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疫苗构建

H.Pylori的感染是慢性感染,在长期的进化中,H.Pylori已经形成了自己独特的生理习性和特殊的防御机制,可有效的耐受自然感染诱导的免疫反应,不仅使自己免于被清除,而且可导致更重的免疫病理损伤[21]。因此,必须利用不同佐剂配合H.Pylori的抗原来预防和治疗H.Pylori感染。H.Pylori疫苗研制的关键在于选择最具保护力并对人体无害的抗原,以及合适的方法将这些抗原成分有效地呈递给宿主的免疫系统,从而在胃黏膜诱发保护性免疫反应。


(一) 减毒幽门螺杆菌疫苗
有效的减毒活疫苗曾成功地用于预防脊髓灰质炎,霍乱,伤寒等疾病,但对于H.Pylori则存在如下问题:①野生H.Pylori感染所诱导的免疫反应没有保护作用,减毒活菌苗诱导免疫反应的能力更弱,甚至可能诱导免疫逃避或耐受;②减毒活菌苗需要高剂量和重复接种才有效,而H.Pylori大量培养较为困难,用于大规模免疫接种在经济上也不可行;③减毒活菌苗仍然可能对宿主造成持续性慢性感染;④减毒活菌苗可以诱导出对众多H.Pylori抗原的免疫反应,由于可能和某些人体抗原产生交叉免疫而导致自身免疫损伤。基于这些原因,减毒H.Pylori疫苗不大可能用于人体。


(二)亚单位疫苗
粗制全菌抗原在早期疫苗研究中曾广泛使用,其好处在于可将多种抗原呈递给机体而无需分离、鉴定及纯化各抗原组分,但考虑人体组织和H.Pylori抗原间可能有的交叉免疫反应 ,这种粗制全菌抗原不适用于人体接种,目前多在探索H.Pylori免疫机制的动物模型中应用。由纯化抗原加佐剂构成的亚单位疫苗是研究最多并有希望应用于人体的疫苗。可作为疫苗组分的抗原必须满足以下条件:①在不同的H.Pylori菌株中高度保守;②能够大规模生产和纯化;③和人体组织不产生交叉免疫; ④无毒; ⑤单独使用时有保护效应,和其他保护性抗原合用可产生协同作用。研究最早也最多的抗原为尿素酶。尿素酶是H.Pylori重要的毒力因子之一,约占细菌所有可溶性蛋白的6%并可表达于菌体表面,在酸性环境下稳定故可口服,而且在H.Pylori不同菌株中高度保守。1994年Michetti等报道纯化尿素酶加CT免疫小鼠后对H. felis 的攻击有70%的保护作用[22], 随后由于尿素酶基因的克隆,重组尿素酶的生产成功,大量的动物实验证明了这一抗原的保护作用及安全性,包括在灵长类动物的实验,从而使其成为目前最被看好的疫苗候选者。H.Pylori其他抗原如热休克蛋白、空泡毒素及毒素相关蛋白、粘附素、过氧化氢酶、外膜蛋白、触酶及中性粒细胞活化蛋白的免疫保护作用也有实验报道,和黏膜佐剂(CT 或LT) 合用,在小鼠可达80%~90%的保护率[23,24,25,26,27]。由于热休克蛋白可能和人体抗原有交叉免疫,而毒素相关蛋白和空泡毒素因其细胞毒性而且仅在CagA+和VacA+的菌株中表达,从而将限制其作为疫苗应用于人体。单一抗原成分的亚单位疫苗往往不能达到满意的保护率,而联合应用两种或以上抗原成分的多价疫苗则具有比单价疫苗更好的保护作用。Ferrero等证明由热休克蛋白A亚单位和尿素酶B亚单位组合的疫苗在小鼠模型中对H. felis攻击可达100%保护率[28]。Ghiara等报道空泡细胞毒素 (VacA)和尿素酶联合应用佐剂大肠杆菌不耐热肠毒素 (LT)口服免疫, 对小鼠的保护率同样达到100% ,单独应用VacA的对照组仅有80%的保护率,尿素酶和热休克蛋白合用给小鼠口服免疫 ,保护率达100%而分开接种不能达到这个保护率。热休克蛋白A亚单位和尿酶B亚单位联合免疫的保护率可达 100 %, 单独应用热休克蛋白亚单位A或B仅有 50 %的保护率[29]。
实验证明只有当H.Pylori抗原与一种佐剂一起接种时才具有保护作用,单纯抗原免疫无保护作用。佐剂实际上是一种免疫调节剂,有研究表明不同的佐剂可以诱导不同的TH反应[30]。在亚单位疫苗的研制过程中高效无毒佐剂的筛选是一个难点。到目前为止绝大多数成功的动物实验中使用的佐剂为CT,出于安全性的考虑,CT不可能用于人体免疫。LT毒性较CT低,许多报道采用LT作为替代佐剂也获得成功。在一个小规模临床实验中,LT作为佐剂也能被人体耐受[31]。CT和LT均由A和B亚单位组成,A亚单位具肠毒性但也具强佐剂作用,B亚单位无毒但佐剂作用也较弱。有研究者采用高剂量B亚单位加低剂量A亚单位的方法进行免疫以达到减低佐剂毒性而保留佐剂活性的效果[32-33];另一些研究则试图通过对CT或LT某些氨基酸位点的改变去其毒性而保留佐剂活性。Marchetti等首先报道了采用无毒的变异LT(LTK63,即在63位上用赖氨酸取代色氨酸)为佐剂在H.Pylori/小鼠模型取得成功 [34]。Kim 等构建了H.Pylori黏附素(adhesin)与霍乱毒素A2和B亚单位嵌合表达质粒,在大肠杆菌中表达后分离纯化融合蛋白。口服免疫小鼠较单独口服黏附素相比可诱导更高水平的黏膜IgA和血清IgG抗体反应,62.5%的小鼠得到保护,免受H.PYLORI SS1菌的攻击[35])。 国内李明峰等用PCR方法将hspA和ctxB基因片段, 克隆在含T7启动子pET - 22b(+)表达载体中, 重组的融合蛋白和HspA共同标记同位素I125, 然后给小鼠灌胃, 结果观察到HCT组小鼠血清中的I125的放射量要明显高于HspA组(P<0.001), 且吸收峰值时间明显提前。融合蛋白中的CtxB可明显促进小鼠对HspA的吸收。这些结果表明CTA2/B可作为一种有效的免疫佐剂增强与其嵌合的抗原的免疫反应[36]。抗原和免疫佐剂嵌合构建的融合蛋白疫苗可以作为未来疫苗发展的一个方法。
一些新的候选佐剂如难辨梭状芽孢杆菌的cd毒素、胞壁酸双肽、葡萄糖脂肽、阳离子脂和磷多聚物。Guy将它们与H.PYLORI尿素酶一起皮下注射免疫swiss小鼠,结果显示前两者的佐剂效果与LT相同,后两者效果相对差些 [37]。


