治疗性疫苗应用于慢性/感染性疾病治疗的研究

游 丹 刘舒媛 杨昭庆

中国医学科学院 北京协和医学院医学生物学研究所，云南昆明 650118

疫苗作为一种刺激免疫系统产生抗原特异性免疫反应的手段被成功应用于控制各种感染性疾病。时至今日，疫苗研制已成为最重要的免疫学和医学成就之一，用将病原体灭活或减毒以保留其免疫原性，去除其传染性或毒性的方法制做的传统疫苗，防止了天花、脊髓灰质炎等许多传染病的发生和死亡。上世纪70 年代之后，抗生素的广泛应用有效地治疗了许多感染性疾病，这使得人们似乎认为抗生素是一种治疗感染性疾病的成功和有益的方法，人们不再需要去花费很长的时间和很大的精力、财力来研制疫苗了。而近来发现抗生素的大量应用，特别是滥用，已经引起了严重的耐药问题，现在许多的病原菌具有自己的多重耐药谱，结核病的抬头就是一个很好的例证。此外，许多病毒性疾病目前仍无有效的治疗手段，研制疫苗仍然是解决感染性疾病最有效和最有前景的方法。

传统意义上的疫苗是应用于健康人群预防感染，近年来，疫苗研究的重点除了关注重大感染性疾病的预防，还关注于在已患病个体诱导特异性免疫应答，消除病原体或异常细胞，使疾病得以治疗，即治疗性疫苗（therapeutic vaccine）的研制。治疗性疫苗是近年建立和发展起来的免疫治疗新概念，是指能够打破慢性感染者体内免疫耐受，重建或增强免疫应答的新型疫苗。治疗性疫苗不仅具有预防性疫苗的间接靶向特异性和长效性等特点，而且还具有治疗性药物的疗效，是抗病毒、抗肿瘤的新治疗手段，主要应用于目前尚无有效治疗药物的疾病，如：肿瘤、自身免疫病、慢性感染、移植排斥、超敏反应、神经退行性疾病、代谢疾病（如糖尿病和骨质疏松症）等[1]。治疗性疫苗作为一种新型的以治疗为目的的疫苗，是对于治疗药物介入疗效甚微的持续、反复、慢性感染患者综合性治疗的一种提高免疫应答能力的辅助手段，具有广阔的发展前景。本资料主要对治疗性疫苗的作用机理、研究进展概况进行分析讨论。

1 治疗性疫苗的免疫学和生物学机制

预防性疫苗是针对感染原的免疫反应，通过产生体液免疫反应来识别并中和再次入侵的病原体，从而阻止疾病发生。治疗性疫苗是对于已感染病毒的机体（机体具有病毒抗原），由于其自身机体免疫反应的部分缺陷，不能发挥作用，治疗性疫苗通过不同途径把微生物抗原提呈给免疫系统，诱导机体的细胞免疫应答（特别是细胞毒性T 细胞，CTLs 的杀伤活性）从而清除感染细胞，同时高效中和抗体以防止病原体感染非感染细胞[1]。还有一种说法是机体接受治疗性疫苗后，刺激TPB 细胞增殖，激活巨噬细胞，促进NK 细胞杀伤肿瘤细胞，从而发挥免疫增强作用。

2 治疗性疫苗应用于治疗慢性感染疾病

2.1 人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）

艾滋病自发现至今已蔓延全球，研究表明，此逆转录病毒主要靠高速增殖和高度变异两大武器来破坏人体免疫系统，近来发现机体清除细胞内感染病原物以细胞免疫为主，体液免疫作用较小。HIV 的基因组为RNA 双分子，其单链长约9.7 kb，含有各种调节基因和结构基因。两个相同的正链RNA 与逆转录酶、整合酶、RNaseH、P6、P7 等蛋白结合在一起。HIV 病毒早期主要侵染巨噬细胞，晚期主要侵染辅助T 细胞，使CD4+的T 淋巴细胞数量减少。HIV 治疗性疫苗的研发已经有十多年的时间，许多研发团队使用了完整的非活性HIV-1 或者重组gp160 疫苗。现在已有超过60 个HIV-1 治疗性疫苗已经进入I 期临床研究，若干个正在进行II 临床研究。目前HIV-1 疫苗研究主要有：亚单位疫苗即重组的病毒膜蛋白单体或多肽、以活病毒（如腺病毒、牛痘病毒、单链RNA 病毒等）为载体的疫苗和DNA 质粒疫苗等[2]。膜蛋白疫苗或多肽肽段疫苗不足以引起CTL 反应或产生能中和HIV-1 的抗体；活病毒载体安全域较窄，具有潜在致病性；由于HIV 免疫以细胞免疫为主，所以诱发细胞免疫的DNA 质粒疫苗具明显优势，虽研究时间较短，但已取得重要进展，前景较好。HIV 的DNA 疫苗多以病毒的结构蛋白基因如env（编码gp120）、gag-pol-env 和调节基因如nef、rev、tat 为免疫靶来诱发机体的CTL 反应[2]。nef 基因可正负调节CD4+分子的表达，rev 是结构基因表达的调节子，tat 是潜伏状态病毒的转录激活子，它对病毒的复制均起重要作用。目前尚未有可行的预防性疫苗。

