PNAS：萬(wàn)能疫苗新希望

日期：2012-11-07 07:37:24

日益復(fù)雜的新疫苗旨在以廣泛的致病病原體為目標(biāo)，以更低的成本、更高的效率靶向它們，采用改進(jìn)的措施確保安全。為了推動(dòng)這一需求，來(lái)自亞利桑那州立大學(xué)的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了一種傳遞高效DNA疫苗的萬(wàn)能平臺(tái)，利用一種巧妙重組的細(xì)菌加速將DNA疫苗傳遞給疫苗接種者宿主細(xì)胞。研究結(jié)果在線發(fā)表在11月5日的《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是亞利桑那州立大學(xué)傳染性疾病和疫苗開(kāi)發(fā)中心，美國(guó)科學(xué)院院士Roy Curtiss教授，Roy Curtiss博士是探索遺傳學(xué)基礎(chǔ)上的細(xì)菌定殖，入侵和誘導(dǎo)疾病的領(lǐng)頭人。曾構(gòu)建了美國(guó)第一個(gè)通過(guò)在基因工程減毒細(xì)菌中遞呈保護(hù)性抗原的方法構(gòu)建多效價(jià)疫苗以防治由細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲(chóng)病原引起的流行性疾病的平臺(tái)。文章的第一作者是生物設(shè)計(jì)研究所助理教授Wei Kong。

“在這篇論文中我們描述的技術(shù)可用于開(kāi)發(fā)一種對(duì)抗所有病毒、寄生蟲(chóng)、真菌的疫苗，而在開(kāi)發(fā)出如我們實(shí)驗(yàn)室這樣的重組減毒細(xì)菌株之前，這是絕不可能的事情，”Curtiss說(shuō)。

新研究中描述的實(shí)驗(yàn)性疫苗證實(shí)可在小鼠中完全抵御流感。Wei Kong強(qiáng)調(diào)這一創(chuàng)新技術(shù)可應(yīng)用于快速制造有效的疫苗對(duì)抗幾乎所有感染性入侵者，顯著地降低成本，且不會(huì)對(duì)于疫苗接種者或更廣泛的公眾造成風(fēng)險(xiǎn)。

“采用一種重組減毒細(xì)菌傳遞DNA疫苗，我們每升培養(yǎng)物能夠得到10,000-100,000劑量，”Wei Kong說(shuō)，相比注射前需費(fèi)力從細(xì)菌中分離出的裸質(zhì)粒DNA提高了3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。

設(shè)計(jì)一種既安全又有效的疫苗向研究人員提出了“二十二條軍規(guī)”（Catch-22）。模擬自然感染，致病菌株通常會(huì)生成強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，但要確保這樣的菌株不會(huì)引起疾病或逃逸至環(huán)境中有可能仍然存活下來(lái)，存在著許多的挑戰(zhàn)。滅活致病菌株或由病原體亞單位生成的疫苗為了增強(qiáng)安全性，舍棄了一些免疫原效應(yīng)，有可能需要隨后加強(qiáng)劑量來(lái)確保持續(xù)的效應(yīng)。

Curtiss研究小組一直致力于以傳統(tǒng)方法的小部分費(fèi)用為代價(jià)生成兼具安全性和有效性的口服疫苗。為此，他們采用開(kāi)創(chuàng)了新技術(shù)，采用沙門(mén)氏菌（Salmonella）作為“貨船”將一組疾病抗原傳遞給受者。結(jié)果是開(kāi)發(fā)和不斷完善了一類(lèi)稱(chēng)作RASVs的疫苗，它能夠激起一種強(qiáng)烈的、全身的免疫反應(yīng)，并賦予有效的免疫。

一種專(zhuān)門(mén)的沙門(mén)氏菌株是由Wei Kong和Curtiss研究組其他成員較早開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵創(chuàng)新之一。一旦完成它的免疫職責(zé)，這種沙門(mén)氏菌株就會(huì)在機(jī)體內(nèi)定時(shí)自毀。為了構(gòu)建這種菌株，研究人員對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了改良，使得它只能依靠一種非天然存在的糖形式存活。一旦沙門(mén)氏菌細(xì)胞耗盡作為疫苗的一部分提供給它們儲(chǔ)存的專(zhuān)用糖，它們就無(wú)法維持細(xì)胞壁的完整性，基本上完全崩潰。“這一關(guān)鍵的安全特征確保了如果排泄到環(huán)境中，沙門(mén)氏菌無(wú)法繼續(xù)作為活生物體生存下去，”Wei Kong說(shuō)。

這種自我毀滅特征可以進(jìn)行微調(diào)，從而使得細(xì)菌能夠完全移植到宿主細(xì)胞，觸發(fā)體液和細(xì)胞介導(dǎo)免疫系統(tǒng)武器的強(qiáng)有力反應(yīng)。在宿主組織內(nèi)，重組沙門(mén)氏菌能夠合成保護(hù)性抗原，當(dāng)它們變得不穩(wěn)定并裂解為細(xì)胞溶質(zhì)時(shí)釋放它們的內(nèi)容物。

研究小組在采用流感和分枝桿菌等各種病原體的疫苗試驗(yàn)中證實(shí)了這種延遲裂解細(xì)菌的效力，Curtiss實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一種對(duì)抗嬰幼兒肺炎的RASV疫苗目前進(jìn)入到FDA I期臨床試驗(yàn)階段。這一較早的工作側(cè)重于在細(xì)菌中生成保護(hù)性蛋白質(zhì)抗原，當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞在宿主細(xì)胞和組織中裂解時(shí)隨后能夠釋放出一小團(tuán)這樣的抗原。

在最新的研究中，研究小組設(shè)法將一種延遲裂解的沙門(mén)氏菌株轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘环N萬(wàn)能DNA疫苗傳遞載體。DNA疫苗是通過(guò)直接導(dǎo)入遺傳物質(zhì)，促使宿主細(xì)胞生成特異性基因產(chǎn)物，從而促進(jìn)對(duì)于蛋白質(zhì)抗原的細(xì)胞和體液免疫反應(yīng)。其關(guān)鍵性的進(jìn)展在于它允許生成了通過(guò)一種稱(chēng)作糖基化過(guò)程經(jīng)歷宿主細(xì)胞修飾的抗原。這種存在于廣泛的致病病毒、真菌和寄生蟲(chóng)中的修飾抗體需要由宿主細(xì)胞合成，而非減毒細(xì)菌。

作者們指出他們的口服RASV明顯優(yōu)于早前努力采用肌肉注射或基因槍導(dǎo)入的DNA疫苗。這些方法無(wú)法將疫苗傳遞到粘膜組織和某些內(nèi)部淋巴組織，這對(duì)于持續(xù)的保護(hù)性免疫是至關(guān)重要的。Curtiss說(shuō)：“在新研究中，我們能夠保護(hù)小鼠對(duì)抗致死劑量的流感。且在小鼠中RASV的安全性也得到確立。”

Curtiss說(shuō)：“包括流感、麻疹、腮腺炎和HIV等絕大多數(shù)的病毒都具有糖基化蛋白。利用細(xì)菌來(lái)生成這些蛋白質(zhì)抗原你永遠(yuǎn)無(wú)法提供保護(hù)性免疫。”Kong說(shuō)：“現(xiàn)在我們有機(jī)會(huì)生成對(duì)抗這些病原體的疫苗。此外，這一技術(shù)允許以低成本大量快速生產(chǎn)DNA疫苗，凍干保存以供必要時(shí)使用。”