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病毒作為傳染病和癌癥的疫苗載體
摘要: 對(duì)病毒生物學(xué)不斷了解,促進(jìn)了我們利用病毒作為疫苗載體的發(fā)展。隨著我們更深入地了解病毒和免疫系統(tǒng)的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)病毒載體疫苗仍然是誘導(dǎo)細(xì)胞免疫的最佳手段,并且有希望誘導(dǎo)更強(qiáng)的體液應(yīng)答。病毒作為人類和獸醫(yī)應(yīng)用的疫苗載體的適用范圍和效用可為全球健康提供潛在益處,目標(biāo)范圍從某些類型的癌癥到廣泛的傳染病。
自第一次發(fā)表使用重組病毒從另一種傳染原遞送抗原進(jìn)行疫苗接種,至今已有25年了。乙型肝炎表面抗原(HBsAg)重組的牛痘病毒(VACV)被證明可以表達(dá)HBsAg,并且在黑猩猩中誘導(dǎo)出足以防止乙型肝炎感染的免疫。盡管早期有前途和進(jìn)一步發(fā)展,但是許可人類使用的病毒載體疫苗列表很短,部分原因是通往人類執(zhí)照的漫長(zhǎng)而艱難的道路。關(guān)于這種疫苗的大規(guī)模生產(chǎn)和穩(wěn)定性的問題通常需要大量的科學(xué)投資,并且要求其天然狀態(tài)下是潛在人類病原體的病毒,必須滿足嚴(yán)格的安全要求。對(duì)于那些仍然具有復(fù)制能力的病毒載體,就其性質(zhì)而言,這些病毒載體在炎癥期以外持續(xù)存在于宿主中尤其如此。實(shí)際上,在最簡(jiǎn)單的意義上,仍然有一系列的安全性隨著減毒而增加,這必須認(rèn)為減少的復(fù)制能力將導(dǎo)致免疫原性降低的看法相互權(quán)衡。然而,盡管存在這些挑戰(zhàn),但可以說(shuō)驅(qū)動(dòng)病毒載體疫苗持續(xù)發(fā)展的最重要因素是其有潛力的免疫原性,特別是某些屬于世界上最嚴(yán)重的病原體和癌癥的抗原(表1)。
在大多數(shù)情況下,復(fù)制性病毒感染在宿主中能有效地持續(xù)數(shù)年引發(fā)強(qiáng)大的免疫應(yīng)答。這與作為亞單位DNA質(zhì)?;虻鞍踪|(zhì)遞送的許多重組抗原相反;雖然這些被認(rèn)為是相當(dāng)安全的(取決于佐劑),但它們經(jīng)常引發(fā)較差的反應(yīng)原性。相反,在體內(nèi)復(fù)制的、具有與野生型親本相似活力的病毒疫苗載體通常是具有高度免疫原性的,但也具有重組、反應(yīng)原性或逆轉(zhuǎn)毒性的風(fēng)險(xiǎn)。尋找最佳培養(yǎng)基已經(jīng)推動(dòng)了減毒復(fù)制缺陷病毒載體的開發(fā),這是旨在最大化免疫原性和安全性的策略(圖1)。
反應(yīng)原性:疫苗制劑在接種后誘導(dǎo)不良反應(yīng)的能力。
減毒病毒作為疫苗載體
在過去十年中,病毒疫苗領(lǐng)域的突破之一是認(rèn)識(shí)到復(fù)制能力和病毒毒力并不總是與免疫學(xué)穩(wěn)定相關(guān)。例如,VACV及其更安全、高度減毒(復(fù)制缺陷)表親——改良的安卡拉痘苗病毒(MVA)和紐約減毒痘苗病毒(NYVAC)在動(dòng)物研究中顯示出堪比的、有時(shí)甚至更好的免疫原性。目前,廣泛的病毒家族正在作為用于人類或獸醫(yī)用途的疫苗載體得到深入開發(fā),包括一些具有復(fù)制能力的病毒家族,還有許多是特異性減毒的病毒家族。表1概述了作為載體正在開發(fā)的主要病毒家族及其相關(guān)疾病。
表1 用于人類和獸醫(yī)的病毒載體疫苗
重組病毒載體
目標(biāo)
獸醫(yī)
人類
腺病毒
禽流感病毒、結(jié)核桿菌和口蹄疫病毒
惡性瘧疾蟲、結(jié)核桿菌、流感病毒、HIV-1、丙肝病毒
志賀氏桿菌噬菌體
無(wú)
結(jié)核桿菌
金絲雀減毒病毒
馬流感病毒、西尼羅河病毒(WNV)、狂犬病毒、貓白血病病毒、犬瘟熱病毒
HIV-1、癌癥
禽痘病毒(FPV)
禽流感病毒、FPV、新城疫病毒
癌癥
NDV
禽流感病毒、NDV
無(wú)
火雞皰疹病毒
傳染性法氏囊病病毒、馬立克氏病病毒
無(wú)
黃病毒YFV-17D
WNV
WNV、登革熱病毒、日本腦炎病毒
慢病毒
無(wú)
黑色素瘤、HIV-1
麻疹病毒
無(wú)
惡性瘧原蟲、人乳頭狀瘤病毒
改良的安卡拉痘苗病毒
牛結(jié)核分枝桿菌
惡性瘧原蟲、結(jié)核桿菌、甲型流感病毒、結(jié)腸癌、腎癌、肺癌、前列腺癌
紐約減毒牛痘病毒
無(wú)
惡性瘧原蟲、HIV-1
仙臺(tái)病毒
無(wú)
HIV-1
牛痘病毒
狂犬病毒
癌癥
YFV-17D,減毒黃熱病病毒株17D
免疫逃避:對(duì)減毒的影響
歷史上,病毒的減毒是經(jīng)驗(yàn)性的,通過在轉(zhuǎn)化的細(xì)胞系或非典型宿主中連續(xù)傳代,和通過非自然途徑遞送。許多病毒是復(fù)雜的病原體,大型DNA病毒如痘病毒,腺病毒(AdVs)和皰疹病毒將其大部分基因組整合至逃避免疫應(yīng)答的宿主基因。許多這樣的病毒基因編碼影響特異性免疫防御的蛋白質(zhì),包括那些作用于早期先天途徑的蛋白質(zhì),例如涉及干擾素的途徑、模式識(shí)別受體(Toll樣受體,TLRs),趨化因子和細(xì)胞因子,以及那些通過改變病毒肽的主要組織相容性復(fù)合物加工來(lái)作用于后續(xù)適應(yīng)性反應(yīng)的藥物。迄今為止,大多數(shù)減毒過程,例如通過細(xì)胞系中的連續(xù)體外傳代,對(duì)于丟失或變化的病毒基因的類型是非選擇性的。最終,病毒變異株在小型動(dòng)物中缺乏有害作用,使得它們不再致病,并且宿主很少或沒有損害。然而,在非特異性減毒過程中丟失或改變的病毒基因在將病毒更好地用于具有更強(qiáng)效佐劑效應(yīng)的重組插入的免疫呈遞方面可能不是最佳的。鑒于許多病毒基因組現(xiàn)在已經(jīng)得到很好的表征,未來(lái)為改善病毒載體的佐劑性質(zhì)而進(jìn)行設(shè)計(jì)以誘導(dǎo)不同類型反應(yīng)的努力將基于靶向?qū)λ拗髅庖呦到y(tǒng)有差異的特異性病毒基因。例如,敲除已經(jīng)進(jìn)化的減少宿主抗病毒免疫應(yīng)答的病毒基因可以降低免疫逃避特性并改善某些病毒載體的佐劑特異性特征。然而,抗載體反應(yīng)可能排除隨后在個(gè)體中重新使用該載體的可能。
經(jīng)驗(yàn)還是理性減毒