2.2 乙肝病毒（hepatitis B virus，HBV）

尽管乙肝预防性疫苗非常有效，我国仍有约9 300 万HBV携带者。抗病毒治疗疗效有限，患者长期使用容易产生耐药性。因此，研制乙肝治疗性疫苗可补充甚至替代目前的抗病毒治疗。T 细胞免疫对于HBV 的控制和清除至关重要。因此，以诱导炎性细胞因子刺激CD4+和CTL 细胞应答为靶向，打破免疫耐受、重建或增强免疫应答从而抑制病毒复制。目前正在研究中的乙型肝炎治疗性疫苗包括蛋白类疫苗、肽类疫苗、DNA 疫苗或病毒载体疫苗及自体树突状细胞疫苗。见表1。

尽管国内外有大量针对慢性乙型肝炎的各种治疗性疫苗的研究，但在慢性HBV 感染患者中该疗效并不长久，有很多因素必须进行评估，各种治疗性疫苗尚有待进一步研究与认证。疫苗所包含的抗原都以直接诱导针对病毒包膜的CD4+和CD8+T 细胞应答为目的，然而刺激产生有效的细胞免疫应答的同时也必然会出现免疫损伤，如何合理地应用治疗性疫苗尚需科研人员及临床专家的共同探索。

2.3 丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）

HCV 是引起慢性肝病的主要病原体。研究发现，影响HCV 感染结局的因素，包括病毒变异引起的免疫逃逸、效应T细胞和记忆T 细胞群体的失能或耗竭。HCV 感染后导致持续感染可能是HCV 利用自身分子损坏了固有免疫，延迟了有效的适应性免疫应答反应，以及耐受性的肝脏微环境对HCV 的持续存在提供了保护。治疗性疫苗的目标就是产生充足的多特异性的CD4+T 细胞，以活化细胞毒性CD8+T 细胞，并最终生成交叉基因型中和抗体。目前国内外HCV 疫苗的研究主要集中在多肽疫苗、DNA 疫苗、病毒载体疫苗、树突状细胞（DC）为载体的细胞疫苗和重组多表位疫苗等。见表2。

2.4 单纯疱疹病毒（herpes simplex virus，HSV）

HSV1 和HSV2 会导致嘴唇和生殖器疱疹以及疱疹样角膜炎，严重的还会导致脑炎。皮肤和黏膜感染HSV 后，病毒会潜伏在外周感觉神经元中。潜伏在细胞中的单纯疱疹病毒的重新激活会导致创伤的复发。缺乏某些基因的HSV 病毒会产生免疫逃逸，这被认为是研究HSV 感染治疗性疫苗的靶点。研究发现，缺失核糖核苷酸还原酶较大亚基PK 结构域（ICP10）的HSV2 病毒可免疫和保护小鼠和豚鼠的皮肤和阴道免受病毒感染，并且可以降低曾经受感染的小鼠的复发率[14]，并且发现CD8+和CD4+T 细胞在这些动物模型的机体免疫保护中起作用。ICP-10-缺陷病毒已进入临床Ⅱ期研究。一种亚单位疫苗与咪喹莫特联合使用，可降低复发率（通过与TLR-7 相互作用可刺激固有免疫）。有两种基于热休克蛋白的疫苗，其载体为热休克蛋白与HSV2 肽段和重组gD 亚单位，已经进入临床研究[15]。

