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编号:10233130
Hp疫苗的研制
http://www.100md.com 《世界华人消化杂志》 1998年第8期
     作者:王裕发 巫协宁

    单位:上海市第一人民医院中心实验室 200080

    关键词:螺杆菌,幽门;细菌菌苗/生物合成;佐剂,免疫;抗原,细菌

    华人消化杂志980829

    Subject headings Helicobacter pylori; bacterial vaccines/biosynthesis; adjuvants, immunologic; antigens, bacterial

    中国图书资料分类号 R 979.5

    幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)是一种定植于人胃粘膜的螺杆状微需氧的革兰氏阴性杆菌. Hp感染属于世界范围性,估计约有半数以上的人口其胃内有Hp定居. Hp感染可引起慢性浅表性胃炎、慢性萎缩性胃炎、消化性溃疡、十二指肠球炎和巨大粘膜襞皱症. 近年来还提出它与胃癌、胃MALT淋巴瘤也肯定有关[1]. 根除Hp虽然有多种有效的药物联合疗法,但反复使用却会导致耐药菌株的产生,且代价昂贵. 欲求降低其感染率、疾病发病率,研制疫苗加以防治很有必要[2].
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    1 动物模型

    动物模型是研究疫苗的必要条件. 过去研究用于人类Hp感染的动物模型有无菌悉生猪(gnotobiotic pigs)、无特定病原猪(pig free of specificpathogen)、悉生狗(gnotobiotic beagle dog)、猴(monkey)、猩猩(gorilla)、雪貂(ferret)等大动物[3,4]. 但这些动物的来源有限且费用昂贵,对用于初期的免疫预防研究欠实用.

    Lee et al[5]建立的猫胃螺杆菌(Helicobacter felis, H.felis)感染的小鼠模型可用于研究Hp的发病机制和Hp抗原的免疫作用,这个动物模型具有方便易行,经济实用等优点. H.felis由猫的胃粘膜分离而得,可稳定地终身寄生于鼠类胃粘膜,并引起组织学上由急性炎症到慢性活动性炎症,甚至萎缩性胃炎的改变, 同时伴有明显的系统性免疫反应. 这个过程与人类Hp感染十分相似,所以认为这一模型适用于抗Hp疫苗的初期研究. 口服途径免疫后,小鼠仍然易感H.felis,但最后此感染可被完全清除[6]. 而这一模型最大的局限性在于H.felis在人类中只能产生部分病理现象,特别是不能产生消化性溃疡. H.felis不能表达一些重要的Hp相关抗原,如VacA和CagA等,所以在此动物模型中不能观察并估计这些抗原的作用. 必须寻找并建立一个更适合Hp感染的动物模型.
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    最近,Marchketti et al[7]建立了一个小型动物模型,在这个动物模型中,新鲜分离到的H.pylori可在小鼠的胃中形成集落. 感染8 wk后,可观察到针对集落细菌的系统免疫反应. 同时发现,尿素酶和VagA等抗原对小鼠感染具有保护作用. 这个新建立的小鼠动物模型可用于Hp感染、治疗及疫苗的研究工作.

    2 用于疫苗制备的Hp抗原

    疫苗制备必须要有一抗原免疫机体,刺激机体产生系统的免疫反应,保护感染. 虽然历史上有很多使用全菌粗抗原制成免疫疫苗的先例,但在科学技术发达的今天,理论上讲使用纯合抗原更为合理. 因为使用全菌粗抗原存在由交叉反应而引起一系列不良反应的可能性. 但纯合抗原也有其局限性,忽略了其他抗原成分的共同作用. 到目前为止,已分离得到并用于疫苗研究的抗原有尿素酶(urease)、热休克蛋白(heat-shock protein)、CagA(cytotoxin associated protein, 细胞毒相关蛋白)、VacA(vaculating cytotoxin, 空泡毒素)和全菌抗原等.
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    2.1 尿素酶 Hp是人胃内唯一产生大量高活性尿素酶的细菌,在所有临床上分离到的Hp都能检测到尿素酶. 现已肯定,尿素酶对Hp在人胃粘膜中定居起了重要作用,它水解尿素所产生的氢氧化氨对组织有明显的损害,同时发现它对细菌的集落形成是必需的. 现在已基本搞清了尿素酶的基因、生化结构及在Hp感染中的特性和致病作用.