減毒痘病毒在天花根除運(yùn)動(dòng)中首次被使用,從而被進(jìn)一步開發(fā)為疫苗載體。其中一種,MVA在雞胚成纖維細(xì)胞中傳代超過570次,損失了約15%的基因組,最終在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中復(fù)制缺陷。相反,NYVAC來(lái)自VACV的哥本哈根分離株,通過體外重組刪除18個(gè)不同的ORF,導(dǎo)致復(fù)制缺陷。幾項(xiàng)最新的研究表明,MVA維持強(qiáng)大的免疫刺激能力,甚至可能比NYVAC更強(qiáng),而最近的HIV-1疫苗候選者的靈長(zhǎng)類動(dòng)物研究顯示,這兩種痘苗來(lái)源的載體誘導(dǎo)定性不同類型的免疫應(yīng)答編碼的Gag-Pol-Nef(組特異性抗原-聚合酶-HIV-1陰性因子)和包膜(env)抗原——NYVAC誘導(dǎo)CD4  T細(xì)胞顯性反應(yīng),而MVA誘導(dǎo)更強(qiáng)的CD8  T細(xì)胞應(yīng)答和伴隨的CD4  T細(xì)胞應(yīng)答。許多病毒蛋白(其中一些作用于TLR信號(hào)通路和其他抗原呈遞細(xì)胞功能)的聯(lián)合作用可能解釋了這些差異。直到對(duì)體內(nèi)結(jié)果有更好的預(yù)測(cè)分析,該過程很大程度上是經(jīng)驗(yàn)性的,并且取決于最佳體內(nèi)模型以評(píng)估每種載體的免疫刺激性質(zhì)。然而,在經(jīng)驗(yàn)減毒的MVA的情況下,基因的合理缺失可以進(jìn)一步增強(qiáng)免疫原性,兩個(gè)報(bào)告表明編碼可溶性白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)受體的B15R的缺失可以增加病毒特異性記憶CD8  T細(xì)胞反應(yīng)。類似地,通過減少重組VACV的載體特異性基因表達(dá),可以減少對(duì)載體本身的CD8  T細(xì)胞應(yīng)答,從而相對(duì)于轉(zhuǎn)基因而增強(qiáng)。未來(lái)的努力將繼續(xù)沿著這些方向,旨在單獨(dú)和組合地刪除更多的基因,試圖合理地增強(qiáng)這些病毒載體的免疫原性。
圖1 一系列共刺激——從佐劑到活病毒
已經(jīng)開發(fā)的減毒的復(fù)制缺陷病毒載體作為使免疫原性和安全性最大化的策略的一部分。它們處于一系列復(fù)雜性和復(fù)制潛力的中間,兩種極端的疫苗技術(shù)已被許可用于人類使用。雖然臨床疫苗開發(fā)需要長(zhǎng)期的工作計(jì)劃,但是這種定向疫苗的許可證(如果證明是安全有效的)仍然是完全可以實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。AAV,腺相關(guān)病毒;AdV,腺病毒;AS01,葛蘭素史克公司的佐劑系統(tǒng)01;HPV,人乳頭瘤病毒;MF59,諾華公司的水包油乳液佐劑;MVA,改良的安卡拉痘苗病毒;VEE,委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒;VLP,病毒樣粒子。
增強(qiáng)免疫原性
初免-加強(qiáng)狀況在20世紀(jì)90年代,DNA質(zhì)粒疫苗的出現(xiàn)使人們興奮。然而很快顯而易見的是,DNA疫苗本身的免疫原性不足以產(chǎn)生防止人類困難疾病的T細(xì)胞應(yīng)答。隨著臨床試驗(yàn)中使用的定量T細(xì)胞測(cè)定的進(jìn)展,包括離體干擾素γ ELISPOT(酶聯(lián)免疫吸附點(diǎn))和培養(yǎng)的干擾素-γ ELISPOT測(cè)定以及多參數(shù)流式細(xì)胞術(shù),與其他疫苗類型相比,病毒載體恢復(fù)了其增強(qiáng)的細(xì)胞免疫應(yīng)答效力的中心階段。然而,與DNA疫苗不同,在體內(nèi)一次或兩次施用后,宿主對(duì)病毒載體本身的結(jié)構(gòu)蛋白的反應(yīng)本身就成為自限型的,當(dāng)載體用于多次免疫時(shí),導(dǎo)致對(duì)疫苗插入物的反應(yīng)降低。需要開發(fā)初免-加強(qiáng)方案以克服這些抗載體反應(yīng),同時(shí)使宿主對(duì)疫苗插入物的反應(yīng)最大化。
最初,具有常見疫苗插入物的異源初免-加強(qiáng)方案通常使用DNA質(zhì)粒來(lái)引發(fā)免疫系統(tǒng)。然而,最近興趣點(diǎn)在于使用不同重組病毒載體的組合以及它們的施用順序如何影響誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答的性質(zhì)?,F(xiàn)在已經(jīng)在動(dòng)物模型和人類中測(cè)試了多種方法,包括DNA-MVA、DNA-NYVAC、禽痘病毒(FPV)-MVA、流感-MVA、AdV-MVA、異源AdV-AdV和DNA-仙臺(tái)病毒瘧疾、艾滋病毒I型、結(jié)核?。═B)和丙型肝炎至癌癥的許多疾?。ū?)。在所有這些研究中,一致的觀察是某些向量引發(fā)或增強(qiáng)反應(yīng)的差異能力。DNA疫苗,F(xiàn)PV和流感病毒是良好的啟動(dòng)載體,而痘病毒(MVA和NYVAC)始終能夠增強(qiáng)以其他方式引發(fā)的T細(xì)胞應(yīng)答?,F(xiàn)在大量數(shù)據(jù)表明,一般而言,重組AdV可以很好地引發(fā)和增強(qiáng)T細(xì)胞和B細(xì)胞的反應(yīng)。最近,已經(jīng)使用了表達(dá)相同疫苗插入片段的三種不相關(guān)載體模式的組合。已經(jīng)通過更深入的分析來(lái)幫助這些載體的評(píng)估,特別是使用多參數(shù)流式細(xì)胞術(shù),其允許不同T細(xì)胞群體的表型和細(xì)胞因子產(chǎn)生和效應(yīng)子功能的解剖——由這種不同的載體和方式。將這些不同的免疫方案和載體策略引起的T細(xì)胞反應(yīng)的“質(zhì)量與數(shù)量”的保護(hù)性結(jié)果相關(guān)聯(lián)仍然是該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。
離體干擾素γ ELISPOT:ELISPOT(酶聯(lián)免疫吸附斑點(diǎn))法用于測(cè)定抗原特異性效應(yīng)T細(xì)胞應(yīng)答。典型的,脾細(xì)胞或外周血單核細(xì)胞與抗原孵育18 h,在此期間抗原特異性細(xì)胞釋放細(xì)胞因子(特別是干擾素γ)被單克隆抗體捕獲,可以使用改進(jìn)的ELISA法計(jì)算出來(lái)。
培養(yǎng)的干擾素-γ ELISPOT:改進(jìn)的離體干擾素γ ELISPOT法,包括一個(gè)在干擾素γ ELISPOT法之前持續(xù)很久的體內(nèi)培養(yǎng)淋巴細(xì)胞的過程。典型的,在抗原及白介素-2存在的環(huán)境中培養(yǎng)10天。有證據(jù)表明不同類群的T細(xì)胞,主要是中樞記憶T細(xì)胞在培養(yǎng)過程中分化為效應(yīng)T細(xì)胞,可以被此法檢測(cè)到,類比離體干擾素γ ELISPOT法定量測(cè)定循環(huán)效應(yīng)T細(xì)胞。
異源初免-加強(qiáng):用不同疫苗重復(fù)免疫,用于單一疫苗無(wú)法誘導(dǎo)足夠的保護(hù)性應(yīng)答的情況,以增加更強(qiáng)的免疫應(yīng)答。
