结核疫苗研究进展

吴守芝1综述,宋俊峰2审校

[作者单位]1　西安市卫生防疫站,7100542　第四军医大学基础医学部,710032

[收稿日期]2002—05—29

[中图分类号]R186+2　　　[文献标识码]C　　　[文章编号]1003-8507(2002)05-0649-039-46

现代预防医学2002年第29卷第5期　ModernPreventiveMedicine,2002,Vol.29,No.5

　　结核仍然是目前威胁人类生命健康三大传染性疾病之一,尤其是HIV/AIDS流行日趋严峻以及结核病原菌——结核分枝杆菌(TB)耐药株的不断增多,导致结核发病率和死亡率大幅度上升,结核病的预防与控制再次被提为重要日程。因此,世界各主要发达国家都加大了结核免疫与预防的再研究力度,尤其是1998年TBDNA全序列测序的完成[1],大大加速了结核致病因子、保护性抗原、全新疫苗的筛选工作,现仅就结核疫苗研制的发展动向综述如下:

    1　结核疫苗的发展史

　　早在110年前,人们就开始了结核疫苗的寻找,仅在发现结核的病原菌——TB8年后,RobertKoch就设计出了治疗结核的亚单位疫苗,尽管实验最终以失败告终,但为人们寻找有效的结核病防治措施开创了先河。在此10年后,法国学者Calmette和Guerin开始了第二次尝试工作,在进行200多次传代后,他们得到了一株减毒牛痘株(是牛结核的病原菌,在极少数情况也能引发人类结核),这种减毒牛痘疫苗株就根据两位学者姓名命名为BCG(BacilleCalmette-Guerin字头缩写),并通过大量试验证明是成功的,在至少经过了30亿份以上免疫接种应用后,今天人们仍然在大量使用[2～3],然而它并非所企望的那样。尽管BCG能预防新生儿结核的传播,但它并不能为最常见成人型肺结核提供免疫保护[4];与此相似,TB自然感染也不能保护此后的再感染[5],引发人们考虑TB是否能诱发足够强度的免疫反应。因为TB能在被感染者机体内持续生存,显然机体免疫反应并不能完全根除体内的TB。因此,至少可以认为是不理想的。然而90%被感染者最后并不会发病的事实又表明,结核自然感染所诱发的免疫反应能为大部分感染者提供有效的保护反应。关键是个体能否发病是否取决于个体自身敏感性或是因为机体免疫系统遭到其他因素的影响?毫无疑问早先可以控制病原菌的免疫反应一但受到外源诱因的抑制后,结核病就能发生,最典型例子就是结核感染者在同时感染上HIV后,能使结核病的终身发病率10%在感染的头一年发病率就达到10%;原发性感染在经过化学药物治疗达到完全根除病原菌后,也会发生再感染,至少在有些个体,结核自然感染并不能诱发足够强的免疫记忆预防继发性感染[5],这使得人们怀疑可能存在不能产生适度防御免疫反应的群体。毫无疑问,结核疫苗设计策略就是针对能诱发敏感群体产生有效保护性免疫反应为主要目标。
　　很显然,能预防TB感染的疫苗是最理想的,CD4(TH1型细胞免疫反应、CD8(CTL反应是机体抗结核必须的免疫保护反应,同时。γδT细胞以及CD1限制性T细胞免疫也是重要抗结核免疫保护性成分。通过体液免疫系统难以达到有效保护作用,因此有效的动员结核特异性T细胞免疫才是疫苗设计的靶位,目前的BCG疫苗也许能将TB感染抑制一段时间,但细菌仍能在机体生存,长期存在于机体内,一般这种现象能解释为以下两种情况,第一、BCG诱导的免疫反应基本上是适当的,但在数量上是不足以消除TB感染的;第二、BCG诱导的免疫反应在质上是不足够的,也即它不足以刺激足够的全面结核特异性T细胞反应,以达到提供足够的结核免疫保护。同样情况也发生在TB自然感染状态,至少在结核复燃和结核重新感染的人群是这样的,很显然结核免疫反应并不能诱导足够免疫记忆力。在上述两种情况下,均迫切需要比目前BCG疫苗更有效的新疫苗出现,来诱导保护性免疫反应,结核高度敏感人群更是这样。

