中华预防医学杂志

CHINESE MEDICAL ASSOCIATION

1999年第33卷第5期vol.33No.5 1999

陈元鼎戴长柏

关键词：抗原表位亚单位疫苗 合成肽疫苗 重组抗原表位亚单位疫苗

近代免疫学研究发现，一个病原体起免疫学功能的主要是抗原蛋白，而起决定作用的又是抗原蛋白上的抗原决定簇，抗原决定簇又是由数量不等的抗原表位组成。随着基因工程技术和免疫学的发展，人们已可以测定抗原表位并对其氨基酸序列进行分析研究，精确确定起决定性免疫功能的氨基酸序列。

有效的免疫反应通常包括有效的体液免疫反应和有效的细胞免疫反应，而这两方面的免疫反应又是由相应的中和抗原表位和T细胞抗原表位诱导的。用抗原表位氨基酸序列制备的疫苗称为抗原表位亚单位疫苗（epitope-based vaccine）^［1，2］,包括合成肽疫苗（synthetic peptide-based vaccine）和重组抗原表位亚单位疫苗（recombinant epitope-based vaccine）。

1.合成肽疫苗：近年的研究表明，合成肽疫苗可诱导交叉体液免疫反应，也可诱导交叉细胞免疫（CTL）反应。合成肽疫苗具有以下优点：化学合成，不受材料来源限制；易于制备和纯化；化学性质和热力学性质都比蛋白质稳定，便于运输和保存；没有毒性或感染性因子（如重组载体DNA及其编码蛋白）的污染；不需建造大规模的厂房设备；不需要下游加工处理，成本低；可设计出能诱导B细胞和T细胞介导的体液免疫和细胞免疫反应的合成肽疫苗。 正由于有这些优点，人们已研制出所需要的各种合成肽疫苗^［2，3］。

合成肽疫苗也存在不足，主要有3点。其一：遗传背景限制了抗原表位合成肽的表型，合成肽疫苗仅代表了蛋白抗原的一部分，很难像蛋白抗原疫苗一样诱导出多种免疫反应。近年，随着对各种不同Th细胞抗原表位的认识，似乎可以找到一个“通用”的Th细胞抗原表位。结合特异性的中和抗原表位和CTL抗原表位，以获得好的免疫效果。其二：合成肽是线性的，通常不具备抗原蛋白上抗原表位所具有的构象。其三：和蛋白抗原相比，抗原表位的免疫原性通常较弱，很难引起较强的免疫应答以获得长期的免疫力。

为了克服缺点，人们不懈努力，对合成肽疫苗作出了许多改进和完善。研究中发现，乙型肝炎病毒（HBV）表面抗原（HBsAg）所诱导的保护作用由蛋白上中和抗原表位诱导的抗体介导，并且，这些抗原表位具有由二硫键所介导的特异性空间构象；富含半胱氨酸的抗原表位合成肽可借助二硫键自然形成有空间构象的寡聚多联体^［4，5］。用这样的合成肽寡聚多联体疫苗诱导生成的抗体也具有抗原表位特有的空间特异性，可识别HBsAg蛋白，并能与HBV颗粒结合，这说明，抗原表位合成肽的空间构象障碍在某些情况下可以克服。进一步研究发现，在HBsAg抗原表位合成肽寡聚多联体中，有部分可再通过非共价结合，形成更大的大分子聚合体，显微镜下可见到这些大分子聚合体的空间构象^［6］。

用脂质体微胶囊（包裹）技术将多个抗原表位合成肽包裹在微胶囊中，也同样可以增强合成肽疫苗的免疫原性。这样的疫苗可诱导灵长类动物产生与HBsAg蛋白疫苗相当的血清抗体水平^［7］。在人类，这一抗原表位可诱导与HBsAg相当的Th细胞应答^［8］。

其他增强合成肽疫苗免疫原性的方法还有：化学偶联法（chemically crosslinking）^［9］；化学合成代表不同血清型（或毒株）特异性的抗原表位，可诱导机体针对不同血清型病毒的免疫反应；在不同抗原表位合成肽末端人为加上一些半胱氨酸，使合成肽通过半胱氨酸间形成的二硫键“自动”组装成线性串联的抗原表位疫苗。在HIV-1研究中，这种嵌合串联的合成肽具有HIV-1外膜蛋白上抗原表位类似的构象^［10］。在合适的条件下，用赖氨酸作为核心，通过二硫键的连接，这样的抗原表位合成肽也可以形成“高度有序”的分枝状排列的多聚体^［11］。