增強(qiáng)體液免疫力。最近的工作已經(jīng)建立了初免-加強(qiáng)免疫方案用于誘導(dǎo)B細(xì)胞以及T細(xì)胞應(yīng)答,特別是AdV-MVA或異源AdV-AdV方案。與分枝桿菌相比,誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫反應(yīng)的雙臂可能有益于防止諸如瘧疾寄生蟲和許多病毒等病原體,細(xì)胞免疫可能是主要的保護(hù)機(jī)制。與MVA載體相反,AdV載體似乎能夠引發(fā)和增強(qiáng)B細(xì)胞反應(yīng),與其引發(fā),MVA載體能夠更好地提高反應(yīng)。這可能是AdV免疫后延長(zhǎng)的高水平抗原表達(dá)的結(jié)果,與更適合于B細(xì)胞增強(qiáng)的MVA的短抗原相比,B細(xì)胞引發(fā)更有利?;蛘?,關(guān)于漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的研究已經(jīng)表明,一波細(xì)胞因子,特別是I型干擾素(IFN),然后是IL-6,對(duì)于將B細(xì)胞分化為響應(yīng)于流感病毒感染的效應(yīng)性漿細(xì)胞是必不可少的。相反,通過AdV載體啟動(dòng)轉(zhuǎn)基因特異性抗體反應(yīng)似乎與I型IFN產(chǎn)生負(fù)相關(guān),這也與轉(zhuǎn)基因表達(dá)的降低有關(guān)。在MVA的情況下,E3L賦予對(duì)I型IFN的抗性,并且對(duì)于雞胚成纖維細(xì)胞的持續(xù)生長(zhǎng)是必需的,并且E3L敲除病毒在細(xì)胞培養(yǎng)物中誘導(dǎo)增強(qiáng)的I型IFN和II-6雞的水平。如果通過MVA的B細(xì)胞引發(fā)以與流感病毒誘導(dǎo)的類似的方式發(fā)生,則E3L介導(dǎo)的免疫逃避機(jī)制可以解釋用該載體觀察到的弱B細(xì)胞引發(fā)。最終,更好地了解細(xì)胞因子如何影響不同病毒家族對(duì)B細(xì)胞反應(yīng)的誘導(dǎo),這對(duì)于改善載體的合理設(shè)計(jì)和引發(fā)最佳抗體應(yīng)答的初免-加強(qiáng)策略至關(guān)重要。
表2 供人類使用的病毒載體疫苗與初免-加強(qiáng)免疫機(jī)制的臨床開發(fā)
重組病毒-載體免疫策略
目標(biāo)病原體或疾病
目標(biāo)抗原
疫苗細(xì)節(jié)
開發(fā)者
臨床階段
HAdV-5–HAdV-5
惡性瘧原蟲瘧疾
CSP AMA1
單順反子載體
HAdV-5 (del E1,E3,E4) 注射混合物
NMRC和GenVec
I/IIa
AdCh63–MVA
惡性瘧原蟲瘧疾
ME-TRAP,MSP1 AMA1
單順序載體
牛津大學(xué)和Okairòs大學(xué)
I/IIa
HAdV-35
惡性瘧原蟲瘧疾
CSP
沒有
Crucell
I
MVA
結(jié)核桿菌
85A
BCG-MVA(含有編碼85A的基因)
牛津大學(xué)和Emergent BioSolutions
IIb功效試驗(yàn)(南非)
HAdV-35
結(jié)核桿菌
85A,85B和10.4
融合抗原; (r)BCG素,HAdV-35升高,AERAS-402
Aeras和Crucell
I
MVA
甲型流感病毒
NP和M1
融合抗原
牛津大學(xué)
I
HAdV-5
流感病毒
NP
鼻內(nèi)管理
GenVec
I
黃病毒YFV-17D(活體嵌合病毒)
WNV
preM-Env
菌株NY99
賽諾菲巴斯德
II
黃病毒YFV-17D(活體嵌合病毒)
登革熱病毒
(亞型1-4)
preM-Env
菌株P(guān)UO-359,PUO-218,PaH881和1228
賽諾菲巴斯德
II
黃病毒YFV-17D(活體嵌合病毒)
日本腦炎病毒
preM-Env
菌株SA-14-14-2
賽諾菲巴斯德
III預(yù)注冊(cè)
DNA-NYVAC
HIV-1
Gag-Pol-Nef和Env
Clade C
EuroVacc
I
DNA–MVA
HIV-1
Gag, Pol and Env
Clade B
GeoVax
IIa
DNA–HAdV-5
HIV-1
Gag-Pol-Nef和Env
HAdV-5(del E1,E3,E4)
VRC,NIAID(NIH)和GenVec
II
含有編碼HIV-1 gp160的基因的ALVAC和蛋白gp120
HIV-1
gp160和gp120
ALVAC–HIV vCP1521 初免和AIDSVAX–gp120亞型B/E加強(qiáng)
賽諾菲巴斯德和全球感染性疾病解決方案
III
HAdV-5 and HAdV-6
HIV-1
Gag–Pol–Nef
MRKAd5和MRKAd6三烯疫苗
默克
I
VACV和ALVAC或FPV有或無(wú)聯(lián)合治療
癌癥
CEA(泛癌)
TRICOM載體共表達(dá)B7.1,ICAM1和LFA3
NIH
I/II
MVA
結(jié)腸癌、腎癌、前列腺癌
5T4(實(shí)體瘤)
TroVax
牛津生物醫(yī)學(xué)
I-III
MVA
肺癌
MUC1
TG4010 vector co-expresses IL-2
轉(zhuǎn)基因SA
IIb
慢病毒
黑色素瘤
MART1
TCR免疫治療
加州大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校
I
HAdV-6和AdCh3
丙肝病毒
NS3,NS4和NS5
融合抗原NS5的NSmut變異
Okairòs和
牛津大學(xué)
I
85a,分枝桿菌Mycolyl轉(zhuǎn)移酶85A抗原;AdCh63,黑猩猩腺病毒血清型63;ALVAC,減毒的金絲雀痘病毒;AMA1,頂膜抗原1;BCG,牛分枝桿菌卡介苗;CEA,癌胚抗原;CSP,環(huán)子孢子蛋白;del,刪除;Env,包膜蛋白;FPV,禽痘病毒;Gag,組特異性抗原;gp160,糖蛋白160;HAdV-5,人腺病毒血清型5;ICAM1,細(xì)胞間粘附分子1;IL-2,白介素-2;LFA3淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原3;M1,基質(zhì)1抗原;MART1,被T細(xì)胞識(shí)別的黑素瘤抗原1;ME-TRAP,與多表位串融合的血小板反應(yīng)素相關(guān)粘附蛋白;MSP1,裂殖子表面蛋白1;MUC1,粘蛋白1;MVA,修飾的痘苗病毒安卡拉株;Nef,HIV-1陰性因子;NIAID(NIH),國(guó)家過敏和傳染病研究所(美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院);NMRC,美國(guó)海軍醫(yī)學(xué)研究中心NP,核蛋白抗原;NS,非結(jié)構(gòu)蛋白;紐約NYVAC,紐約減毒痘苗病毒;preM,膜前蛋白;(r)BCG,重組BCG;TCR,T細(xì)胞受體;TRICOM,共刺激分子三聚體;UCLA,加利福尼亞大學(xué),洛杉磯(美國(guó));VACV,痘苗病毒;VRC,Dale和Betty Bumpers疫苗研究中心;WNV,西尼羅病毒;YFV-17D,減毒黃熱病毒株17D