2　结核疫苗类型与特点

　　目前主要类型侯选疫苗种类总结如文献[6]。结核疫苗主要有两类。1.亚单位疫苗;2.完整活疫苗。最典型亚单位疫苗主要出发点在于诱导足以产生免疫保护的单一T细胞亚群,这种观点在于筛选到具有保护性的免疫抗原。亚单位疫苗构建分以下三步:1筛选鉴定保护性抗原;2确定相应T细胞激活亚群;3设计能诱导适当的这种T细胞亚群激活的免疫佐剂。一般将焦点集中在CD4+T细胞和争对TH1细胞刺激的免疫佐剂,一个全面的亚单位疫苗应该由诱导MHC- 、MHC- 限制性T细胞反应抗原和针对诱导γδT细胞的含磷抗原以及CD1递呈的糖脂类抗原组成。
　　结核活疫苗能激活全面的T细胞亚群,达到理想的结核抗感染免疫。不同T细胞亚群需要不同激活条件。MHC-I类分子在宿主细胞中比MHC- 类分子和CD1分子分布更为广泛,尽管巨噬细胞是TB重要的生存部位,但结核病原菌也存在于其他不表达MHC- 和CD1抗原递呈分子的细胞内,例如肺实质细胞。γδT细胞能较常规T细胞更快被激活,因此能完成早期防御反应功能。CD1分子递呈的糖脂抗原在结核菌胞壁中含量丰富,是其主要抗原成分,在结核保护性免疫方面也发挥着重要作用[7]。

3　亚单位疫苗

　　TB基因组DNA全序列的阐明为鉴定侯选疫苗抗原铺平了道路。但仅靠计算机分析是不能鉴定到这样的侯选抗原的,目前尚没有一个鉴定T细胞的结核保护性抗原标准,分泌性和细胞膜性抗原常被认为优于细胞内抗原,抗原的丰度也被认为是保护性抗原的一个直观特点,在BCG缺乏的TB特异性蛋白质也可能代表了保护性抗原。在动物模型上得到的两个最广泛分析的DNA疫苗—抗原85和热休克蛋白60(HSP60)是两个完全不同性质的物质[8～9],抗原85是结核杆菌特异性分泌蛋白;而HSP60是一种高度保守的细胞内抗原,与许多其他不同种属微生物以及人类HSP60同源,能引发交叉免疫反应,结核HSP60能引起几种实验动物模型的自身免疫性疾病,与结核杆菌HSP60和哺乳类动物HSP60发生交叉反应的小鼠CD8+T细胞能引起小鼠致死性自身免疫性疾病[10],当选择候选抗原时应充分考虑到诱发病理性自身免疫性反应发生的潜在危险性。
　　因为还没有一个确定结核保护性抗原的标准,候选疫苗抗原必须经过保护性效价筛选,基于此,构建裸露DNA疫苗、确定抗原树突细胞载荷似乎是最适宜的,其他可供选择的方案还包括利用结核杆菌全基因组DNA构建的表达文库筛选活性亚单位疫苗,这种方法已经在几种不同感染动物模型上成功的应用,并都得到了一定的的结果[11]。当某单一保护性抗原被鉴定出来后,利用分子生物技术,新形式的抗原比如融合含抗原主要免疫活性区段等,就能十分容易的构建成功,除了选择适宜抗原外,创建理想亚单位疫苗还需要考虑选择最适宜免疫佐剂,随着对免疫调控机制以及细胞因子、树突细胞作用的了解,使有效的新的免疫佐剂设计策略会不断得到完善[12]。

4　TB活疫苗

　　TB生长缓慢,易于成团,有一层厚厚的富蜡脂性细胞壁,常规方法难以对其进行遗传改造。三大技术与理论突破使得改造TB、BCG成为可能,1.结核穿梭质粒发现。2.同源重组效率的突破。3.TBDNA全序列破译。BCG和TB均难以诱导满意控制结核发病的免疫反应,更不用说完全根除体内的TB。因此就需要探索完善BCG和减毒TB策略,这两者并不是相互排斥的,通过提高确定保护性抗原表达和利用定点删除技术删除毒力因子基因,能使活疫苗构建不断得到完善,例如BCG是一种较弱的MHC-I类限制性T细胞诱导激活剂,引入MHC-I类递呈途径抗原就会使BCG免疫源性得到提高,或者通过和细胞因子联合接种或将细胞因子重组入BCG内也会使免疫源性得到改善,有关这些方案可行性已经有进行尝试的文献报道[13]。TB基因组全序列阐明为合理构建删除突变体TB疫苗提供了资料指导[1],已经鉴定出了结核杆菌基因组中的几种可能的毒力因子,包括能够修饰吞噬体膜的磷脂酶、酯酶、脂肪酶以及参加吞噬体内铁离子捕获的转铁蛋白样蛋白和介导对RNI抗性血红蛋白样基因,大规模的比较分析TB和其他病原菌基因组DNA,无疑会为新的可能的毒力因子筛选提供线索。
　　TB能有效破坏由巨噬细胞和T细胞介导的保护性免疫反应,现有的证据表明TB破坏MHC-I、MHC 类抗原和CD1抗原的有效递呈,因此减弱了对T细胞刺激[1],TB损害巨噬细胞吞噬杀灭功能,最引人注目的是阻滞吞噬体的成熟过程以及抑制ROI和RNI的产生[14],因此合理的TB的减毒不能仅限于删除经典毒力因子基因,而且还应包括删除破坏机体免疫系统功能的成分。在这些抑制因子中许多抑制成分是非蛋白组份,比如磺酰基类以及糖脂类,因此有必要删除它们各自代谢途径的关键酶类。

