粘膜免疫与疫苗

【字体: 时间:2011年03月22日 来源:中华实用医药杂志

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  尽管许多可用疫苗预防的疾病在发达国家已经得到了控制,但对于一些贫困国家来说,这些疾病仍然是主要的公众健康问题。因此,获得更多的高效疫苗越来越受到人们的关注。在过去的几十年里,疫苗的开发已取得了显著进步。最近几年,研发粘膜疫苗成为一个新热点……

  

作者:牛建章张丽华

传染病一直是人类健康的威胁者尽管许可用疫苗预防的疾病在发达国家已经得到了控制,但对于一些贫困国家来说,些疾病仍然是主要的公众健康问题。全世界每年要这些疾病的防治花费量资金。因此,获得多的高效疫苗越来越受到人们的关注。在过去的几十年里,疫苗的开发已取得了显著进步。最近几年,研发粘膜疫苗成为一新热点。本文介绍了粘膜免疫系统、粘膜耐受及增强粘膜免疫的策略。


1 粘膜免疫系统


粘膜是大多病原体进入人体的主要门户,是哺乳动物免疫系统的重要组成成分。粘膜外表面的免疫网络包括肠伴随淋巴组织(GALT)、支气管上皮和下呼吸道伴随淋巴组织(BALT)、鼻咽伴随淋巴组织(NALT)、喉伴随淋巴组织(LALT)等。GALT和BALT中有序排列的淋巴滤泡是粘膜 免疫反应的主要诱导位点。


1.1 GALT和BALT GALT的派氏集合淋巴结以及BALT都与粘膜免疫应答反应的诱导和口服耐性有关 [1] 。所有诱导粘膜位点的上皮表面有许多的M细胞,其数量超过了淋巴滤泡细胞。M细胞可对腔道粘膜上的抗原进行摄取、转运、加工和提呈。除M细胞外,它还有粘蛋白产腺细胞、淋巴细胞、浆细胞、树枝状细胞和巨噬细胞。粘膜上皮细胞表达多聚免疫球蛋白受体(pIgR)和分泌小体,主要组织相容性复合体(MHC)Ⅰ和Ⅱ型分子,其它粘附分子和一系列细胞因子和趋化因子。


抗原暴露并被M细胞摄取后,T细胞、树枝状细胞、B细胞、尤其是IgA同型B细胞都有不同程度的活化。淋巴细胞与粘膜上皮的相互作用对于粘膜上皮某些节段分化为M细胞非常重要。T细胞活化使不同的T细胞亚群中释放出许多不同的细胞因子和趋化因子并识别包括MHC-Ⅰ型或MHC-Ⅱ型分子在内的抗原表位。抗原敏感B细胞在粘膜固有层中最终分化为产IgA的浆细胞。树枝状细胞是有效的抗原提呈细胞(APC),与免疫应答的能力和促进活性免疫的形成密切相关,同时它还能加强活性位点处的免疫耐受性的诱导。


1.2 NALT 人类的鼻咽淋巴组织包括颚骨、咽鼓管以及扁桃腺。越来越多的证据表明,人的扁桃腺是粘膜免疫的重要组成部分,与GALT和BALT有相似的功能 [2] 。扁桃腺由一些淋巴成分组成,包括滤泡生发中心,淋巴滤泡皮质区,滤泡外区域,以及与外部环境持续接触的网状滤泡上皮。扁桃腺上皮包括许多树枝状细胞、M细胞、记忆B细胞以及分散的B细胞和T细胞。生发中心产生IgG和IgA型的浆细胞胚细胞和浆细胞,其中IgG型的占绝大多数(60%~70%IgG,15%~20%IgA)。滤泡生发中心可产生大量的滤泡外免疫细胞,96%为IgA型细胞。


1.3 LALT 人的喉存在淋巴组织,在聚集区的滤泡内大部分细胞为B淋巴细胞,在生发中心有CD4 + 淋巴细胞,滤泡外区域有同等数量的B细胞和T细胞。至于LALT是一个单独的生理上的实体还是对于局部感染或其他环境刺激的病理反应还有待证实。


2 粘膜耐受


粘膜免疫反应的特征是抗体的形成。粘膜的功能还包括其他免疫球蛋白分子和细胞成分、树突状细胞、淋巴细胞及其亚群和局部粘膜组织中的大范围的免疫调节和炎症细胞因子和趋化因子的重要作用。


粘膜免疫球蛋白有抗菌、抗病毒、抗寄生虫的特性。保护机体免受感染常与粘膜表面特定抗体的提呈和活动水平有关。现在可通过一系列抗原诱发口服耐受。这些抗原包括重金属、接触致敏性药物、超抗原、红细胞、蛋白提取物、螨、灭活的病毒、细菌和同异型白细胞等。通过鼻(气雾剂)摄入抗原同样会引起全身低反应性 [3] 。


通过粘膜摄入的蛋白质抗原导致的免疫反应可以表达为:(1)S-IgA抗体的粘膜免疫反应;(2)血清IgG、IgM和特定细胞免疫反应的早期全身免疫反应;(3)有或无变化的特定IgA粘膜免疫反应性的粘膜耐受(全身免疫低反应性)。尽管粘膜耐受的诱导对于感染性疾病是有害的,但是它能增强对外源蛋白(过敏源)或自身抗原(自身免疫疾病)的抗原反应性,在预防或改变自身免疫障碍或疾病如风湿性关节炎、试验性自身免疫性大脑炎、脊髓炎、糖尿病等有非常重要的作用。在这种情况下,通过增加粘膜诱导位点的致病性抗原的摄取和延长抗原的提呈时间可能会增强粘膜免疫。