表1 乙型肝炎治疗性疫苗

表2 HCV 疫苗

表3 宫颈癌预防性疫苗

表4 用于肺癌治疗的疫苗

2.5 人乳头状瘤病毒（human papilloma viruses，HPV）

宫颈癌是最常见的女性生殖道恶性肿瘤，在妇女癌症死亡原因中占第2 位，严重威胁广大妇女的健康。流行病学调查和分子生物学研究结果表明，HPV 高危型（16、18 型）等的感染是导致宫颈癌发生发展的重要因素。目前研制成功的宫颈癌预防性疫苗主要是针对HPV16、18、6、11 型的四价疫苗和针对16 和18 型的二价疫苗。见表3。

3 治疗性疫苗应用于肿瘤的治疗

肿瘤疫苗即是利用肿瘤细胞或肿瘤抗原物质（TAA），诱导机体产生TAA 特异性抗肿瘤免疫，刺激宿主产生TAA 特异性抗体和溶解肿瘤细胞的CTL 细胞，并获得对相应肿瘤的免疫保护能力。细胞免疫和体液免疫反应以调节机体免疫功能，达到治疗肿瘤的目的。治疗性肿瘤疫苗可通过主动免疫诱导全身特异性抗肿瘤效应。根据其制备方法不同，疫苗主要分为：细胞疫苗、多肽疫苗和蛋白质疫苗、核酸疫苗、抗独特型抗体疫苗等。病毒载体疫苗大多在临床Ⅰ、Ⅱ期阶段，用来治疗结肠癌的ALVAC-CEA/B7.1 疫苗进入临床Ⅱ期。一些已经明确的肿瘤特异性抗原如CEA、gp100、PSA、MUC-1 等利用病毒载体作为传递系统来达到高效的免疫率，其中99%为禽痘病毒载体。针对黑色素细胞瘤的腺病毒载体治疗性疫苗进入临床Ⅱ期阶段。此外，单克隆抗体疫苗由于其特异性较高，已用于治疗乳腺癌、结肠癌，目前处在临床Ⅲ期。

3.1 肺癌

目前常用于肺癌治疗的疫苗有以下几种类型：自体或同种一体种类细胞疫苗、蛋白和多肽疫苗、核酸疫苗、抗体疫苗等。见表4。

3.2 前列腺癌

前列腺癌是男性中最常见的肿瘤之一，也是肿瘤死亡的主要原因。2010 年4 月Dendreon 公司的前列腺癌疫苗sipuleucel-T（Provenge）获FDA 批准，用于治疗无症状或症状轻微的转移性激素抵抗性前列腺癌（CRPC）。这是首个获FDA批准的治疗性肿瘤疫苗，给前列腺癌治疗带来了重大突破[21]。

4 治疗性疫苗应用于治疗其他慢性疾病

4.1 高血压

对于高血压发病机制的研究表明，肾素-血管紧张素系统（RAS）的异常激活使血压升高，而长时间血压升高使血管发生病理重塑，并引发心、脑、肾等靶器官损伤，故RAS 成为高血压化学药物治疗的主要靶点。高血压治疗性疫苗把RAS 的抗原引到人体，通过转染技术，把抗原和病毒结合，注射到人体，人体会产生相应抗体，抗体持续地作用于RAS[22]。治疗性疫苗主要分为3 类：（1）肾素-血管紧张素疫苗，主要阻断位于上游的肾素，从而从源头上减少了下游的血管紧张素Ⅰ（Ang Ⅰ）及Ⅱ在血液中的浓度，同时也降低了负反馈作用所致的肾素水平的升高，但是主要的缺陷为靶器官的损害较高。（2）Ang Ⅰ及Ⅱ的中和抗体疫苗，主要依靠该抗体的中和作用减少了血管紧张素的作用，但是存在的问题是此中和抗体能否完全中和血管紧张素的作用，同时靶器官的保护作用较差。（3）Ang Ⅱ受体的短肽疫苗，即类似于ARB，具有降压，减少全身血流量的作用，但其具有反馈性肾素升高的缺陷[22]。

4.2 自身免疫性疾病

自身免疫性疾病是机体免疫系统对自身成分发生免疫应答而导致的疾病状态，是自己或非己识别的免疫耐受基本过程中异常调节的结果[23]。目前类风湿性关节炎（RA）、多发性硬化症（MS）、重症肌无力（MG）、格林-2 巴利综合征（GBS）、Ⅰ型糖尿病等器官特异性疾病以及器官非特异性疾病系统性红斑狼疮（SLE）的疫苗研制正在进行中。自身免疫性疾病治疗性疫苗的研究靶点多为特异性抗原、自身攻击性T 细胞等，MS和I 型糖尿病可利用特异抗原制备治疗性疫苗。Ⅰ型糖尿病是一种T 细胞介导的针对胰岛B 细胞的自身免疫性疾病，研究发现，与IDDM 发病有关的自身抗原有胰岛素、胰岛素原、谷氨酸脱羧酶GAD65、蛋白磷酸酶Ⅰ-A2 和热休克蛋白HSP60 等。目前IDDM 治疗性疫苗的研究方向主要是以灭活自身反应性T细胞为基础的研究和基于IDDM 自身抗原相似性设计的特异多肽疫苗[23]。

