新型疫苗佐剂的研究进展

利用灭活或减毒病原体 、细胞组分 (如荚膜多糖 ) 或非活性细菌毒素组成的传统疫苗通常可以诱导机体 产生中和抗体来预防感染 ,免疫佐剂在此过程中发挥 着重要的作用 。然而目前获准用于人体试验的疫苗佐 剂并不多 ,经典的铝盐佐剂就是其中之一 。铝盐佐剂 在提高抗体水平和安全方面已获得长期的实践证实 , 但其与许多重组或合成的多肽疫苗抗原共同免疫时未 能激发有效的免疫应答 ,使之很难满足新型疫苗发展 的需要 。因此 ,对适用于临床应用的新佐剂的研究与 开发势在必行 。近年来 ,关于新型疫苗佐剂的基础与 临床研究取得了很大进展 ,本文仅对新型疫苗佐剂的 开发 、临床前与临床试验研究进行综述 。
中国生物工程杂志 China B iotechnology, 2005, 25 (8) : 10～15
新型疫苗佐剂的研究进展
吴 超 3 邹全明
(第三军医大学临床微生物学与免疫学教研室 重庆 400038)
摘要 与传统的灭活或活体疫苗相比 ,由基因工程重组抗原或化学合成多肽组成的现代疫苗往 往存在免疫原性弱等问题 ,需要新型的免疫佐剂来增强其作用 。尽管传统的铝盐佐剂是目前唯 一全球公认的人用佐剂 ,但存在激发细胞免疫应答能力差等不足 ,因此 ,需要研发更为安全有效 的人用新型佐剂 ,尤其是安全无毒 、能够刺激较强细胞免疫应答的佐剂 ,以及适合粘膜疫苗 、DNA 疫苗和癌症疫苗的免疫佐剂 。分析阐述了新型佐剂研究状况和佐剂发展方向 ,并进一步对新型 佐剂的临床前和临床试验研究以及已批准上市的新型疫苗佐剂进行了综述 。 关键词 疫苗 新型佐剂 临床试验
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中国生物工程杂志 China B iotechnology
Vol. 25 No. 8 2005
收稿日期 : 2005201220 修回日期 : 2005205208 3 电子信箱 : wuchao@mail. tmmu. com. cn
剂的作用机制尚未明确 ,佐剂在复杂的免疫级联反应 中的首要效应很难阐明 ,这给新型疫苗佐剂的开发研 究增加了难度 。尽管如此 ,仍涌现出多种多样的新型 疫苗佐剂 ,这些佐剂在组成形式 、投递途径与作用方式 以及基本特性等方面均存在较大差异 。 1. 1 新型佐剂的构成与特性 新型疫苗佐剂的组成形式多样 ,来源也不同 ,主要 包括油 /水乳剂型 、颗粒型 、微生物衍生物型佐剂等 。 油 /水乳剂型佐剂以 MF59、AS02、Montani2de ISA 251 和 ISA 2720为代 表 , 是 一 类 油 包 水 或 水 包 油 型 乳 化 剂 。 MF59是一种由 Chiron公司研发的水包油乳剂 ,在高压 条件下将鲨烯与 Tween 80 和 Span 85 混合后进行微流 化进而形成均一的小滴状乳液 [2 ] 。AS02 是一种含有 单磷脂 A (MPL )和皂角苷 (QS221)的油包水乳剂 ,能诱 导强烈的抗体应答并伴有 Th1 型和 CTL 反应 , 其中 M PL 和 QS221均可单独作为免疫刺激性佐剂使用 。 [3 ] Montanide ISA 251和 ISA 2720属于含有表面活性剂和油 类的油性佐剂 , 其中 Montanide ISA 251 的油来自矿物 油 ,而 Montanide ISA 2720 的油来自非矿物油 。当油性 佐剂与水相混合后便形成水包油乳剂 ,该乳剂的导电 性 、粘滞性及稳定性将直接影响疫苗的安全性和有效 性 [4]。 颗粒型佐剂是将抗原输送系统与疫苗抗原复配或 融合后形成颗粒状物质 ,用于疫苗的研究 。新型的颗 粒型 佐 剂 主 要 包 括 病 毒 颗 粒 ( virosome ) 、聚 乙 交 酯