循環(huán)預(yù)先存在的免疫力。通常感染人類的病毒存在預(yù)先存在的免疫力的問題。對(duì)于某些病毒載體,例如基于人AdV和皰疹病毒的病毒載體,這可能是一個(gè)主要障礙。例如,最近在II型試驗(yàn)中評(píng)估了基于人AdV血清型5(HAdV-5)載體的候選HIV-1疫苗,在HIV-1感染高風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體中進(jìn)行,試驗(yàn)由于缺乏療效而停止,但是在入組時(shí),在先前存在的較高滴度的HAdV-5-中和抗體的個(gè)體中觀察到獲得增加HIV-1感染幾率的非顯著趨勢(shì)。這個(gè)問題引發(fā)了關(guān)于使用這種普遍存在的人類病毒作為疫苗載體的激烈辯論,但是盡管HAdV-5載體平臺(tái)存在這種挫折,研究者仍在積極地采取其他策略來(lái)提供可以克服預(yù)先存在的載體免疫的可行替代方案。這些方案包括修飾載體以表達(dá)異源腺病毒六鄰體或使用罕見血清型的人腺病毒或來(lái)自其他物種如黑猩猩的腺病毒。重要的是,所有這些新的載體,特別是那些外來(lái)物種的新載體,都需要突破監(jiān)管、安全和制造的障礙。
載體化疫苗的經(jīng)驗(yàn)與理性設(shè)計(jì)。隨著我們對(duì)免疫學(xué)和病毒生物學(xué)知識(shí)的不斷擴(kuò)大,已經(jīng)建立了新的疫苗科學(xué)時(shí)代,為病毒載體疫苗的合理開發(fā)提供了基礎(chǔ)。優(yōu)化亞單位疫苗抗原設(shè)計(jì)和理解載體趨勢(shì),包括目標(biāo)抗原加工和體內(nèi)呈遞,是至關(guān)重要。在VACV的案例下,已經(jīng)顯示給藥途徑71以及用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)基因表達(dá)的痘病毒啟動(dòng)子可以影響抗原直接或交叉呈遞給T細(xì)胞的程度。類似地,新的數(shù)據(jù)表明,由于抗原呈遞細(xì)胞中的頓挫感染而在感染后期通常被阻止進(jìn)入直接呈遞途徑的正痘病毒結(jié)構(gòu)抗原也被特異性地隱藏在病毒工廠中,從而逃避交叉表達(dá)途徑并阻礙痘病毒特異性CD8  T細(xì)胞反應(yīng)的誘導(dǎo)。痘病毒早期或晚期啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的外來(lái)抗原不是這種情況,因?yàn)檫@些抗原通常不針對(duì)這種痘病毒工廠。更好地理解這一系列觀察對(duì)疫苗誘導(dǎo)的針對(duì)載體和轉(zhuǎn)基因的T細(xì)胞應(yīng)答很重要,且這些數(shù)據(jù)可能解釋為什么痘病毒載體如MVA使用相同載體進(jìn)行免疫接種12個(gè)月后重新增強(qiáng)免疫在人體內(nèi)是有效的。
“工程”免疫。與持續(xù)性DNA病毒如腺病毒相關(guān)的抗載體免疫的強(qiáng)大復(fù)雜性相反,缺乏其大部分結(jié)構(gòu)抗原的工程化慢病毒已被開發(fā)用于在體內(nèi)將基因遞送到特定細(xì)胞以進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)免疫的載體。某種程度上是由于慢病毒載體基因的最低表達(dá)實(shí)現(xiàn)的,部分原因是重復(fù)的體內(nèi)給藥(如在傳統(tǒng)免疫中)不是目的。事實(shí)上,慢病毒目前正在被用來(lái)為癌癥和HIV-1設(shè)計(jì)免疫力。含有T細(xì)胞受體基因的慢病毒的造血干細(xì)胞的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)已進(jìn)入癌癥免疫治療的臨床檢測(cè)。使用這些載體用針對(duì)HIV-1的中和單克隆抗體的編碼的B細(xì)胞受體基因轉(zhuǎn)導(dǎo)人CD34 細(xì)胞也已經(jīng)有了大量臨床前進(jìn)展。還開發(fā)了將慢病毒載體靶向特定細(xì)胞類型(如皮膚樹突狀細(xì)胞(DC))亞類的策略。例如,已經(jīng)開發(fā)了保留結(jié)合DC-SIGN(樹突狀細(xì)胞特異性ICAM3-抓住非整聯(lián)蛋白)蛋白質(zhì)功能的辛德比斯病毒融合蛋白的突變株。進(jìn)一步的特異性靶向技術(shù)的發(fā)展可以大大增強(qiáng)病毒載體疫苗的合理設(shè)計(jì)、定點(diǎn)誘導(dǎo)和有效的免疫應(yīng)答以預(yù)防廣泛的傳染病和癌癥。
獸醫(yī)疫苗進(jìn)展
病毒載體疫苗最成功的應(yīng)用無(wú)疑在獸醫(yī)領(lǐng)域。與開發(fā)用于人類的疫苗相反,這需要更嚴(yán)格的監(jiān)管要求,在人類志愿者中逐步進(jìn)行臨床試驗(yàn),并獲得更長(zhǎng)的許可證和投資回報(bào)。目前,至少有12種病毒載體疫苗被許可用于獸醫(yī)用途(表3),還有更多的病毒載體疫苗正在開發(fā)中。盡管如此,這些技術(shù)仍然面臨著經(jīng)典滅活疫苗競(jìng)爭(zhēng)的艱難斗爭(zhēng),這些疫苗往往更容易生產(chǎn)??刂萍仪萸萘鞲械奶魬?zhàn)是由經(jīng)濟(jì)學(xué)驅(qū)動(dòng),需要大量疫苗接種策略,如飲用水管理、氣溶膠噴霧或卵內(nèi)免疫接種(圖2)。在維持疫苗效力的同時(shí)保持給藥成本低,為重組病毒載體技術(shù)帶來(lái)了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。一種成功的方法是使用新重組新城疫病毒(NDV),其通過卵內(nèi)免疫方法一次性提供了控制兩種不同禽類病原體的二價(jià)方法。正在使用復(fù)制缺陷型HAdV-5研究另一種重要和高度傳染性的獸醫(yī)病原體口蹄疫病毒(FMDV)的新疫苗策略。用表達(dá)FMDV衣殼和蛋白酶抗原的重組HAdV-5進(jìn)行單次免疫后7天,在牛和豬中引發(fā)了保護(hù)性免疫。與滅活的全病毒疫苗不同,使用該載體疫苗平臺(tái)區(qū)分感染和接種動(dòng)物(DIVA;參見注釋框 1)的能力加上大大增加的生物安全性,使這種有效的技術(shù)對(duì)于無(wú)FMDV的國(guó)家非常有利。類似地,對(duì)于家畜的重要呼吸道病原體,諸如牛結(jié)核病,正在探索重組HAdV-5或MVA疫苗載體。表達(dá)了分枝桿菌肌醇轉(zhuǎn)移酶85A抗原的這些載體都被描述為牛分枝桿菌卡介苗(BCG)疫苗的有效增效劑。現(xiàn)在需要進(jìn)行挑戰(zhàn)性實(shí)驗(yàn),以便在直接暴露之后以及在自然傳播環(huán)境中評(píng)估這些BCG初免載體增強(qiáng)方案在免疫牛群中的保護(hù)作用。如果單獨(dú)使用BCG疫苗更有效,使用載體疫苗來(lái)加強(qiáng)BCG引發(fā)的反應(yīng)可能有助于控制牛結(jié)核病,牛結(jié)核病每年預(yù)計(jì)耗費(fèi)世界各國(guó)的成本約為30億美元。重要的是,牛結(jié)核病繼續(xù)為候選人類結(jié)核病疫苗的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供有用的免疫學(xué)觀點(diǎn)。