    Michetti et al[6]发现,口服H.pyroli尿素酶(全部结构)或其A亚单位、B亚单位,再加上霍乱杆菌毒素作为佐剂,可以防止小鼠中相关的H.felis的长期慢性感染. 作者进一步将螺杆菌尿素酶基因整合到大肠杆菌基因中,再将基因重组后产生的尿素酶作为抗原免疫动物,同样取得免疫效果. 同时证明了起作用主要是B亚单位[8]. 最近的研究还显示,在新的小鼠模型中,用尿素酶经口途径的免疫作用可以预防Hp集落形成的发生[7].

    2.2 热休克蛋白 热休克蛋白在Hp感染的发病过程中起着很重要的作用,主要是通过产生自身免疫性反应[9]. Hp热休克蛋白可分为hspA和hspB,分别同源于大肠杆菌(escherichia coli)的GroEs和GroEl. 体外实验表明,热休克蛋白可增强尿素酶的活性作用[10]. 检测用hspA和hspB经口免疫小鼠动物模型的保护作用,能使我们估计它们作为免疫原的价值. 在用热休克蛋白作为免疫原时我们必须非常小心,因为这些蛋白家族是非常保守的,同时在许多细菌感染中它们与自身免疫性反应相关,包括Hp[9],这样有可能产生有害的自身反应性抗体. 有报道表明,Hp感染患者血清中的抗体与胃粘膜有交叉反应,这种交叉反应的强度与疾病的严重程度相关[11].
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    2.3 CagA和VacA 目前对CagA的生物学功能仍未完全搞清,但人们对之仍然有很大的兴趣. CagA的循环抗体与十二指肠溃疡及胃部肿瘤密切相关. 体外实验表明CagA能够明显增强细胞趋化因子—IL-8的生物合成. 人们希望CagA能成为较好的Hp疫苗的免疫原[12].

    体外实验表明VacA可引起上皮细胞的空泡形成;同时还发现小鼠口服VacA后,胃部组织出现明显的损害现象[13],此实验提示此毒素在Hp感染引起的疾病中起主要作用,应该设计针对此毒素的疫苗. 最近发现,口服纯化的VacA再加上大肠杆菌内毒素(作为免疫佐剂)可预防Hp在小鼠中形成集落[7].

    2.4 全菌抗原 Czinn et al利用粗制抗原加上霍乱毒素作为佐剂经口途径免疫小鼠和雪貂,诱导动物产生了高浓度的局部粘膜IgA反应[14]. 我国陈(曰)/(文)湖et al[15]改用H.felis代替Hp作为抗原免疫小鼠,然后再用活力良好的H.felis接种动物,以检验免疫效果,结果发现所有的免疫动物均得到保护. 同时还发现免疫作用与胃肠道分泌液的IgA浓度呈正相关关系.
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    2.5 其他 Hp还有其他一些毒素,如鞭毛蛋白(flagellins)、粘附蛋白(adhesins)和过氧化物歧化酶(superoxide-dismutase)[2]也可作为免疫原.

    2.6 抗原的制备和提取 制备疫苗需要大量的免疫原,所以提取得到大量的免疫原是Hp研究的一个重要步骤. 由于Hp是一种微需氧杆菌,培养要求高,难度大,而且Hp本身生长缓慢,所以用常规方法不易得到大量的Hp抗原,再加上Hp常规培养需要马血清和小牛血清,给Hp抗原的纯化带来一定的难度. 用基因工程方法,在大肠杆菌中表达重组的Hp抗原可以解决这个问题,如尿素酶和热休克蛋白[2,5,16]. 但这种基因工程产物也有其缺陷,因其与Hp抗原的自然结构有一定的差异. 有人发现可用环状糊精(cyclodextrins)的有关成分来取代血清进行Hp培养,此培养系统可使Hp产生发酵作用,产生大量的毒素因子如VacA等.

    3 免疫佐剂
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    从预防肠道传染病疫苗经验来看,口服疫苗是一种较为理想的免疫接种途径,为了促进有效的局部免疫反应,往往需要免疫佐剂的辅助,Hp疫苗也不例外. 霍乱毒素(choleratoxin, CT)是一种强有力的免疫佐剂,其作用机制是通过抑制口服抗原的免疫耐受而起免疫促进作用,但由于毒性作用的存在,使得它的运用受到了一定的限制. 有人发现CT的B亚单位具有增强免疫的效果,可用它作为免疫佐剂. 但最近有人发现纯化的重组的CT-B亚单位并不具有佐剂作用,并认为前者的结果可能是CT-B含有少量的CT-A[17]. 以后有学者用大肠杆菌热不稳定的毒素(escherichia coli heat-labile toxin, LT)作为免疫佐剂构成疫苗免疫动物,取得较好的免疫效果. 最近有学者用基因工程方法得到去毒性的LT变异体并用它作为佐剂来免疫动物,取得了明显的效果,同时进一步降低了佐剂的毒性[2].