(三)载体疫苗和核酸疫苗
由于亚单位疫苗的佐剂问题目前尚无突破性进展,近年来H.Pylori疫苗的另一个发展方向是利用基因重组技术将H.Pylori抗原基因导入载体菌或载体病毒构建能表达H.Pylori抗原的载体疫苗。载体通过胃肠道或其他途径进入人体并不断复制刺激免疫系统,而其表达的H.Pylori抗原则能持续诱导针对H.Pylori的特异性免疫。载体疫苗有许多优点:①由于载体本身可激活免疫系统而无需使用有潜在毒性的佐剂;②载体可同时表达多个外源抗原基因从而可制备多价疫苗;③ 载体疫苗的免疫接种程序较为简便,所需免疫剂量也小;④生产载体疫苗不需纯化蛋白,故也大大简化了疫苗制备程序。目前可采用的载体包括肠道细菌载体如减毒的沙门氏菌、福氏痢疾杆菌或大肠杆菌;病毒载体如痘病毒、腺病毒、脊灰病毒等。国外Corthesy-Theulaz和Gomez-Duarte等先后报道以减毒鼠伤寒沙门氏菌为载体表达H.Pylori尿素酶A和B亚单位抗原制备载体疫苗,用来免疫小鼠,经口免疫获100%保护率,经鼻黏膜免疫获 60%保护率[38,39]。我们也以减毒鼠伤寒沙门氏菌为载体分别构建了表达H.Pylori触酶 (catalase, Kat)、尿素酶A和B亚单位(urea A and ureB)及粘附素(H.pyloriaA)的载体疫苗,同时构建了表达ureA/Kat融合蛋白及ureB/H.pyloriaA融合蛋白的双价疫苗。初步动物实验表明将上述各疫苗经口一次性免疫小鼠分别获得61.5% (Kat)、50% (ureB)、45% (H.pyloriaA)、75% (ureB/H.pyloriaA)保护率(2001年美国消化病学周大会发言)。为验证表达H.Pylori抗原的减毒沙门氏菌载体是否能在人体内诱发特异性抗H.Pylori抗原的免疫应答,Hohmann等先后进行了两个小规模健康人体志愿者试验。在前一个试验中以减毒伤寒沙门氏菌(Salmonella enterica serovar, Typhi) 为载体,后一个试验则以减毒鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium)为载体分别表达H.Pylori尿素酶,然后将载体疫苗经口一次性免疫志愿者。在前者, 8个受试者无一产生抗尿素酶抗体,而后者则6个受试者中有3个产生了抗尿素酶抗体。这说明减毒沙门氏菌的不同血清型作为载体传递外源性抗原的能力有很大差异,但所有受试者均产生了针对载体菌抗原的特异性免疫反应[40,41]。为了进一步增强疫苗的作用,国外学者Harakopakisd等还构建了可以表达佐剂-霍乱毒素CT A2和B亚单位的减毒沙门氏菌,动物实验表明这种疫苗株可以诱导更强时间更长的针对共表达的H.Pylori抗原的分泌性IGA抗体反应以及IgG1/IgG2A混合性抗体反应[42]。CTA2/B可作为减毒沙门氏菌中共表达抗原的佐剂进一步增强减毒沙门氏菌疫苗株的免疫效果。由于载体本身能导致机体的免疫反应,这种抗载体免疫有可能抑制载体疫苗在宿主体内的复制;另外高水平外源抗原的表达对载体的遗传稳定性也可能产生影响,这是制备此种疫苗时需要考虑的问题。


