中国免疫学杂志2011年第27卷 doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2011.12.19 单增李斯特菌作为疫苗载体的研究进展① 周 云潘蕾郝春秋贾战生 (陕西省西安市第四军医大学唐都医院传染科,西安710038) 文献标识码A 文章编号1000-484X(2011)12-1132-03 中国图书分类号R392.11 单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytohenes) 简称单增李斯特菌(I朋),是一种革兰氏阳性兼性厌 氧、胞内寄生菌,对环境耐受性强,可在较高的盐浓 度(可高达40%NaC1)以及宽泛的pH(pH3—12)和温 度范围(0~45℃)内生长,并可形成夹膜,因而LM 广泛存在于自然界的不同环境中(土壤、水源、植物 存活,通过LLO、PI.PLC和PC—PLC溶解宿主细胞吞 噬体膜逃离吞噬体,进入胞浆后复制繁殖,ActA引 起宿主细胞肌动蛋白聚合,实现细胞内或细胞间的 扩散,避免遭遇胞外环境以进一步逃逸机体免疫系 统l引。 及动物体内等),易污染各种食品(肉、奶、海产品及 蔬菜等),属条件致病性人畜共患病原菌¨1 J。和其他 细菌相比(如分枝杆菌、沙门氏菌、志贺菌等),LM不 仅能耐受极端环境,还能通过激活CD4 、CD8 T细 胞而有效的诱发完全细胞免疫_2I3 J。野生型LM的 致死剂量比其他细菌高很多,安全性好,鉴于上述特 点,LM作为基因疫苗的载体应用于科学研究越来越 2 LM诱发的免疫反应 2.1 固有免疫 固有免疫在清除LM和控制感染 的早期起重要作用。脾脏的吞噬细胞和树突状细胞 (DC)是LM在体内生长的主要寄居处,感染第一天, 包含活细菌的这些细胞迁移到脾脏白质的T细胞 区,建立二级防御并激发嗜中性粒细胞反应。在肝 脏中枯否细胞清除大部分循环细菌,嗜中性粒细胞 通过IL-6和其他趋化因子迅速聚集在感染位点,分 泌IL.8、CSF.1、MCP.1,这些细胞因子在炎性反应和 广泛。本文对LM生物学特性、免疫应答、载体的构 建及其临床应用等方面的研究进展作总结。 1生物学特性 LM的毒力主要由六个基因组成的基因簇所决 定,顺序是pffA、picA、hly、mpl、actA和plcB。由转录 诱导巨噬细胞中起重要作用L6J。巨噬细胞(M )感 染LM后,产生大量促炎因子和细胞因子,其中最重 要的早期细胞因子是IL.12p70、工型干扰素、IL-18。 这些细胞因子及其下游的细胞因子诱导大量嗜中性 粒细胞的涌入,吞噬和杀死循环细菌,募集NK细胞 因子prfA调节的内化素InlA和luIB为最早鉴 定出的与细菌侵袭力相关的毒力因子,InlA通过与 并合成IFN 进一步刺激APCs的成熟l_7J。LM对刺 激DC成熟和激发CD8 T细胞活性也有影响。LM 侵入DC胞质,可诱导共刺激分子(CD40、CD80和 CD86)的高表达及IL-12、IL-10、IL-6和TNF—a的有效 上皮细胞钙粘蛋白(E—cadherin)相互作用而发挥效 应,InlB介导LM侵入肝细胞和非上皮细胞等;hly编 码的李斯特菌溶素0(LL0)是其最基本的毒力因子, 能裂解吞噬体膜,使LM逸入胞浆并大量繁殖;plcA 和DlcB分别编码磷脂酰肌醇特异性磷脂酶(PI—PLC) 生成。DC产生的细胞因子(尤其是IL-12和IIJ-1O) 是决定产生IFN.7的T细胞比例的主要因素,表明 和卵磷脂酶(PC.PLC),有助于LM逃离吞噬小体; actA编码一种表面蛋白,诱导宿主细胞肌动蛋白聚 I34进入细胞质是T细胞产生细胞因子的最佳诱导 条件,是对抗病菌并产生保护性细胞毒T淋巴细胞 (cTL)反应的重要因素_8 J。体内实验结果与上述体 外实验相一致I 9l。Feng ̄m 发现LM可以诱导DC产 生足量IFN.B以诱发抗原特异性T细胞活化,产生 保护性细胞免疫。 集,在细菌表面形成极化的肌动蛋白尾,使LM在胞 浆内运动并促进其向邻近细胞扩散_4j。LM侵入机 体后首先感染专职抗原提呈细胞(APEs)并在胞内 ①本文为国家“十一五”重大传染病防治专项(2009ZX10004—715) 作者简介:周云(1986年一),女,在读硕士,主要从事病毒性肝炎 2.2适应性免疫 由于LM可以存在于M 胞浆 内,因此可以同时引起MHC工类和MHC II类抗原 的基础与临床研究; 通讯作者及指导教师:贾战生(1959年一),男,博士生导师,主要从 事病毒性肝炎的基础与临床研究,E—mail:ii— azsh@fmmu.edu.cn 提呈反应,有效诱导抗原特异性CIM 、CD8 T细胞 应答【11]。