淋球菌疫苗的研究进展

淋球菌的唯一宿主是人类,淋球菌在漫长的进化过程中已经形成了一套逃避人体免疫系统的机制:淋球菌可以自由地开启或关闭膜表面蛋白抗原基因的表达产生细菌的相变;通过细菌株间的基因重组,细菌基因突变和机体免疫系统筛选等机制,产生具有大量抗原表型的淋球菌,如淋球菌细胞表面的菌毛Opa和LOS的抗原变异;淋球菌在人群流行传播过程中就近年来淋病迅速蔓延,孕妇受感染的机会也越来越多,对孕妇本人及胎儿均有极大危害。妇女妊娠期间由于一些激素的变化,增加了孕产妇对淋病的易感性。随着胎儿的逐渐成熟,孕妇可出现不同程度的贫咀、组织水肿、肝负担加重等,导致抵抗力降低。此外,妊娠期膀胱受压,输尿管受激素影响,肌张力降低,蠕动减弱,尿液瘀滞,阴道黏膜充血、增厚,黏膜皱褶加深,阴道上皮细胞蓄积多量糖元,阴道内酸度增加等,这些因素都有利于淋球菌的生长繁殖。

虽然抗生素治疗淋球菌的感染不仅可以缩短淋球菌感染持续的时间,而且能够减少淋球菌的传播,但是由于抗生素的大规模使用和滥用,淋球菌耐药菌株不断增多,多重耐药的淋球菌株不断出现给抗生素治疗淋病带来了许多问题。为了阻止和消灭淋病在母婴间的发生及传播,以及在全球消灭淋病,最有效、最经济的策略是设计和开发有效的疫苗。然而迄今为止,国内外尚无有效预防淋球菌感染的疫苗问世。自1978年淋球菌全菌疫苗人体实验失败后,筛选高度保守、具有保护作用的淋球菌疫苗抗原,就成为从事淋病疫苗研究过程中不断探索的重要内容之一。在研究淋球菌预防性疫苗时,主要关注的蛋白如下。

茵毛蛋白

菌毛是淋球菌的黏附器官,也是淋球菌重要的致病机制之一。在淋球菌感染后,病人血清和阴道分泌物中可诱导产生针对淋球菌菌毛蛋白的特异性抗体。菌毛亚单位由pilE基因编码,在基因复制过程中往往出现沉默基因pilS的部分基因片段和pilE基因的重组,导致并不是所有的淋球菌都能编码正常菌毛蛋白,另外细菌还存在转化机制,所以菌毛蛋白变异较大,这就使淋球菌易于逃避机体的免疫攻击。正因如此,多数研究者认为由于淋球菌菌毛高度变异,将菌毛用于淋病预防是不可能成功的。

转铁蛋白

淋球菌有两种类型运铁蛋白结合蛋白(TbpA和TbpB),为转铁蛋白结合受体,起到寻找和结合铁原子的作用,进而维持淋球菌的正常生长。缺失TbpA和TbpB的淋球菌在男性实验淋球菌性尿道炎模型上没有感染性。Masri等用氨基末端结合亲和标记物的TbpA,建立重组蛋白并在大肠杆菌上表达进行研究,表明TbpA抗原决定簇与特异性配体结合时具有免疫原性和功能性,提示TbpA和TbpB可用于淋球菌疫苗的研究。Price等研究发现,在有淋球菌感染史的患者中,其血清中的转铁蛋白抗体水平并不增高,这说明缺乏记忆性免疫。Cornelissen人工合成TbpA抗原肽制备多克隆抗血清,发现只有其中一个合成肽(TbpA-5)诱导的抗血清能同时识别变异的和天然的TbpA。淋球菌TbpA、TbpB抗体可抑制细菌与转铁蛋白结合蛋白的结合,具有与多数淋球菌菌株结合的能力,提示此类疫苗可以阻止淋球菌对铁摄取而防止淋球菌感染。