表3 授權(quán)商用的病毒載體獸醫(yī)疫苗
重組病毒疫苗
目標(biāo)病原體
目的種群
目標(biāo)抗原
品牌名稱
經(jīng)銷商
ALVAC(加破傷風(fēng)毒素和羧乙烯聚合物佐劑)
馬流感病毒
HA(肯塔基和紐馬克特柱)
ProteqFlu-Te (歐洲)
Recombitek (USA)
Merial
ALVAC
西尼羅河病毒(WNV)
PreM–Env
Recombitek Equine WNV
Merial
ALVAC
狂犬病毒
糖蛋白G
Purevax Feline Rabies
Merial
ALVAC
貓白血病病毒(FeLV)
Env、Gag–Pol
Purevax FeLV
Merial
ALVAC
犬瘟熱病毒
HA和F
RECOMBITEK rDistemper
Merial
ALVAC
犬瘟熱病毒
雪貂
HA和F
Purevax Ferret Distemper
Merial
禽痘病毒(FPV)
禽流感病毒和FPV
家禽
H5 HA
Trovac AI H5
Merial
FPV
新城疫病毒(NDV)和FPV
家禽
HN和F
Vectormune FP-N
Biomune
牛痘病毒
狂犬病毒
野生動(dòng)物
糖蛋白G
Raboral
Merial
NDV(LaSota株)
禽流感病毒和NDV
家禽
H5 HA
NewH5
Avimex
黃病毒 YFV-17D(活嵌合病毒)
WNV
preM-Env in
在YFV-17D主鏈的WNV的
PreveNile
Intervet
HVT(活嵌合病毒)
IBDV和馬立克氏病病毒
家禽
HVT主鏈的IBDV的VP2
axxitek HVT IBD
Merial
ALVAC,減毒的金絲雀痘病毒;Env,包膜蛋白;Gag,組特異性抗原;F,融合抗原;H5 HA,來(lái)自流感病毒H5的HA;HA,血凝素;HN,血凝素-神經(jīng)氨酸酶蛋白;HVT,土耳其皰疹病毒;IBDV,感染性法氏囊病病毒;Pol,聚合酶;preM,膜前蛋白;VP2,病毒蛋白2;YFV-17D,減毒黃熱病毒株17D。
人類傳染病疫苗
病毒載體疫苗最初被開發(fā)用于誘導(dǎo)針對(duì)細(xì)胞內(nèi)病原體的保護(hù)性T細(xì)胞應(yīng)答。然而,到目前為止,病毒載體疫苗和直接作用于T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫(可能除了BCG之外)的疫苗都已被許可用于人類使用。這種情況更加復(fù)雜,因?yàn)檫@些新方法已被選為用于常規(guī)疫苗方法未能有效的一些最復(fù)雜的人類病原體,包括惡性瘧原蟲瘧疾、結(jié)核分枝桿菌和HIV-1。然而,重組病毒疫苗技術(shù)已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前正在開發(fā)用于人類的載體列表如表2所示。目前,在人類臨床試驗(yàn)中首次報(bào)道了令人印象深刻的T細(xì)胞免疫原性水平——這一目標(biāo)盡管作出了廣泛的努力,但尚未實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的DNA質(zhì)粒疫苗技術(shù)。這一進(jìn)步的關(guān)鍵是AdV載體疫苗的發(fā)展——AdV具有引發(fā)針對(duì)轉(zhuǎn)基因的免疫應(yīng)答的顯著能力,可以通過用于相同抗原重組的第二載體(通常為MVA或第二載體)而被提升至高水平AdV的異源血清型。類似地,MVA和AdV都可以顯著地增強(qiáng)由其他方式引發(fā)的免疫應(yīng)答,例如BCG疫苗接種。在表4中提供了這兩種廣泛使用的載體的比較。
瘧疾疫苗。使用表達(dá)前紅細(xì)胞階段瘧疾抗原環(huán)子孢子蛋白(CSP)或血液階段瘧疾抗原頂端膜抗原1(AMA1)的兩種HAdV-5載體的混合物最近取得了進(jìn)展。在人類志愿者進(jìn)行單次免疫后,通過離體IFN-γ ELISPOT測(cè)量每百萬(wàn)外周血單核細(xì)胞(PBMC)對(duì)500-1,000個(gè)斑點(diǎn)形成單位(SFU)的每種抗原的顯著平均響應(yīng)。消耗研究將響應(yīng)定義為混合的CD8 和CD4 T細(xì)胞應(yīng)答,其中CD8 表型是通過流式細(xì)胞術(shù)測(cè)量的IFN-γ分泌的應(yīng)答細(xì)胞中CD4 表型的頻率的3至5倍(M.Cesegah和T. richie,私人交流)。為了規(guī)避HAdV-5預(yù)先存在的宿主反應(yīng)的問題,罕見的人類血清型或非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物的重組腺病毒也正在瘧疾疫苗候選者中開發(fā)。正在臨床前研究異源性AdV(如HAdV-35和HAdV-11)的引發(fā)和增強(qiáng),并且令人鼓舞的是,表達(dá)與紅細(xì)胞前期抗原血小板反應(yīng)蛋白相關(guān)的粘附蛋白融合的重組黑猩猩腺病毒血清型63(AdCh63)多位抗原決定簇(Me-TrAP)隨后用MVA引起的刺激引起人類志愿者抗瘧疾抗原的平均水平>百萬(wàn)PBU /百萬(wàn)PBU(A.Hill,私人交流)。進(jìn)一步的臨床前研究還報(bào)道了在小鼠中使用AdV-MVA方案以誘導(dǎo)高滴度抗體應(yīng)答和有效的T細(xì)胞應(yīng)答。使用重組血液瘧疾抗原裂殖子表面蛋白1(MSP1)的載體的具體HAdV-5-MVA方案誘導(dǎo)針對(duì)血液期感染的保護(hù)性抗體應(yīng)答以及部分有效抵抗前期肝臟階段感染。
異源痘病毒和DNA痘病毒免疫方案建立了人類初免-加強(qiáng)方法的價(jià)值,在臨床試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了比單載體方法更強(qiáng)的T細(xì)胞反應(yīng)。盡管如此,療效有限,因此,預(yù)計(jì)在2009-2010年這些新的AdV載體疫苗的IIa期瘧疾挑戰(zhàn)性研究將是重要的。即使成功,這些潛在的疫苗候選人將面臨更多的挑戰(zhàn),包括人類(特別是非洲)人群中HAdV-5載體的高級(jí)預(yù)先存在的免疫力的潛在問題。此外,AdV載體在未成年非洲兒童的目標(biāo)群體中的免疫原性仍有待觀察。在發(fā)達(dá)國(guó)家,與自然免疫的非洲成年人和無(wú)瘧疾志愿者相比,在1至6歲的兒童中,生活在高瘧疾傳播地區(qū)的疫苗免疫原性降低。
前紅細(xì)胞階段瘧疾:瘧原蟲孢子體侵襲肝細(xì)胞并發(fā)展6-7天。這一階段被認(rèn)知為肝或前紅細(xì)胞階段并發(fā)展至血液階段感染。肝階段在臨床上沒有癥狀,感染者沒有感染征兆或癥狀。
血液階段瘧疾:在肝階段寄生蟲在肝細(xì)胞中成長(zhǎng)為裂殖子,在6-7天后破裂而出進(jìn)入血液中,在紅細(xì)胞中經(jīng)歷一個(gè)無(wú)性生殖的周期,持續(xù)約48 h。
