PNAS:開啟疫苗設計新時代
日期:2013-01-18 09:21:21
德克薩斯大學的研究人員開發了能增強多種疫苗效力的61個基因工程菌,包括流感疫苗、百日咳疫苗、霍亂疫苗和HPV疫苗。這項研究發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。
佐劑是添加到疫苗中促進人體免疫應答的物質,這項研究對大腸桿菌E. coli菌株進行了基因工程改造,以便將其作為更有效的佐劑。該研究有望徹底轉變疫苗設計現狀。
“鋁鹽作為唯一佐劑的歷史有七十年,” 德克薩斯大學自然科學學院生物副教授Stephen Trent說。“我們并不完全了解鋁鹽起作用的原因,此外鋁鹽也存在著局限。四年前,FDA批準了第一個生物學佐劑。而我們的這項研究在此基礎上更進一步,能夠更有目的性地設計疫苗。”
佐劑是在疫苗商業化生產的早期被發現的,當時人們注意到受污染的疫苗批次反而比未受污染的更加有效。
“這被稱為免疫學中‘骯臟的小秘密’,” Trent說。“疫苗被污染,卻能引發更好的免疫應答。” 研究人員由此意識到,可以有意添加污染物(佐劑)來產生組合效應。
滅活/減毒的細菌/病毒是疫苗的主要成分,使機體免疫系統“學會”識別病原體并產生相應抗體。而佐劑能觸發更廣泛的免疫應答,使血流循環中出現更多免疫物質并學會識別病原體,日后免疫系統再碰到這類病毒/細菌時就能更有效地武裝起來。
七十年來,世界上幾乎所有的疫苗都用鋁鹽作為佐劑。2009年,FDA批準了人乳頭瘤病毒HPV的一個新疫苗,該疫苗采用經修飾的內毒素分子作為新型佐劑。內毒素分子出現在許多細菌的表面,具有一定的危險性。人類演化了數百萬年的免疫系統能夠快速檢測和應答內毒素,因此內毒素會立即觸發機體的紅色警報。
“有些類型的內毒素會使人致命,” Trent說。“而被稱為MPL的這種新佐劑只是內毒素的一小段,且經過仔細修飾,能夠觸發免疫應答又不會使反應過度。”
Trent及其同事在這一基礎上進行了拓展,他們放棄內毒素的惰性片段,而直接對大腸桿菌E. coli進行基因工程改造,使細胞表面表達多種所需的內毒素組合。
“這61種大腸桿菌各具有不同的表面特征,”文章第一作者,Trent實驗室的博士生Brittany Needham說。“它們的內毒素表面結構在任何情況下都是安全的,而且還能通過多種途徑與免疫系統相互作用。由此,我們獲得了多種疫苗的潛在佐劑,可供進一步試驗。”
其中有些內毒素組合與霍亂疫苗配合最好,有些更適合百日咳疫苗,還有些可用于未來的HIV疫苗。隨著更多基因工程菌的改造和測試,以及對佐劑-免疫系統互作的進一步了解,研究人員相信他們能夠對這類佐劑進行更精確地微調。
“我們正處于疫苗設計新時代的黎明,” Trent說。“很長時間以來疫苗學實際上是一個不斷試錯的領域,就像個黑盒子。我們知道特定物質起作用,我們也知道特定疫苗有特定的副作用,但我們不完全清楚這其中的原因。現在這一切正在改變。”
Trent指出這一系統的優勢還在于,一個E. coli能夠表達多種疾病的抗原,從而介導多重效應。“這說明,一個疫苗可能同時針對多種病原菌提供保護,” Trent說。
Trent及其同事正在進行第二輪的基因工程研究,他們已為這一系統申請了臨時專利,希望能夠找到合作伙伴以開展臨床試驗。
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