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幽门螺杆菌疫苗免疫保护机制及其研发进展介绍(2017)

2017-12-22 16:29   来源:  作者:
幽门螺杆菌( Hp)长期定植于胃黏膜上皮细胞表面后会干扰正常上皮细胞活动从而引起胃黏膜组织炎症,甚至癌变。Hp是人类感染率最高的慢性致病菌之一,严重危害人类健康。因此,安全、有效疫苗的研发对于防治Hp感染具有重要意义。无疑疫苗接种成为防治Hp感染最有前景的方法,那么其具体免疫保护作用机制是什么?当前疫苗研发出于什么阶段?取得哪些进展?本文将就这些问题进行探讨,以期等给读者带来帮助。

1

 

幽门螺杆菌疫苗免疫保护机制的研究进展介绍

 

Hp的基本致病机制是其毒力因子介导Hp黏附于胃黏膜上皮、改变宿主内环境、促进胃黏膜组织炎症,如细胞毒素相关基因致病岛[cytotoxin associated gene ( cag)pathogenicity island,cagPAI]可编码Ⅳ型分泌系统通道蛋白,激活细胞核因子κB( nuclear factor κB,NF-κB)通路和分泌白细胞介素8 ( interleukin 8,IL-8)促进炎症反应,同时其介导CagA 蛋白进入到胃黏膜上皮细胞发生酪氨酸磷酸化、干扰宿主细胞信号转导,影响正常胃黏膜上皮细胞活动甚至促进胃癌发生。Hp自然感染可被胃黏膜上皮细胞Toll样受体( Toll-like receptor,TLR)识别并释放一些炎症因子和抗菌分子,刺激机体产生局部细胞免疫应答和体液免疫应答,但是并不能彻底清除Hp感染。而且,Hp感染引起的免疫应答可能通过建立一个促进细胞转化的微环境而引起胃肠道疾病的致病病理过程。Hp不但引起病理性损害,而且可能通过以下两种方式逃避宿主免疫攻击,一是Hp可以通过点突变和基因重组产生多样性,降低了免疫应答的识别能力,使机体对Hp蛋白成分产生免疫耐受;二是Hp通过隐藏自身来逃避和操纵免疫系统,跨过免疫系统到达肠腔,模仿机体抗原并降低免疫细胞活性。

 

Hp疫苗模拟了Hp抗原成分并具备了抗原的免疫原性,却避免了Hp的致病性。但是,有效的疫苗只有具备合适的抗原、安全有效的佐剂和准确的递送系统,才能刺激机体产生不同于自然感染的免疫保护反应。辅助性T( helper T,Th)细胞可能是Hp疫苗诱发机体保护反应最重要的免疫细胞,可分泌大量炎性因子杀伤Hp,而调节性T 细胞则抑制免疫应答不利于机体清除Hp。同时Hp疫苗可刺激机体分泌一些清除Hp感染的中和抗体,从而起免疫保护作用。另外,抗原呈递系统可以使外源性抗原进入免疫细胞,增强对抗原的免疫应答能力,甚至改变免疫应答的类型,这可能是Hp疫苗免疫保护作用的另一种方式。不过Hp不能跨越上皮细胞而长期定植于胃黏膜组织表面和Hp疫苗使记忆性T 细胞趋附到胃黏膜表面才引起保护性免疫应答,这些原因使Hp疫苗发展变得困难和复杂。

 

2

 

幽门螺杆菌疫苗的研发现状介绍

 

细菌和病毒等病原体通常对人体具有一定的致病性,应用化学或分子生物学技术突变它们的致病基因,可降低它们的毒性,但保留了它们对黏膜的侵袭力。将减毒病原体作为疫苗传递载体,就是利用它们穿透宿主细胞的能力,将疫苗抗原运载至抗原提呈细胞,促进机体的免疫应答。随后人们构建了诸如两歧双歧杆菌、乳酸乳球菌等病原体的减毒株,这些减毒株均有希望成为疫苗载体,接下来主要就这两种疫苗的研制情况进行介绍。

 

重组双歧杆菌疫苗

 

两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum,Bb)的细胞壁厚而且复杂,摄取外源DNA较为困难。Rossi等用电穿孔方法进行外源DNA转化Bb的试验,并摸索出了较好的转化条件。Argnani等将Bb与电穿孔液预先在4℃孵育过夜,在Bb的生长培养基和电穿孔缓冲液中加入蔗糖,可使外源DNA成功转化Bb,为构建重组Bb疫苗提供了强有力的保障。胃幽门螺杆菌粘附素A(Helicobacter pylori adhesin A,HpaA)能与胃上皮细胞的表面受体结合,使Hp紧密粘附于胃上皮细胞,定植于胃黏膜,造成胃黏膜的损伤,人们发现重组HpaA 蛋白可诱导小鼠产生较好的保护力,具有较强的免疫原性。由于宿主MHC 分子的多样性和幽门螺杆菌抗原结构的复杂性,宿主将针对抗原的多个表位产生免疫反应,使得单一抗原成分诱导宿主产生的保护性免疫应答效果往往较低,因此,将VacA抗原和HpaA抗原的编码基因连接起来可能是一种较好的途径。