斑點(diǎn)形成單位(SFU):ELISPOT法相當(dāng)于改進(jìn)的ELISA法。在該方法發(fā)展階段中,在平板膜上形成的“斑點(diǎn)”加以利用。結(jié)果表示為每百萬(wàn)細(xì)胞的SFU。
圖2 人類和獸醫(yī)疫苗可能的免疫途徑
顯示了各種可能的接種途徑的潛在優(yōu)勢(shì)( )和缺點(diǎn)(-)。肌內(nèi)免疫是人類免疫接種的主要方法,除了常規(guī)事先給藥的牛分枝桿菌卡介苗(BCG)疫苗之外,還有一些例外。目前正在開展無(wú)針刺皮下裝置的研發(fā)工作,例如涂上疫苗的貼片,可在沒有受過訓(xùn)練的個(gè)體的情況下自行應(yīng)用——大規(guī)模和緊急疫苗接種的明顯優(yōu)勢(shì)。某些癌癥疫苗也可以靜脈內(nèi)施用,但是一般來(lái)說(shuō),對(duì)于該途徑來(lái)說(shuō),安全性問題仍然很高。通過使用口服或霧化疫苗可以增加胃腸道(GI)和呼吸道內(nèi)的黏膜免疫力。這可以增強(qiáng)對(duì)病原體的保護(hù)性免疫,例如抗肺結(jié)核感染或粘膜組織中的HIV感染。鑒于已經(jīng)報(bào)道在酸性條件下刺激免疫應(yīng)答,重組腺病毒人血清型41(HAdV-41)是天然腸道病原體,可能被證明是口服途徑更合適的載體。然而,在這些疫苗接種途徑可廣泛應(yīng)用于人類之前,展示和維持疫苗安全性、功效、穩(wěn)定性和劑量方面仍有許多工作要做。在保持疫苗功效的同時(shí)保持在人體中使用任何這些較不標(biāo)準(zhǔn)給藥途徑的成本,更重要的是,安全性對(duì)重組病毒載體技術(shù)構(gòu)成相當(dāng)大的挑戰(zhàn),而且還需要進(jìn)行大量的概念驗(yàn)證研究。b獸醫(yī)疫苗也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的腸胃外免疫途徑(皮內(nèi)和肌內(nèi)),但是使用替代途徑如飲用水,噴霧劑或通過卵內(nèi)免疫接種也是由經(jīng)濟(jì)學(xué)驅(qū)動(dòng)的,動(dòng)物安全性要求較低及需要大規(guī)模疫苗接種策略。
結(jié)核疫苗。類似于瘧疾的情況,正在為人類結(jié)核病開展高度有前途的藥物疫苗計(jì)劃。在沒有人類實(shí)驗(yàn)性挑戰(zhàn)模式的情況下,這些仍然受到一些阻礙,盡管正在努力開發(fā)牛分枝桿菌BCG作為人類結(jié)核分枝桿菌的替代挑戰(zhàn)。因此,一旦選擇了候選疫苗,效能領(lǐng)域的試驗(yàn)仍然是必不可少的——一個(gè)既漫長(zhǎng)又昂貴的過程。目前,在南非進(jìn)行了一項(xiàng)BCG質(zhì)粒和MVA-85A(含有編碼分枝桿菌肌醇轉(zhuǎn)移酶85A抗原基因的MVA載體)增強(qiáng)方案,目前正在進(jìn)行IIb階段的功效研究,迄今為止,在非洲已經(jīng)證明了高水平的T細(xì)胞免疫原性,以及超過五百人的安全紀(jì)錄,包括成年人、青少年、嬰兒、艾滋病毒陽(yáng)性個(gè)體以及肺結(jié)核感染者。結(jié)核病疫苗領(lǐng)域還正在開發(fā)AdV載體候選疫苗,并使用類似的方法通過使用罕見的人類血清型如HAdV-35來(lái)規(guī)避人類抗HAdV-5反應(yīng)。表達(dá)三種TB抗原(85A,85B和10.4)(參考文獻(xiàn)98)的融合蛋白的HAdV-35疫苗候選物可以增強(qiáng)由非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物中的BCG或重組BCG引發(fā)的T細(xì)胞應(yīng)答,建立一種在人類中測(cè)試方法。已經(jīng)在美國(guó)和南非137期的I期研究中報(bào)道了混合的CD8 和CD4 T細(xì)胞應(yīng)答,但CD8 T細(xì)胞對(duì)人類對(duì)結(jié)核病免疫反應(yīng)的貢獻(xiàn)仍不清楚。對(duì)于兩種主要的病毒載體疫苗候選物,臨床前研究現(xiàn)正在積極尋求氣霧化而不是全身給藥的可能性,使用噴霧器來(lái)嘗試增強(qiáng)可能對(duì)結(jié)核分枝桿菌感染更有保護(hù)作用的粘膜免疫(圖2)。如果我們要解決這些突出的免疫學(xué)問題,那么來(lái)自非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物的進(jìn)一步的臨床前數(shù)據(jù)是必要的。
注釋框1  受感染的免疫接種動(dòng)物的分化
在某些家畜感染的情況下,有效的常規(guī)疫苗是可用的,但只能在基于血清學(xué)測(cè)試的疾病監(jiān)測(cè)的情況下使用。天然感染和疫苗接種都會(huì)導(dǎo)致血清陽(yáng)性動(dòng)物。一個(gè)典型例子是??谔阋卟《荆‵MDV):雖然滅活疫苗可以有效地用于控制疾病,但它們不常用于“無(wú)FMDV”國(guó)家,因?yàn)檫@將危及一個(gè)國(guó)家的無(wú)疾病狀態(tài)而導(dǎo)致國(guó)際貿(mào)易的巨大經(jīng)濟(jì)影響。FMDV疫苗已被用于在爆發(fā)期間減少疾病的傳播,盡管疫苗接種的動(dòng)物必須隨后被屠宰,以重新建立該國(guó)的無(wú)FMDV狀態(tài)。其他實(shí)例包括牛皰疹病毒1型感染(導(dǎo)致感染性牛鼻氣管炎)、古典豬瘟和豬Aujeszky?。ㄓ蓚慰袢《净虬捳畈《?引起)。防止這種情況的一個(gè)替代方案是開發(fā)允許感染疫苗接種動(dòng)物(DIVA)分化的疫苗。這通過使用亞單位疫苗(例如,表達(dá)來(lái)自病原體的單一抗原的病毒載體)或從常規(guī)減毒疫苗中選擇性缺失已鑒定的基因來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,疫苗接種和自然感染可以使用合適的診斷測(cè)定法進(jìn)行區(qū)分,該診斷測(cè)定法鑒定針對(duì)疫苗中抗原的抗體對(duì)抗疫苗中針對(duì)抗原的抗體,該抗原缺失或不存在于疫苗中,接種動(dòng)物僅暴露于野生自然感染型病原體。
黃病毒。黃熱病是一種病毒性疾病,由于其流行病學(xué)的轉(zhuǎn)變,在人類孩童中中重新出現(xiàn)。70多年來(lái),人類已經(jīng)使用了一種高效減毒疫苗(YFV-17D)。隨著基于YFV-17D的減毒黃病毒活載體的發(fā)展,黃病毒疫苗合理開發(fā)的方案已經(jīng)發(fā)展到編碼黃病毒前膜和包膜蛋白的preM-Env基因已被西尼羅河病毒、日本腦炎病毒或登革熱病毒產(chǎn)生嵌合載體。在這些載體中非黃病毒的抗原已經(jīng)難以穩(wěn)定地表達(dá),但是已經(jīng)報(bào)道了非黃病毒表位的插入,GFP104的穩(wěn)定插入也是如此。在I-III期試驗(yàn)中進(jìn)行了廣泛和成功的安全和免疫原性測(cè)試后,日本腦炎的嵌合黃病毒可能是第一個(gè)被許可用于人類的病毒載體疫苗。