核酸疫苗近10年来发展迅速,这种将编码外源抗原基因的重组质粒直接免疫机体的疫苗已用于病毒、细菌、寄生虫等多种病原体的疫苗研制,有学者认为上述载体疫苗也属于一类特殊的核酸疫苗[43]。1996年Ulivieri等将H.Pylori空泡毒素的一段多肽基因P37克隆入表达质粒构建核酸疫苗,经肌注免疫小鼠后诱发了针对P37的循环抗体应答,但这一疫苗对H.Pylori感染的保护作用没有报道[44]。Isami等构建了H.Pylori的热休克蛋白DNA疫苗pcDNA3-HspB 和HspA,皮下注射10ug免疫C57BL6小鼠,三月后口服108 H.Pylori SS1 菌株攻击,攻击六月后进行组织学和抗体的检测,结果表明DNA疫苗可显著降低细菌在胃黏膜的定植,降低胃黏膜炎症的程度,抗体IgG和IgA显著升高[45] 。还有学者将将H.Pylori尿素酶A和B亚单位克隆到哺乳动物表达载体免疫小鼠,结果H.Pylori尿素酶DNA疫苗免疫小鼠能产生高滴度抗尿素酶血清抗体 ,能保护低度的感染。这些前瞻性的研究结果说明DNA疫苗可能成为未来H.Pylori疫苗的一种新方法。随着对H.Pylori疫苗诱发的保护性免疫机制研究的不断深入,是否可以将一些在保护性免疫应答中发挥关键作用的调节因子克隆入核酸疫苗作为基因佐剂,从而使核酸疫苗发挥更好的免疫保护作用,这是一个值得研究的课题。


( 四)缓释微球疫苗
缓释微球包裹抗原在口服后可以保护H.PYLORI抗原免受胃酸和肠液的变性作用,保持抗原性。持续释放的抗原被小肠淋巴样组织的PP结的M细胞吸收,提呈并活化免疫细胞,经淋巴管道转移至血液循环,分布全身主要的免疫器官和黏膜免疫相关组织。不产生免疫耐受现象。因此可有效的防治H.Pylori的感染。缓释微球广泛采用的聚丙交脂/聚乙交脂(PLGA)能增强免疫反应,有良好的免疫佐剂作用。Kim等利用缓释微球包裹H.Pylori全菌裂解物制备成H.Pylori疫苗小鼠多次口服免疫,。较对照组免疫小鼠小肠黏膜中特异性IGA和血清中特异性IgG明显升高,小肠黏膜PP结抗原特异性抗体形成细胞(ASC)数量明显增多[46]。国内学者王缚鲲等利用聚乳酸与聚乙二醇共聚物(PELA)微粒包囊H.pylori超声上清后对小鼠进行口服免疫也获得了类似的结果。这些结果说明缓释微球包裹抗原疫苗可以作为一种新型疫苗开发来防治H.Pylori的感染。


(五)表位疫苗
抗体分子在抗原上的结合位点称为抗原决定簇 (determinant),又称抗原表位 (epitote),是抗原性质、数目及空间的构型,决定抗原特性,是抗原诱导抗体产生并和抗体结合的主要部位。目前对于H.Pylori抗原表位疫苗也进行了研究。英国学者利用表位作图研究了尿素酶A和B中表位,并合成了其中五个主要的表位并用ELISA法检测H.Pylori感染者的血清,IgM检测的总敏感性、特异性和有效性为52.6%、92.8%和69.6%,表明这些表位具有比较高的特异性和抗原性,可以作为临床检测的指标和疫苗研制的目标。Hiroyuki 等研究发现H.Pylori热休克蛋白的189-203表位在各株和人之间高度保守,利用人工合成的此段多肽加佐剂FCA免疫C57BL/6小鼠,一周后5X105临床分离株TK1402每日三次攻击共攻击两周,定植实验证实用此抗原表位免疫可显著降低H.Pylori的定植率,特异性抗体IgG较对照组明显升高(47)。一般抗原都由多个T细胞和B细胞表位,表位一般由10-12个氨基酸组成,编码基因也只有30-40个碱基。因此可以将一种或/和多种抗原的多个表位融合在一起,这样就可以克服质粒载体容量有限,不能插入表达过大基因的缺点,利于多价DNA疫苗和多价活菌苗的构建。

 

on Tuesday March 27 by Soloman