同时,LM独特的生理特点可起到加强抗 原提呈的作用,LM表面的脂胞壁酸质、肽聚糖、载脂 周 云等单增李斯特菌作为疫苗载体的研究进展第12期 蛋白等可以与DC表面的特异性Toll样受体结合, DC在识别这些抗原后可以通过调节CD80和CD86, 的、安全的疫苗载体的优点有:(1)李斯特菌能在标 准BSL2实验室中很容易地生长;(2)基因操作李斯 特菌使重组减毒的疫苗株能安全应用于人类的技术 已经建立;(3)容易操作,利用质粒或染色体系统可 MHCⅡ类分子及炎性分子如IL-12、TNF.d而起到加 强抗原提呈作用,没有DC,就不能有效诱发CD8 T 细胞免疫[12]。CD4 和CD8 T细胞是清除LM感染 的重要效应细胞,CD8 T细胞产生穿孔素、颗粒酶、 IFN.7;CIM T细胞产生Thl细胞因子,如TNF a、 IFN一7、IL-2;其他细胞如B细胞,调节性T细胞和非 经典MHC型T细胞主要通过影响CD4 和CD8 T 以表达多个基因产物;(4)对其生命周期,遗传学和 免疫学特性有广泛的知识;(5)直接感染APCs并在 细胞内生长,如单核细胞,Me?和Dc,从而运送TAA 到细胞质中,通过免疫系统导致加工和抗原提呈。 这些特性使得李斯特菌作为疫苗的运送载体,不仅 细胞来发挥作用_10I1 。 3重组LM作为疫苗载体 3.1 LM的减毒LM作为疫苗载体用于临床,需要 进行菌株减毒。目前普遍的减毒方法是细菌毒力基 因的缺失或插入突变,使LM减毒并保持其免疫原 性。通过插人外源性基因片段,导致编码LLO的基 因发生突变,可使LM毒力下降10万倍。单基因敲 除actA可使毒力下降1万倍。双缺失actA/InlB以 及actA/plcB也已经成功应用于实验中N5]。另有研 究小组开发灭活但有代谢活性(KBMA)的LM疫苗, 同时具有活疫苗的功能和死疫苗的安全性,为重组 疫苗治疗感染性疾病和癌症提供了一个平台_1 。 与革兰氏阴性菌(沙门氏菌和大肠杆菌)相比,革兰 氏阳性菌LM不会过早的激活机体的免疫系统,导 致载体被迅速清除_1 。单增LM使用的便利之处在 于它不同的基因组株已测序,生物体的基因易于处 理,众多毒力减弱突变株已构建成功。 3.2利用LM运送核酸利用单增李斯特菌运送 DNA或RNA已被证明,它通过一个自杀机制来释放 质粒DNA或RNA直接进入哺乳动物的细胞质 中l_1 。这种自杀的李斯特菌使用减毒骨干,其中缺 失的基因用于芳香族氨基酸合成的aroA和用于色 氨酰tRNA合成的tws;并利用包含噬菌体A】18裂 解基因(plyl 18)的自裂解质粒来运送DNA。一旦细 菌进入受感染的哺乳动物细胞质,1)lyl18表达,李斯 特菌载体裂解。Souders等[19]用类似的方法构建了 单增李斯特菌DNA疫苗,通过DNA运送肿瘤相关 抗原和自杀质粒。还有种增加DNA运送效率的替 代方法是使用bactofection,包括用抗生素治疗以促 进细菌裂解和质粒DNA的释放[20J。在这个研究 中,减毒的LM突变体对氨苄西林敏感,并且质粒中 包含能导致细菌裂解的真核转录的细胞溶素。使用 氨苄西林能诱导细菌裂解并且转移质粒DNA到宿 主细胞质。 3.3李斯特菌作为疫苗载体的应用LM作为强大 可以运送抗原蛋白,而且可以运送DNA和RNA_2 。 重组LM作为疫苗载体诱导抗病毒或肿瘤抗原 的特异性细胞免疫,已应用于表达流感病毒、淋巴细 胞脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)、人类乳头瘤病毒 HPV.16 E7、人类免疫缺陷综合症病毒HIV gag、酪氨 酸酶相关蛋白(Trp2)、前列腺特异性抗原(PSA)、 HER-2/neu等[22-26]。研究者已证明了一个高度减毒 的表达HPV E7抗原的LM株在治疗宫颈癌患者一 期临床试验中的安全性,这项试验指出了载体的安 全性和耐受性,并提出LM作为一种载体在临床治 疗方面的可能性_27j。最近(2011年)Sciaranghella 等【28j构建了减毒圳载体,Lmdd.BdopSIVgag,编码 SIVmac239 gag。胃内给予猕猴3×10 个细菌是安 全的,并能诱导抗gag细胞免疫反应,但体液免疫无 应答。实验认为这种新的减毒活性Lmdd—BdopSIV. gag可能为口服疫苗提供一个有吸引力的平台l 。 另有研究者应用两种减毒的李斯特菌:act_A_一/plcB. (BMB72)或act_A_一/InlB.(BMB54),都表达A型流感 病毒核蛋白融合抗原,体外和小鼠体内评估这两株 的安全性和毒性,并且有22名健康志愿者接受单次 口服其中一种疫苗,观察其安全性、保护作用及免疫 原性Lm]。结果表明该口服疫苗安全,能诱发中等强 度的针对IJM复合抗原的粘膜免疫和细胞免疫,但 是没有诱发针对流感病毒抗原的特异性免疫反应。 