脂多糖

淋球菌表面脂多糖常由单糖组成,由于缺乏重复O抗原,所以又称为脂寡糖( Lipo-oligosaccharide,LOS)。淋球菌LOS可激发有效的杀菌和调理性免疫反应,成为淋球菌疫苗保护性抗原靶位。但LOS可以通过以下三种机制逃避机体攻击:

  1. LOS的末端核心多糖和宿主红细胞的糖鞘脂结构相似,减少了LOS一些表位的免疫原性;
  2. 具有和菌毛、OPa几乎相同频率(1×10-5)的抗原变异性;
  3. LOS涎酸化对LOS自身和邻近外膜蛋白产生位阻效应。

Gulati等人报道,用和人没有交叉抗原表位的LOS单抗Mab2C7诱导抗独特型抗体MabCA1,2C7表位是由Hep1、Hep2及与其相连的半乳糖链构成的,Mab2C7能够识别不同淋球菌菌株的LOS。MabCA在小鼠和兔体内与模拟的Mab2C7在兔体内诱发产生的抗体,在体外有抗淋球菌的杀菌作用,提示抗独特型抗体和肽片段-1都可用于人类抗淋球菌疫苗的研究。

孔蛋白

孔蛋白(Porin)是持续在淋球菌细胞膜表面表达的外膜蛋白,具有较强的免疫原性、抗原变异点。孔蛋白包括两种亚型:18个血清型的孔蛋白A和28个血清型的孔蛋白B,两者是同一基因变异表达的产物。动物模型中发现用纯化的不含还原修饰蛋白的脂质体孔蛋白疫苗效果较好。孔蛋白具有免疫佐剂活性,如果将纯化孔蛋白与其他蛋白一起免疫小鼠,可明显增强这些蛋白的免疫原性。如Livingstom将纯化的孔蛋白作为佐剂应用于黑色素瘤疫苗实验中,增强了黑色素瘤疫苗的免疫原性。其免疫增强作用是由于孔蛋白能上调B细胞表面B7-2表达水平,促进T细胞释放IL-2和IL-4等细胞因子,进一步刺激抗体的形成,从而增强针对孔蛋白自身和其他抗原的免疫反应。从1998年起,在美国的一些性病诊所里已经开始用纯化孔蛋白疫苗进行一期临床实验。新近一项用包含孔蛋白A的六价疫苗在幼儿与学龄儿童的二期临床试验显示,不同孔蛋白A亚型产生的血浆抗体活性具有明显差异,进一步的研究表明,疫苗诱导的抗体亲和力成熟在幼儿与学龄儿童中无年龄相关性。但由于孔蛋白也具有一定的抗原变异性,有学者认为其用于制备疫苗的效果有待观察。

淋球菌表面蛋白A

1997年,Martin等报道脑膜炎球菌的外膜上存在一种低分子量蛋白,命名为奈瑟菌表面蛋白A(Neisseria Surface Protein A,NspA)。淋球菌的NspA基因读码框架含有525个核苷酸,编码174个氨基酸残基的蛋白分子。NspA分子量为18.3 KD,等电点为10.21。淋球菌NspA含有19个氨基酸残基的先导序列,有4个细胞膜外的分子襻。NspA和Opa之问有很弱的同源性,同源区域主要位于C末端10个氨基酸残基和第126~144位氨基酸残基,分别对应于Opa的C末端和两个超变区之间的区域,Opa的这两个区域与淋球菌黏附侵入宿主细胞有关。Plante等人克隆了淋球菌NspA基因,发现淋球菌的NspA氨基酸序列和脑膜炎球菌NspA的同源性为93%,淋球菌菌株之间的同源性高达98%。用放射性标记的NspA单抗检测NspA在细胞膜表面的暴露情况,证实淋球菌NspA位于完整的细菌表面。可见NspA抗原高度保守,在菌体表面持续表达,并具有较强免疫原性,其保守性高于同样是淋球菌候选抗原PI蛋白,诱导产生的抗NspA抗体有溶菌活性。研究也证实NspA具有较强的免疫原性,能诱导小鼠产生有效的体液免疫和细胞免疫。因此,NspA是一个潜在的制备淋球菌疫苗的候选抗原,可望用于制备成防治淋病的疫苗。

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