然而大多数自身免疫性疾病无法找到明确的特异性抗原。自身免疫性疾病患者体内存在大量自身攻击性T 细胞，因识别T 细胞的Vβ 链的抗原决定簇的靶位点在超变区内，故分离抗原特异性的自身免疫性T 细胞克隆，提取V 区特异性表位成了成为自身免疫性疫苗研究的一个重要靶点。IR501 是利用Th表位制备的抗类风湿性关节炎的治疗性疫苗，可诱导或增强抗克隆的调节性T 细胞功能[23]。目前RA、MS 的治疗性疫苗已进入临床试验。另外，CD4+CD25+调节性T 细胞介导对自身免疫应答的抑制，这种T 细胞是抗原特异的，它们可以在疾病发生之后逆转自身免疫应答。能在体内扩增的高活性的调节性T细胞可以作为治疗性疫苗用于治疗自身免疫性疾病和引发长期耐受。RA 治疗性疫苗的研究方向主要为T 细胞肽疫苗和针对特异性抗原的疫苗[23]。

4.3 阿尔茨海默氏综合征

早老性痴呆即阿尔茨海默氏病（alzheimer disease，AD），是一种神经退行性疾病。研究发现，环境或基因突变导致淀粉样前体蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）代谢异常，在神经元细胞外产生β-淀粉样蛋白（β-amyloid protein，A）沉积，导致突触退化及神经元的最终死亡[24]。因此，许多研究致力于通过免疫治疗改变β-淀粉样蛋白的水平。第1 个AD 治疗性疫苗（AN1792）的动物试验发现，其显著清除模型小鼠脑中的β-淀粉样蛋白水平，但由于临床试验中患者使用后发生严重的脑膜炎而被终止。研究发现，抗β-淀粉样蛋白抗体可清除β-淀粉样蛋白累积，但无法修复退化的神经元[24]。今后AD 治疗性疫苗的研究应更加注意前期的经验，并避免毒副作用。

4.4 幽门螺杆菌

幽门螺杆菌（helicobacter pylori）自1983 年首次从胃组织中分离出来，日益受到关注。被世界卫生组织定为一类致癌因子，H.pylori 一旦侵入寄主，很难清除。由于化学疗法和预防性疫苗的局限性使得幽门螺杆菌的治疗性疫苗研究日益受到重视。HP 疫苗设计多是靶向诱导Th2 型的免疫应答，主要是诱导产生抗原特异性的黏膜SIgA 来参与胃内HP 的清除。目前正在研究的HP 治疗性疫苗有：抗原蛋白加LT/CT 佐剂、表达尿素酶抗原的减毒沙门氏菌疫苗、HP 裂解物加上佐剂的疫苗、口服福尔马林灭活的HP 全菌疫苗（H.pylori whole-cell，HWC）、用VacA、CagA、中性粒细胞激活蛋白（NAP）多种抗原成分的疫苗。H.pylori 基因多样性强，在菌株间和君主内均可实现高水平的重组，其还可以利用分子模拟释放过氧化氢酶等手段抵抗巨噬细胞的吞噬作用，甚至可以在巨噬细胞内存活，其一些分子可以抑制免疫系统，还能抑制T 细胞增殖和B 细胞抗原提呈，因此，研发HP 治疗性疫苗面临着巨大挑战，也从另一方面说明治疗性疫苗研究的必要性[25]。

5 小结

开发治疗性疫苗具有潜在的经济及社会效益：对于许多尚无有效治疗的慢性/感染性疾病，治疗性疫苗能够诱发机体本身的免疫防御机制，从而识别并清除细菌或病毒，治疗性疫苗的研发有利于解决目前广泛存在的公共卫生问题。在今后的研究中，应注意解决如下问题：深入探讨免疫学的核心理论；明确免疫反应性T 细胞是防护性的还是病理性的；如何进行免疫调节已实现疫苗的长效性；深入研究疫苗的优势靶抗原、载体以及佐剂的选择；疫苗及免疫治疗的个性化问题。

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