruginosa
(PA) nanoparticle vaccine rePO-FN based on fusion of PcrV-OprI (rePO) protein with self-assembling ferritin (Ferritin). Methods ①SPF-grade female C57BL/6 mice (aged 6~8 weeks
weighing 18~20 g) were randomly allocated
into normal saline group
and low-
medium- and high-dose elastase groups (
n
=6). A mouse model of bronchiectasis was established
via
intratracheal instillation of different doses of elastase (30 μL of normal saline containing 0.65
1.30 and 2.60 IU elastase) for 3 consecutive days. At 14 and 21 d after modeling
ELISA and HE staining were performed respectively to detect the concentration of IL-6 and to observe pathological changes in lung tissue in order to confirm the modeling. ②A recombinant plasmid encoding the gene of fusion protein rePO-FN was constructed and expressed in
E. coli
. The target protein was purified
via
affinity chromatography and renatured to obtain the desired protein. The physicochemical properties of the rePO-FN protein were characterized using SDS-PAGE protein gel electrophoresis
dynamic light scattering
molecular sieve chromatography
and transmission electron microscopy. ③ C57BL/6J mice were randomly divided into PBS group
rePO group
rePO-FN group
and Ferritin group (
n
=10). The mice in the above groups were immunized intramuscularly with 100 μL PBS buffer alone or containing 10 μg of corresponding proteins on days 0
7
and 14. ELISA was used to measure the specific antibodies in serum. In 7 d after the final immunization
an acute PA infection model was used to compare the survival rates and bacterial colonization among the PBS
rePO
and rePO-FN groups. After establishing a bronchiectasis model by intratracheal instillation of 2.60 IU of elastase in C57BL/6J mice as described above
the mice were randomly divided into bronchiectasis PBS group
bronchiectasis rePO group
and bronchiectasis rePO-FN group (
n
=10). Immunization was conducted at the same dose and procedure as described above
in 21 d after bronchiectasis modeling. At the 7
th
d after the final immunization
an acute PA infection model was used to compare the survival rates and bacterial colonization among the
groups. Results ①Repeated intratracheal instillation of elastase significantly increased the concentration of IL-6 in the lung tissue when compared to the content of the normal saline group (
P
<
0.05). Pathological observations revealed varying degrees of bronchial wall destruction
alveolar fusion
edema
neutrophil infiltration
and hemorrhage
with the severity increasing with elastase dose
which confirming successful establishment of the mouse model of bronchiectasis. ② Well-dispersed rePO-FN nanoparticles were successfully prepared
with an average particle size of 91.28 nm
a Zeta potential of approximately -6.5 mV
and a polydispersity index (PDI) of 0.306. Molecular sieve chromatography determined the elution volume of rePO-FN protein to be 8.80 mL
corresponding to a molecular weight of approximately 1 400 kDa. ③Under acute PA XN-1 strain infection
the survival rate of the rePO-FN immunization group and the bronchiectasis rePO-FN immunization group were significantly higher than that of the PBS control group (
P
<
0.05). Additionally
bacterial colonization in the lung tissues was significantly lower in the rePO-FN immune group and the bronchiectasis rePO-FN immune group under acute PA XN-1 strain infection than that in the rePO group and the bronchiectasis rePO group (
P
<
0.05). Conclusion Our vaccine rePO-FN can effectively trigger a strong humoral immune response and provide significant protection against PA infection in a mouse bronchiectasis model.
关键词
Keywords
references
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