 

重组乳酸乳球菌疫苗

 

乳酸乳球菌(Lactococcus lactis,LL)通常具有加速食品酸化、增加食物营养及改善食物品质的作用,是乳制品工业发酵的重要菌类,是一种有希望的疫苗载体。乳球菌的细胞壁厚而且复杂,摄取外源DNA较为困难,Kim等用电穿孔方法进行外源DNA 转化乳酸杆菌的试验,并摸索出了较好的转化条件,这为构建重组乳球菌疫苗提供了有利条件。Guchte等构建的pMG36e是一种常见的组成型表达载体,可高水平表达外源蛋白。

 

细胞毒素相关蛋白12(cytotoxin- associated protein 12,Cag12)是细菌4 型分泌系统的重要组分,可聚集形成幽门螺杆菌表面的针样结构。Kim等以幽门螺杆菌DNA 为模板扩增843 bp 的Cag12基因,插入pMG36e得pMG36e-Cag12;将其电穿孔转化乳酸乳球菌MG1363 株,培养6 h,SDSPAGE证实重组菌可表达31×103 Mr 的Cag12 蛋白;将1×1010 CFU 疫苗免疫C57BL/6 鼠,在初次免疫后1、2、3和4周加强4次,在末次免疫后4 d发现40%(2/5)免疫鼠的血清识别重组菌表达的分子量为31×103 Mr的Cag12蛋白。

 

Cag7蛋白也是细菌4型分泌系统的重要组分,其C末端包含VHR和TCR保守区,含有383个氨基酸残基,分子量为41.4×103 Mr,具有较强的免疫原性。Kim 等将1 152 bp 的Cag7-ct383 基因插入pMG36e得pMG36e-Cag7-ct383;将其电穿孔转化乳酸乳球菌MG 1 363株,培养3 h,免疫印渍表明兔抗Hp血清识别重组菌表达的分子量为41.4×103 Mr的Cag7-ct383 蛋白;将1×101010 CFU 疫苗口服免疫C57BL/6 鼠,在末次免疫后4 d 发现免疫鼠的血清IgG 升高,免疫印渍表明免疫鼠的血清识别重组菌表达的Cag7-ct383融合蛋白,提示该疫苗可诱导小鼠产生有效的免疫应答。

 

 

结语

 

一方面,Hp疫苗在动物体内的预防及治疗作用取得了很大发展,Th 细胞和抗体介导的免疫应答是其主要保护作用机制,但是在接受免疫治疗后,分泌大量炎症因子引起胃黏膜炎症,即“免疫后胃炎”,这是Hp疫苗的主要不良反应。同时,新生儿能否进行免疫接种、佐剂的毒副作用及如何选择有效的抗原组合都需进一步的系统研究。而且,这些Hp疫苗都处于早期研究阶段,少有临床实验研究证实其有效性。

 

另外,尽管大部分现有载体介导的幽门螺杆菌CagA和VacA疫苗可诱导宿主产生一定的保护性免疫应答,但它们产生的保护力通常较低,远远还未达到人们所期望的水平;人们发现重组双歧杆菌疫苗的表达载体不稳定,分泌性还不确定;重组St疫苗的表达产物与天然蛋白存在差异,表达水平较低;重组乳球菌疫苗易于培养,转化效率高,重复性好,但长期低剂量口服该疫苗有可能诱导免疫耐受;转基因植物疫苗的质量控制和认证较难,普遍不被公众认可和接受。

 

最后,相信随着现代分子生物学和分子免疫学等技术的发展,人们将对幽门螺杆菌的基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录组学以及表观遗传学等进行深入的研究,从而阐明Hp的生物学特性及其致病机理,弄清幽门螺杆菌抗原的结构与功能的关系,寻找有效的疫苗分子,筛选合理的抗原组合,探索合适的载体系统和安全有效的疫苗佐剂,制订有效的免疫接种方案,寻找能客观反映人体免疫状况的动物模型,选择更为确切的免疫保护力评价指标,制订规范的疫苗评价体系。相信随着这些问题的阐明,必将推动幽门螺杆菌疫苗研究跃上一个新的台阶。

 

整理自:

 

1. 王盖昊,于舒芃,于晓辉.幽门螺杆菌疫苗免疫保护机制的研究进展[J].细胞与分子免疫学杂志,2017;33(1):128-32.

 

2. 李文桂,陈雅棠.载体介导的幽门螺杆菌CagA和VacA疫苗的研制现状[J].热带医学杂志,2017;17(10):1421-23.

 

 

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