    总之,随着人们对Hp疫苗的进一步的了解和认识,并将对Hp的生化结构和生物学的作用进行更加的深入的研究,相信不久的将来,人类一定能够制备出安全有效的Hp疫苗.
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    通讯作者 王裕发

    收稿日期 1998-03-08

    4 参考文献

    1 Parsonnet J, Hansen S, Rodriguez L, Gelb AB, Warnke RA, Jellum E et al. Helicobacter pylori infection and gastric lymphoma. N Engl J Med, 1994;330(18):1267-1271

    2 Ghiara P, Michetti P. Development of vaccine. Current Opinion in Gastroenterology, 1995;11(Suppl 1):52-56

    3 Krakowka S, Eaton KA, Rings DM, Morgen DR. Gastritis induced by Helicobacter pylori in gnotobiotic piglets. Rev Infect Dis, 1991;13(Suppl 8):5681-5685
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    4 Dubois A, Fiala N, Hemanackah LM, Drazek ES, Tarnawski A, Fishbein WN et al. Natural gastric infection with Helicobacter pylori in monkeys: a model for spiral bacteria infection in humans. Gastroenterology, 1994;106(6):1405-1417

    5 Lee A, Fox JG, Otto G, Murphy C. A small animal model of human Helicobacter pylori active chronic gastritis. Gastroenterology, 1990;99(5):1315-1323

    6 Michetti P, Corthesy-Theulaz I, Davin C, Haas R, Vaney AC, Heits M et al. Immunization of BALB/ c mice against Helicobacter felis infection with Helicobacter pylori urease. Gastroenterology, 1994;107(4):1002-1011
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    7 Marchketti M, Arico B, Burroni D, Figura N, Rappnoli R, Ghiara P. Helicobacter pylori infection in a mouse model that minics human disease. Science, 1995;267(5204):1655-1658

    8 Michatti P, Corthesy-Thenlac I, Davin G, Oral immunization with H.pylori ureas A and/ or B subunits protect against H.felis infection in the mouse. Digestive Disease Week, New Orleans, 1994:A577

    9 Negrini R, Lisato L, Zanella I, Gavazzini L, Gullini S, Villanacci V et al. Helicobacter pylori infection induces antibodies cross-reacting with human gastric mucosa. Gastroenterology, 1991;101(2):437-445
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    10 Ferrero RL, Thiberge JM, Huerro M, Labigue A. Recombinant antigen prepared from the urease subunits of Helicobacter spp: evidence of protection in a mouse model of gastric infection. Infect Immun, 1994;62(11):4981-4989

    11 Negrini R, Poiesi C, Savio A, Paterlini A, Baffoli F, Cesari P, Ghielmi S et al. Molecular minicry of gastric antigens by Helicobacter pylori: a role in the pathogenesis of atrophic gastritis Am J Gastroenterol, 1994;89(11):1329-1332
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    12 Crabtree JE, Covacci A, Farnery SM, Xiang Z, S'Tompkins D, Perry S et al. Helicobacter pylori induced interleukin-8 expression in gastric epithelial cells is associated with CagA positive phenotype. J Clin Pathol, 1995;48(1):41-45

    13 Telford JL, Ghiara P, Dellorco M, Comandiecci M, Burroni D, Bngnoli M et al. Gene struction of the Helicobacter pylori cytotoxin and evidence of its key role in gastric disease. J Exp Med, 1994;179(5):1653-1658
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    14 Czinn SJ, Nudrud JG. Oral immunization against Helicobacter pylori. Infect Immun, 1991;59(7):2359-2363

    15 陈(曰)/(文)湖,胡品津, Lee A. 免疫预防幽门螺杆菌感染动物免疫研究. 中华消化杂志,1995;15(增刊):19-20

    16 Suerbaum S, Thiberge J, Kansan I, Ferrero RL, Labigne A. Helicobacter pylori HspA-HspB heat-shock gene cluster: nucleotide sequence, expression, putative function and immunogenicity. Mol Microbiol, 1994;14(5):959-974

    17 Nedrud J, Blanchard T, Czinn S, Lycke N. Recombinant cholera toxin B subunit is not an adjuvant for oral immunization against Helicobacter felis in mice. J Cell Biochem, 1995;19(Suppl):261, 百拇医药