ISA720佐剂配伍进行动物注射免疫 ,结果显示 ISA720 最能激发疫苗抗原的免疫原性 ,但在第二次注射免疫 后出现局部迟发型超敏反应 [12 ] 。 Stewart等观察了疟疾 疫苗 ( RTS. S)分别结合 AS01和 AS02 佐剂在恒河猴和 猕 猴中 的 免 疫应 答 反 应 。在这 2 种灵 长 类 动物 中 , AS01和 AS02 均可诱导出良好的抗体应答和 Th2 反 应 ,但仅 AS01能持续性诱导出特异的 CD8 +反应 ,产生 IFN 2γ。此外 ,其他类型的佐剂和疟疾疫苗在灵长类动 物 中 也 进 行 了 临 床 前 试 验 [13 ] 。譬 如 , AS05、AS08、 ISA720以及 GM 2CSF、IL 24等佐剂与疟原虫抗原 M SP12 42、M SP1219、PfCP22、Pk2CSP 等的恒河猴试验 ; MF59、 ISA51与疟原虫抗原 PcM SP1P19 的猕猴试验 ; PLG微 粒 、QS21、M F59 等佐剂与疟原虫抗原 LSA32729、LSA32 NN、M SP12 42的夜猴试验 。 2. 2 疟疾免疫攻毒保护试验 恒河猴的疟疾模型以静脉注射诺氏疟原虫方式已 经成功建立 ,通过这个感染模型 , W eiss等采用多种恶 性疟疾疫苗和免疫途径对恒河猴进行免疫接种 ,以观 察抗诺氏疟原虫感染的免疫保护效果 ,最终筛选出有 效的侯选疫苗和最佳免疫途径 。其中 ,采用编码诺氏 疟原虫保护性抗原 ( CSP、SSP2、AMA 21、MSP21. 42 ) 的 DNA 疫苗和编码相同蛋白的痘病毒疫苗进行免疫接种 可获得部分免疫保护 ;而单一疟原虫 CS基因疫苗以相 同免疫方案接种却未能获得免疫保护 。此外 ,其他类 型佐剂 ,如细胞因子佐剂的免疫保护试验 ,尚处于研究 之中 。 在模拟人间日疟原虫感染的猕猴模型中 ,间日疟 原虫的 抗 原 MSP21. p19 结 合 不 同 人 用 佐 剂 (铝 剂 、 QS21、AS02、MF59、ISA51 )对戴帽猕猴 (M. sin ica ) 进行 免疫接种 ,可获得对食蟹猴疟原虫 ( P. cynom olg i) 感染 的免疫保护 ,其中 , ISA51 是最有效的疫苗佐剂 。在疟 原虫的夜猴感染模型中 ,以疟原虫裂殖子的表面抗原 MSP21 (MSP21. 42) 结 合各 种 佐 剂进 行 了 免疫 保 护 试 验 ,结果发现 QS221 和 ISA 251 可使部分夜猴获得抗红 细胞期恶性疟原虫感染的免疫保护 ,产生高滴度抗体 和 IFN 2γ、IL 24等细胞因子 。同时 ,大部分动物的寄生 虫血症水平得到控制 ,但这种低水平的寄生虫血症与 抗体和细胞因子的产生并无直接关系 ,由此表明 ,抗体 应答和细胞介导的免疫机制有助于免疫保护的获得 。 2. 3 其他病原体的免疫攻毒保护试验 在 H IV 疫苗研究过程中 ,灵长类动物在疫苗的临
成短暂性剧痛 ,引起局部强烈的炎症反应 。此外 ,机体 内源性细胞因子如 IL 22、IL 212、GM 2CSF等 ,也可作新型 疫苗佐剂用于疫苗研究 ,主要通过注射途径进行接种 , 所引发的免疫应答类型与油 /水乳剂型佐剂相似 。目 前 ,单纯的粘膜途径型佐剂较少 ,主要以 LT和 LT突变 体为主 ,诱导以粘膜免疫为主的应答反应 ,分泌特异性 sIgA ,也可产生系统性免疫应答 ,但强度较注射途径弱 。 这类佐剂较粘膜途径投递相对安全 ,即便佐剂存在一 定毒性 ,但在有效剂量时进行粘膜投递仍较为安全 ,而 且还具有投递简便 ,无创伤等显著优点 。然而 ,单一的 注射途径或粘膜途径型佐剂在疫苗设计与使用上存在 一定局限性 ,因此 ,具备两种投递功能的新型疫苗佐剂 受到青睐 。在不同的免疫途径下 ,这类佐剂既可诱导 出系统免疫应答 ,也可产生粘膜免疫效果 ,既有体液免 疫也有细胞免疫 ,且各有侧重 。根据不同疫苗的免疫 应答目的 ,可灵活选用此类佐剂实施其中一种接种途 径或二者混合的免疫投递方式 ,激发出不同类型和强 度的免疫反应 ,达到免疫预防和免疫治疗的目的 。
2 新型佐剂的灵长类动物的临床前试验