4重组减毒 的应用前景和问题 作为递呈外源基因的细菌疫苗载体需满足以下 几个条件:(1)安全性好,即在动物模型中毒力比其 亲本菌株至少低4个对数倍数;(2)能在感染细胞的 胞质中稳定表达外源基因;(3)能优先感染专职 APCs;(4)储存条件下性能稳定,不会发生外源基因 丢失;(5)价格低廉。携带特异性抗原的减毒重组 LM能够引起肿瘤退行性变,抵抗病毒进一步感染, 为肿瘤和难治性病毒感染的治疗提供了新思路。然 而,重组LM作为疫苗载体应用于临床仍存在一些 问题,如基因敲除后的减毒菌株毒力能否保持稳定, 1134・ 中国免疫学杂志2011年第27卷 李斯特菌携带的外源性抗原编码基因是否能稳定表 达蛋白,表达的蛋白是否有功能,人体内预存的针对 LM的免疫能否影响有效的内源性免疫和适应性免 疫,保证患者安全的剂量及患者免疫情况的纳入和 排除标准是什么等等¨7j。Leong等[3o]就发现人体有 高水平的(所测志愿者的6o%)预先存在的针对LM munotherapeutics[J].Adv Appl Microbiol,2009;66:1-27 15 Angelakopoulos H,Loock K,Sisul D M et a/.Safety and shedding of n aattenuated strain of Listeria monocytogenes wih a tdeletion of actA/plcB in adult volnteuers:a dose escalation study of oral inoculation[J].Infect Immun,2O02;70(7):3592.3601. 16 Brockstedt D G,Bahjat K S,GiedlinMA et a1.KiIed butmetabolically active microbes:fl new vaccine paradigm for eliciting effector T_eeI1 Ie— sonspes andprotcteive immunity[J].Nature medicine,2005;ll(8):853: 860. 的细胞免疫,阻碍LM载体所携带的治疗基因或疫 苗的治疗效果。但是,最近有学者研究证明预先存 在的抗LM的免疫不会减弱口服LM疫苗抗HIV gag 17 Vassnxa G,NitcheuJ,Jezzard S et a1.Bacterial gene therapy srtat es lJJ。J Pathol,2006;208(2):290—298. 18 Pil m S,Stritzker J,Sehoen C et o1.Bae)ofctieon ofmammalin acellsby Listeria monocytogenes:improvement and mechanism of DNA delivery 的免疫效应,LM空载体也没有诱发猕猴的抗体免疫 反应,表明进一步研究口服减毒LM疫苗的可行 性_3 。随着研究的不断深入,减毒重组LM必将得 到不断改进,为肿瘤和难治性病毒感染的治疗提供 更为广阔的前景。 lJj.Gene Ther,2003;10:2036—2045. 19 Souders N C,VerehT,PatersonY.In vivo bactofcteion:listeria canfunc— tion as a DNA—cancer vaccine[JJ.DNA Cell Biol,20O6;25:142 151. 0 va2n Pijkeren J P,MorrisseyD,MonkIR et o1.AnovelLi ̄eriamonocy— togenes-based DNA delivery system for cancer gene therapy[J].Hum Gene Ther,2010;21:405 416. 21 LoL ̄ler D 1.Schocn C U.Goebel W etⅡf.Comparison of diferent live vaccine strategies in vivo for delivery ofprotein ntaigen or antigen--encod・- 5参考文献 1 Vazquez Boland J A.Kuhn M.Berche P et af.Listeria pathogenesis and ing DNA and mRNA by vimlence-attenuated Listeira moncyatogenes[J]. 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