3 增强粘膜免疫的策略


现在经粘膜免疫的疫苗还很少,主要有口服脊髓灰质炎病毒活疫苗(OPV)、针对腺病毒、轮状病毒、流感病毒和霍乱的疫苗。在美国,这些疫苗已不再用于常规的儿童预防接种。轮状病毒也因其对少年儿童的潜在危险而退出市场。其它的几种疫苗也不推荐用作常规的儿童免疫接种。粘膜疫苗的缺乏一方面是由于抗原复制所具有的潜在危险远超出疫苗所带来的益处。另一方面,当经粘膜途径摄入非复制性抗原后很难持续产生粘膜反应,因此它们会以粪便的形式被迅速排出体外或被粘膜上的酶和细菌灭活。其它限制因素还包括一些参与抗原摄取与加工的粘膜组织和M细胞缺乏与免疫抗原的良好接触。近年来,科技工作者 们尝试了一些新途径以解决这些问题。


3.1 DNA疫苗 在预防病毒感染的保护性反应中,DNA疫苗对于诱导细菌病毒T细胞介导的免疫反应非常重要。当某些情况下禁忌使用活疫苗时,使用DNA疫苗显得尤为重要。DNA疫苗能够导致与MHCⅠ分子相关的抗原决定子的提呈。例如:编码疟疾寄生虫子孢子外周蛋白的质粒DNA能在小鼠体内诱发抗活性子孢子的保护性免疫。但是,通过非粘膜方式给新生鼠以同样的DNA疫苗却会产生耐受 [4] 。


3.2 植物疫苗 利用转基因技术已经成功的在植物中表达出了外源基因产物。乙型肝炎表面抗原基因(HBsAg)、诺沃克病毒衣壳蛋白、大肠杆菌热不稳定肠毒素(LT-B)、霍乱病毒B亚基、呼吸道合胞病毒F抗原蛋白的结构基因等已在马铃薯、烟草、番茄、香蕉等植物中表达 [5] 。尽管在重组植物系统中蛋白表达的水平不同且通常较低,这种方法却为诱导粘膜和全身免疫反应提供了一个独特的疫苗生产途径。


3.3 非活性微粒子载体 为了更好的把抗原递送到粘膜上皮诱导位点,在过去的20年里,人们进行了大量的研究。这些研究主要集中在低效抗原的滞留和抗原的生物分解能力所形成的自然障碍上,尤其是位于肠内的非复制疫苗。所测试的递送系统包括生物所能分解的中心体。包被在中心体中的抗原作为粘膜疫苗有几个优点:(1)把抗原包裹在大小不同的可快速降解的中心体中既能使它穿过上皮被迅速摄取,又能延长它在粘膜淋巴组织或上皮的停留时间。(2)微型包被的抗原比无包被的抗原能更有效的激发全身免疫反应,并能根据中心体的大小把抗原分散到全身各种淋巴组织中。口服给药后,能在派氏淋巴结、肠系膜淋巴结和脾脏观察到中心体的存在。较大的中心体(>5μm)通常不能被很好的吸收而停留在派氏淋巴结[6] 。相反,较小的中心体(<5μm)结合的抗原能非常有效的诱导全身免疫反应及免疫反应(较多)。


3.4 粘附素 抗原有效粘附于粘膜上皮和M细胞对于粘膜免疫反应的最终形成至关重要。口服带有粘附作用的蛋白质,如:毛发、大肠杆菌LT毒素的B亚基、流感病毒的血凝素、霍乱病毒等,能够高效诱导粘膜免疫反应并诱导浆细胞抗体反应。粘附素还被用来作为抗原递送的工具,例如:脑膜炎双球菌外膜蛋白质或蛋白体疏水性地结合于脑膜炎双球菌或H流感病毒的b型多糖或志贺菌的脂多糖,在实验运动中成功的诱导了特定全身性或粘膜免疫反应 [7]。


3.5 粘膜佐剂 佐剂属非特异性免疫增强剂。佐剂几乎可以影响一个抗原引起的免疫反应的各个方面。至今人们研究得最多的也是最有效的佐剂是霍乱肠毒素(CT)蛋白和肠毒性大肠杆菌的热不稳定毒素(LT) [8] 。这两种毒素具有80%的序列同源性和明显的免疫交叉反应性。当CT与相对较弱的抗原结合或混合后经粘膜途径递送时可增强抗原的免疫原性。佐剂的效应还表现在同时口服非相关抗原后产生血清IgG和粘膜IgA反应。


4 给药途径


用于粘膜免疫的疫苗大多经口服途径递送。此外还可经鼻、直肠等途径给药。鼻内免疫同样可以高效抵抗静脉、气管、腹腔内诱发引起的全身感染 [9] 。鼻免疫的方法已成功用于儿童和成人的A型和B型流感病毒活疫苗。在生殖道中诱导高级抗体反应,鼻免疫似乎比口腔或肠内的免疫更有效。鼻和口腔免疫在乳腺中诱导抗体反应十分有效。对直肠免疫的研究还不象其他的粘膜位点那样深入。但是,对于脊髓灰质炎病毒、SIV、流感病毒等的研究表明直肠免疫能高效诱导肠道和普通免疫系统其他位点的特定抗体反应 [10] 。


5 前景


在未来的10~20年里,我们有可能获得得非活性的、重组复制性的、转基因的、微生物为载体的或植物性的粘膜疫苗。这些新型疫苗能更有效的诱导抗感染的保护性免疫和诱导耐受以抵抗过敏性和自身免疫疾病的免疫反应,必将为人类预防、控制和治疗传染性疾病做出巨大的贡献。

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