5　复合疫苗

　　考虑到BCG在新生儿中的免疫保护价值,在推行新疫苗同时终止BCG疫苗接种是不明智的,因此新侯选疫苗推广要依赖于BCG诱导的免疫反应,当设计疫苗接种方案时就需要考虑疫苗与BCG衔接[15],目前正在研究评估的其他组合包括异种序惯组合疫苗,即由BCG接种后再接种同一抗原的裸DNA疫苗、表达此蛋白抗原的表达载体例如表达同一抗原的修饰Ankara疫苗病毒,有报道使用抗原85作为这种接种方案的先遣抗原能使保护性免疫效价大大提高[16]。

6　结语

　　疫苗接种被认为是医学干预传染性疾病发生的最有效方法,有时错误地认为疫苗接种是万能的,很不幸,在结核并不是这种情况。事实上,疫苗接种常常能够提供对疾病的足够免疫保护,而不能直接排除病原菌,假如疫苗仅仅能预防疾病的进一步发展,而让病原菌在体内长期存在以至于在以后重新产生疾病,那么疫苗的价值就变得很有疑问了。这种情况恰恰发生在结核病上,TB自然感染和BCG接种都只能诱导部分控制感染的免疫反应,但并不能最后防止疾病的发展。具有价值的候选疫苗正在基于不同策略得到不断改善[17],最理想候选疫苗应该得到多方比较评估,有理由相信对TB自然感染、BCG疫苗接种的最新研究资料与结核杆菌基因组学以及蛋白质组学信息结合将为发展更有效的新疫苗提供广阔发展前景。

[参考文献]

[1]ColeST,BroschR,ParkhillJ,etal.[J].Nature,1998;393(6685):537-544.
[2]FinePE.[J].RevInfectDis,1989;11:S353-S359.
[3]FinePEM.[J].Lancet,1995;346:1339-1345.
[4]KaufmannSH.[J].NatMed,2000;6(9):955-960.
[5]VanRiaA,etal.[J].NEnglJMed,1999;341(16):1174-1179.
[6]OrmeM,McMurrayDandBelisleJT.[J].TrendsMicrobiol,2001;9:115-118.
[7]SchaibleUEandKaufmannSHE.[J].TrendsMicrobiol,2000;8:419-425.
[8]BarryCE.[J].TrendsMicrobiol,2001;9:237-241.
[9]TasconRE,ColstonMJ,RagnoS,etal.[J].NatMed,1996;2(8):888-892.
[10]TurnerOC,RobertsAD,FrankAA,etal.[J].InfectImmun,2000;68:3674-3679.
[11]SkeikyYAW.[J].JImmunol,2000;165:7140-7149.
[12]VogelFR.[J].ClinInfectDis,2000;30:S266-270.
[13]MurrayPJ,AldoviniAandYoungRA.[J].ProcNatlAcadSciUSA,1996;93:934-939.
[14]FlynnJLandChanJ.[J].InfectImmun,2001;69(7):4195-4201.
[15]BrooksJV,FrankAA,KeenMA,etal.[J].InfectImmun,2001;69(4):2714-2717.
[16]TangheAD souzaS,RosseelsV,etal.[J].InfectImmun,2001;69(5):3041-3047.
[17]JungblutPR,SchaibleUE,MollenkopfHJ,etal.[J].MolMicrobial,1999;33(6):1103-1117.

本文关键字：结核防治,结核,肺结核,疫苗