新型疫苗及佐剂的临床前动物试验是其进入临床 试验研究前的重要环节 ,尤其是灵长类动物的临床前 试验研究更为关键 。由于常规的小型动物 (如小鼠 、大 鼠 、家兔等 )与人类存在太大的种属差异 ,由此所获得 的实验数 据 和 结 论 往 往 不 能 直 接 推 演 到 人 体 试 验 研 究 ;而灵长类动物的试验研究虽不能替代直接的人体 临床试验 ,但其较高的种属相似性 ,可以为进一步的人 体临床试验提供相对可靠的实验数据和研究方案 。 2. 1 安全性及免疫原性试验 临床 前 动 物 试 验 所 用 的 灵 长 类 动 物 包 括 有 恒 河 猴 、猕猴和夜猴等 ,主要用于疫苗及佐剂的安全性和免 疫原性评价 。在疟疾疫苗的临床前动物试验中分别采 用了多种灵长类动物进行新型疫苗佐剂的研究 ,结果 表明已有几种新型佐剂在诱导机体对疟疾抗原的免疫 应答效应方面明显优于传统的铝佐剂 。Dubovsky等研 究结果显示 :在佐剂作用下 ,疟原虫受体 Duffy的结合 蛋白域 PvR Ⅱ注射免疫恒河猴发挥的免疫原性较强 ,所 产生 的 抗 血 清 可 阻 断 PvR Ⅱ与 血 液 中 红 细 胞 的 结 合 [11 ] 。所测试的佐剂中 , ISA720 是最有效的新型疫苗 佐剂 ,即将应用于 Ⅰ期临床试验 。 Dubovsky 等 在 恒 河 猴 中 研 究 了 疟 疾 疫 苗 ( ICC2 1132)的安全性和免疫原性 ,该疫苗分别与铝盐佐剂和
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吴 超 等 :新型疫苗佐剂的研究进展
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( PLG) 微 粒 、免 疫 刺 激 复 合 体 ( immune response2 stimulating comp lexes, ISCOM s)及脂质 DC2Chol等 。病 毒颗粒是一种具有免疫增强作用的重构流感病毒样颗 粒 ,是由流感病毒表面糖蛋白与磷脂嵌合形成的 150nm 脂蛋白体 [5 ] 。生物可降解和生物相容性的 PLG是研究 颗粒佐剂的主要材料 ,既可包裹抗原蛋白实现蛋白疫 苗的投递 ,有效控制抗原的释放 ,也可作为 DNA 疫苗 的有效佐剂 。 ISCOM s是由皂苷 、胆固醇和磷脂组成的 复合物 ,形成直径约 40nm 笼形结构 ,结构内的皂苷与 胆固醇结合而不与细胞膜表面结合 ,可显著减轻皂苷 的溶血 作 用 [6 ] 。脂 质 DC2Chol 是一 种 新 型的 脂 质 佐 剂 ,其化学组成为中性磷脂 ,在水中可形成吸附抗原的 阳离子表面 。其粒径大小 、电荷和抗原结合能力可随 不同组份比例而变化 [7 ] 。 微生物衍生物型佐剂可分为来自微生物的核酸类 和非核 酸 类 佐 剂 , 前 者 主 要 指 CpG 寡 脱 氧 核 苷 酸 ( CpG2ODN ) ,而后者包括单磷脂 A (MPL ) 、OM 2174、不 耐热肠毒素 (LT)及其突变体等 。细菌 DNA 序列能给 免疫系统提供一种危险信号 ,非甲基化的 CpG序列易 被机体免疫系统的细胞识别 。据此发现 ,设计并优化 出寡脱氧核苷酸 (ODN ) ,即 CpG2ODN 用于多种疫苗的 研究 [8 ] 。M PL 和 OM 2174均属于细菌脂多糖成分 ,前者 来源于明尼苏达沙门菌的脂多糖 ,含有 6 个脂肪酸 ;后 者是一种经化学方法减毒的脂质 A 衍生物 ,仅保留了 3 个脂类分子 ,且纯度高 ,可溶于水 , 4℃下能稳定保存 5 年 [9 ] 。来自于大肠杆菌的 LT属于细菌肠毒素 ,具有较 强的粘膜佐剂活性 ,但仍存在毒性 ,不利于疫苗研究 , 因此 ,采用 基 因 突变 技 术 研究 出 既 保 留 较 强 佐 剂 性 又 无毒性或低毒性的 LT突变衍生物 , 更适用于粘膜 疫苗 [ 10 ] 。 1. 2 新型佐剂的免疫途径与方式 传统疫苗佐剂的投递主要是注射途径 ,且类型单 一 ,而新型疫苗佐剂在克服传统佐剂不足的基础上表 现出投递途径多样 ,组成形式各异 ,佐剂活性更强 ,免 疫重点突出等特点 ,主要可分为注射途径型佐剂 、粘膜 途径型佐剂和两者兼备型佐剂 。通常而言 ,油 /水乳剂 型佐剂以注射投递途径为主 , 包括 MF59、QS21、AS02 以及 Montanide等水包油或油包水型佐剂 ,这类佐剂通 过肌肉或皮下注射接种来增强疫苗抗原的免疫原性 , 诱导特异的抗体反应 ,激发 Th1型细胞因子 ( IFN 2γ、IL 2 2等 )产生较强的 CTL 反应 ,但在实施接种过程中易造