流感病毒。交叉流感疫苗的發(fā)展將是一個(gè)主流而長(zhǎng)期探究的過程,特別是考慮到新型流感病毒,如甲型H1N1流感病毒流行株和季節(jié)性爆發(fā)高致病性禽流感。誘導(dǎo)針對(duì)保守的內(nèi)部流感抗原的保護(hù)性T細(xì)胞應(yīng)答而不是針對(duì)表面血凝素和神經(jīng)氨酸酶抗原的變體特異性抗體應(yīng)答是可能有機(jī)會(huì)成功的一種方法。目前正在進(jìn)行使用表達(dá)高度保守的內(nèi)核蛋白和基質(zhì)1(NP-M1)甲型流感病毒抗原的MVA載體候選交叉流感疫苗的I期試驗(yàn)。該載體可以促進(jìn)可能由于天然暴露引發(fā)的個(gè)體T細(xì)胞反應(yīng)(S.Girbert,私人交流)。如果這些T細(xì)胞應(yīng)答與保護(hù)有關(guān),正如一些證據(jù)表明的,那么病毒載體疫苗方法與用于誘導(dǎo)針對(duì)變體特異性表面外殼抗原的抗體的季節(jié)性流感疫苗相比,可能證明是極為劃算的。
HIV。疫苗發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)也許比流行性感冒病毒的季節(jié)變異性和抗原性漂移更嚴(yán)峻的是艾滋病毒流行學(xué)的不斷變化。用于HIV-1的T細(xì)胞誘導(dǎo)疫苗旨在減少病毒載量和CD4 T細(xì)胞損失、延長(zhǎng)存活并減少傳播。使用減毒的金絲雀痘病毒(AlVAC)、MVA或NYVAC重新開展痘苗病毒方案。已經(jīng)開發(fā)并評(píng)估了每一種痘病毒疫苗載體中在人體中誘導(dǎo)HIV-1特異性免疫應(yīng)答的能力。最近的HIV-1III期臨床試驗(yàn)在一個(gè)大型社區(qū)的人群中使用AlVAC和AIDSVAX(單體HIV-1糖蛋白120)的組合,其傳播風(fēng)險(xiǎn)是基于異性戀生活的。盡管研究發(fā)現(xiàn)預(yù)防HIV-1感染(31.2%療效)的令人鼓舞的趨勢(shì),但后感染病毒載量或CD4 T細(xì)胞計(jì)數(shù)沒有表現(xiàn)出可喜趨勢(shì)。在非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物的臨床前功效研究中,已經(jīng)報(bào)道了當(dāng)異源初免-加強(qiáng)組合中使用某些痘基載體來(lái)增強(qiáng)DNA引導(dǎo)反應(yīng)時(shí)病毒載量的控制和CD4 T細(xì)胞計(jì)數(shù)的保存。它們能夠誘導(dǎo)針對(duì)Env的抗體應(yīng)答并引發(fā)不同程度的T細(xì)胞應(yīng)答。在人類中,T細(xì)胞反應(yīng)是混合的CD4 和CD8 表型,在細(xì)胞因子產(chǎn)生方面具有廣泛功能。盡管如此,仍然認(rèn)為這些疫苗方案需要改進(jìn)以增加針對(duì)抗原如Gag和Pol的CD8 和CD4 T細(xì)胞應(yīng)答的強(qiáng)度和廣度,并誘導(dǎo)針對(duì)天然三聚體的高度中和抗體或高親合力抗體Env蛋白。
HIV-1疫苗接種的HAdV-5重組體的開發(fā)迄今為止產(chǎn)生了最具免疫原性的候選疫苗,這被引入了一項(xiàng)名為STEP的人體功效試驗(yàn)。HAdV-5重組體仍然是HIV-1疫苗開發(fā)的領(lǐng)先方法,直到STEP試驗(yàn)以無(wú)效為由終止。盡管在人類瘧疾和結(jié)核病初免-加強(qiáng)疫苗項(xiàng)目中引發(fā)了更強(qiáng)大的T細(xì)胞應(yīng)答,但有一些人認(rèn)為STEP試驗(yàn)的失敗是為了解除旨在誘導(dǎo)T細(xì)胞介導(dǎo)免疫的疫苗概念的理由。然而,令人鼓舞的是,在初步的失敗之后,討論重新集中在進(jìn)一步優(yōu)化疫苗免疫原和技術(shù)上。的確,現(xiàn)在報(bào)道了非艾滋病毒感染的高T細(xì)胞誘導(dǎo)需要在艾滋病毒疫苗領(lǐng)域相匹配。HIV-1疫苗開發(fā)已經(jīng)開始關(guān)注其他較不成熟的嵌合病毒載體技術(shù)。目前,仙臺(tái)病毒、巨細(xì)胞病毒(CMV)、呼腸孤病毒、單純皰疹病毒和NDV正在由包括國(guó)際艾滋病疫苗行動(dòng)組織(IAVI)在內(nèi)的一系列群體進(jìn)行評(píng)估。最近使用CMV作為載體已經(jīng)表明,該載體在嚴(yán)格的SIVMAC(獼猴的猴免疫缺陷病毒)恒河猴獼猴挑戰(zhàn)模型中具有顯著的功效,超過了另一項(xiàng)使用HAdV-5的研究觀察到的病毒載量的抑制。替代策略可能會(huì)結(jié)合目前可獲得的最具免疫原性的初免-加強(qiáng)方案,如AdV-MVA或異源AdV-AdV方案甚至三重組合,以促進(jìn)T細(xì)胞和B細(xì)胞應(yīng)答的聚集。最近已經(jīng)描述的重組HAdV-26-HAdV-5方案,可以誘導(dǎo)針對(duì)恒河猴中的SIVMAC Gag的T細(xì)胞應(yīng)答,比由同源HAdV-5方案誘導(dǎo)的應(yīng)答更強(qiáng),更多功能性和保護(hù)性。事實(shí)上,在這些獼猴中,平均每百萬(wàn)PBMC的平均值> 2,000 SFU,而在STEP試驗(yàn)中同源HAdV-5初免-加強(qiáng)方案下志愿者每百萬(wàn)PBMC的平均值約為300 SFU。未來(lái)的研究將揭示這些方法是否可以持續(xù)改進(jìn)在SIVMAC恒河猴獼猴挑戰(zhàn)模型中由DNA和HAdV-5疫苗組合設(shè)計(jì)的免疫和病毒控制基準(zhǔn)。
表4 人腺病毒和修飾的痘苗病毒安卡拉病毒載體的比較
人腺病毒(HAdV)
改良的痘苗病毒安卡拉株(MVA)
腺病毒科
痘病毒科
哺乳動(dòng)物腺病毒屬
正痘病毒屬
6種(A-F)
牛痘病毒
血清型
51 HAdV血清型
減毒MVA和NYVAC
病毒粒
60-90 nm,無(wú)包膜二十面體顆粒,衣殼蛋白(240個(gè)六鄰體和120個(gè)五鄰體)
300*250 nm。有包膜、圓形或磚型的多形態(tài)病毒粒:IMV、IEV、CEV、EEV
基因組
34-43 kb雙鏈DNA,15個(gè)轉(zhuǎn)錄單元:E1-E5、IX、IVa2、L1-L5和VA RNA
178 kb雙鏈MVA DNA,193個(gè)ORF和177個(gè)基因(包括25個(gè)假基因)
趨性
廣泛趨性
廣泛趨性
T細(xì)胞受體
柯薩奇腺病毒受體、肝素敏感型受體、CD46、CD80、CD86(亞型B)
復(fù)雜的侵入途徑
載體產(chǎn)生
具有缺失一個(gè)或多個(gè)必需基因(E1,E3和E4)的基因組質(zhì)粒和克隆到缺失位點(diǎn)的轉(zhuǎn)基因;將載體轉(zhuǎn)染到包裝細(xì)胞系(HEK293或PER.C6)中,得到純重組病毒
通過CEF(MVA)或基因敲除(NYVAC)減毒;將轉(zhuǎn)基因克隆到質(zhì)粒載體中,并將載體在細(xì)胞培養(yǎng)物中重組成親本病毒基因組,標(biāo)記基因允許選擇重組病毒
插入能力
~7.5 kb在E1和E3-敲除HAdV-5
在MVA中至少25 kb
轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子
巨細(xì)胞病毒、β-肌動(dòng)蛋白、人類伸長(zhǎng)因子1α、小鼠腺病毒、泛素
天然或合成的早期和晚期的痘病毒啟動(dòng)子,如P7.5、SSP、mH5、l1L
描述了病毒粒子,基因組,載體向性,載體生成和轉(zhuǎn)基因插入物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵差異。CEFs,雞胚成纖維細(xì)胞;CEV,細(xì)胞相關(guān)包膜病毒;EEV,細(xì)胞外包膜病毒;HAdV-5,人腺病毒血清型5;IEV,細(xì)胞內(nèi)包膜病毒;IMV,細(xì)胞內(nèi)成熟病毒;紐約NYVAC,紐約減毒痘苗病毒;VA,病毒相關(guān)。
癌癥疫苗。癌癥疫苗領(lǐng)域不僅面臨誘導(dǎo)強(qiáng)大、持久、有效的免疫應(yīng)答(許多傳染病疫苗共享問題)的問題,而且還面臨著如何打破對(duì)自身抗原的耐受性——根據(jù)定義,在免疫缺陷環(huán)境中,抗原的弱免疫原性或功能性非免疫原性這一獨(dú)特和復(fù)雜的挑戰(zhàn)。有趣的是,某些癌癥疫苗在具體情況下似乎有曙光。使用治療性病毒載體疫苗靶向癌胚抗原(CEA),在與局部放射,化學(xué)療法或細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞蛋白4(CTLA4)的組合特異性單克隆抗體,已經(jīng)使一些患者存活率有所改善。在該設(shè)置中,一個(gè)“抗原級(jí)聯(lián)”已經(jīng)觀察到,由此給CEA的T細(xì)胞應(yīng)答不僅接種后并且對(duì)其它腫瘤相關(guān)抗原(TAA)重新應(yīng)答中有所顯現(xiàn),這可能更有效的誘導(dǎo)免疫靶向癌細(xì)胞。表達(dá)TAA的MVA載體也正在進(jìn)行高級(jí)臨床試驗(yàn),作為對(duì)腎、前列腺和非小細(xì)胞肺癌的一線療法的補(bǔ)充。最近的免疫學(xué)分析表明,激活的自然殺傷細(xì)胞基線水平與接受化療的肺癌患者隨后在MVA-MuC1-II-2的療效有顯著的相關(guān)性。激活的自然殺傷細(xì)胞的水平潛在地可以用作可能受益于病毒載體免疫聯(lián)合治療的患者的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物。與免疫損害的病毒感染一樣,在治療環(huán)境中使用癌癥疫苗將重新建立功能強(qiáng)大的免疫應(yīng)答,其可在潛在的耐受性環(huán)境中維持——作為一部分免疫逃避策略誘導(dǎo)的癌癥治療。在這一點(diǎn)上,聯(lián)合治療在癌癥疫苗領(lǐng)域具有最大的希望,盡管來(lái)自小鼠和非人類靈長(zhǎng)類的臨床前研究數(shù)據(jù)表明,表達(dá)候選TAA的AdV載體可以破壞耐受性。還有待觀察基于AdV載體的候選癌癥疫苗是否可以在人類試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)比基于痘病毒的免疫療法更好的免疫原性。
癌胚抗原(CEA):一種癌胚膜糖蛋白,屬于免疫紅蛋白基因超家族。CEA在幼兒胃腸組織中表達(dá),也在很多結(jié)腸、直腸、胸腺、肺、胰腺癌細(xì)胞中過度表達(dá)。CEA可以作為惡性腫瘤和腫瘤相關(guān)性抗原的血清學(xué)標(biāo)志物,廣泛用作癌癥疫苗的靶向物。
未來(lái)研究方向
大多數(shù)病毒已經(jīng)發(fā)展出逃避宿主免疫應(yīng)答和以不同方式調(diào)節(jié)后續(xù)炎癥環(huán)境的機(jī)制。這些逃避屬性與理想疫苗佐劑的免疫刺激性質(zhì)相反。然而,在新的基因組學(xué)時(shí)代,編碼具有免疫逃避特性的因子的特定病毒基因正在被靶向以增強(qiáng)這些免疫刺激性質(zhì)。疫苗載體探索過程中,這種新科技不僅使用已建立是病毒載體進(jìn)行疫苗接種,而且還在探索并表征新的病毒。例如,正在進(jìn)行研究使用多種策略來(lái)尋找替代載體來(lái)規(guī)避先前存在的載體免疫的問題。這些載體與新的疫苗初免-增強(qiáng)方案相結(jié)合,將引發(fā)更強(qiáng)大、更廣泛和更持久的效應(yīng)應(yīng)答,為免疫學(xué)問題提供了有希望的解決方案。許多新載體系統(tǒng)的出現(xiàn)不能分散改進(jìn)當(dāng)前載體的機(jī)會(huì)。敲除病毒基因以改善抗原呈遞,改善佐劑效應(yīng)和定向免疫應(yīng)答是重要的新研究路線。新技術(shù)包括通過在細(xì)菌“重組”染色體以更容易地操縱痘病毒基因組,以及將高通量轉(zhuǎn)基因插入AdV載體,包括在轉(zhuǎn)基因啟動(dòng)子中使用細(xì)菌tet操縱子元件來(lái)關(guān)閉轉(zhuǎn)基因的轉(zhuǎn)錄,可能對(duì)病毒生長(zhǎng)有毒或有害。這種技術(shù)的使用將被用于一系列不同的載體平臺(tái),因此允許篩選新的安全的病毒疫苗載體,但是對(duì)于它們遞送的重組疫苗抗原顯示出改善的免疫原性。
用于動(dòng)物和人類的病毒載體疫苗的發(fā)展面臨著科學(xué)和管理領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。然而,這些技術(shù)終于實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物的功效,并且在人類中長(zhǎng)期探究,特別是瘧疾、結(jié)核病和流行性感冒領(lǐng)域的強(qiáng)大免疫應(yīng)答。這些新技術(shù)的翻譯將有助于疫苗開發(fā),以應(yīng)對(duì)該領(lǐng)域中一些最棘手的挑戰(zhàn),如癌癥和HIV-1。復(fù)制缺陷病毒載體疫苗的是許可的,因?yàn)樗鼈兾挥趦煞N極端之間——蛋白質(zhì)-佐劑疫苗和活病毒疫苗,兩者都經(jīng)過相當(dāng)大的努力以獲得許可。隨著第一種針對(duì)日本腦炎病毒的嵌合黃病毒疫苗等待監(jiān)管批準(zhǔn),該項(xiàng)研究為許多其他病毒載體疫苗的高級(jí)臨床開發(fā)鋪路。接下來(lái)的25年將成為疫苗科學(xué)復(fù)興的充滿挑戰(zhàn)但令人興奮的紀(jì)元。
參考文獻(xiàn):
Draper SJ, Heeney JL.Viruses as vaccine vectors for infectious diseases and cancer. Nat Rev Microbiol. 2010 Jan;8(1):62-73.
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