用这些增强合成肽疫苗免疫原性的技术，可以制备出代表不同病原体抗原表位的多价合成肽疫苗。

2.重组抗原表位亚单位疫苗：虽然在有些情况下，合成肽与载体分子连接后可诱导很好的免疫应答，但很少能在接种动物中产生保护性免疫反应^［12］。人们一直在研制能进一步提高疫苗免疫原性的新型抗原表位表达／递呈系统（antigen-presenting system）。在这样的载体系统中，有的载体分子具有颗粒样结构，外源抗原表位可插入载体分子上，并可在真核或原核系统中进行复制和表达。我们将重组到其他载体（病毒）蛋白分子上，在原核或真核系统中表达的抗原表位疫苗称为重组抗原表位亚单位疫苗。

迄今，人们已经发展了许多这样的具有颗粒样结构的外源抗原表位表达载体系统，如HBV核心抗原 (HBcAg) 和HBsAg载体系统，脊髓灰质炎病毒外壳蛋白载体系统，酵母Ty蛋白载体系统，在重组杆状病毒中表达的HIV-1 gag蛋白载体系统， 轮状病毒（RV） Vp6蛋白载体系统，蓝舌病毒核心颗粒载体系统， 以及丝状的和二十面体的噬菌体载体系统^［13］。

众所周知，抗原表位的免疫原性不仅取决于氨基酸序列结构，还取决于呈递给免疫系统的方式。在HBcAg载体系统中表达人鼻病毒外壳蛋白抗原表位时，将外源抗原表位插入载体分子的内部，其免疫原性比联接到载体分子的氨基端高10～100倍，抗原性也大大提高。而同合成肽相比，这两种方式表达的抗原表位与单克隆抗体的反应性都已提高^［14］。同样，当HIV-1 (V3环）的抗原表位插入HBcAg载体的不同部位时，抗原性和免疫原性也大大提高^［15］。这些说明，如果某种抗原表位的特性受到其构象的限制，就有必要进一步发展具有多个外源抗原表位插入位点的载体系统，使所表达的外源抗原表位具有不同的构象，以获得一种更接近于抗原表位原本的特有构象。为了认识这些载体分子的三维结构，找出更多可供外源抗原表位插入的位点，我们最近构建了一个以昆虫小RNA病毒flock house virus外壳蛋白为载体的外源抗原表位表达系统（FHV-RNA2系统）^［13］。该载体蛋白的氨基酸序列及其三维立体结构都已得到精确测定，它上面有6个可供外源抗原表位插入的位点，且插入外源抗原表位后很少或不影响载体蛋白的立体结构。在此系统中表达的载体蛋白可自动组装成病毒样颗粒，使插入的外源抗原表位暴露在颗粒的表面，从中可挑选出能充分体现外源抗原表位生物学和免疫学特性的插入位点（嵌合蛋白）。在此系统中表达的HIV-1 （V3环）抗原表位能被HIV-1感染的患者血清抗体识别，但同一同抗原表位插入不同位点时，其抗原性强度不一样，进一步说明抗原表位的免疫学特性与其构象的相关性。在此系统中表达的同一氨基酸序列的抗原表位所诱导产生的动物血清抗体可识别不同血清型HIV-1 （V3环）的氨基酸序列合成肽，并能中和不同血清型HIV-1的感染性。而在重组痘苗病毒系统中表达的含有全部V3序列的gp120或gp160蛋白虽也能以病毒样颗粒形式存在，但其抗原性通常只能被血清型特异的抗体识别^{［16，17］}。

同样，在载体系统中表达的RV Vp4抗原表位所诱导产生的动物血清抗体，不仅能识别同源抗原表位氨基酸序列，能识别亲本病毒Vp4及重组Vp4蛋白抗原，还能识别不同血清型RV的抗原和中和不同血清型RV的感染性^［18］。

在此系统中表达的HIV-1 (V3环)抗原表位和RV (Vp4)抗原表位都有一个共同的特点，就是其氨基酸序列在不同血清型病毒中都具有高度的保守性，这也是具有广泛交叉免疫反应性的重要保证。对于像HIV-1、RV、HCV这样基因组核苷酸序列变异异常快、易于逃避宿主免疫防御机制的病原体来说，选择那些能刺激机体产生保护性体液免疫和细胞免疫，并且具有高度保守性氨基酸序列的抗原表位作为疫苗，可能是防治这些病原体感染的重要途径。

作者单位：650107 昆明市 中国医学科学院 中国协和医科大学医学生物学研究所

参考文献

1Rao KV. Modern vaccinolgy-from empiricism to a science. Current Science, 1993, 65:969-974.

2Rao KV. Epitope-based vaccines: one step at a time. Proc Indian Natn Sci Acad, 1994, 5：419-424.

3Arnon R. Synthetic peptides as the basis for vaccine design. Mol Immunol, 1991, 28:209-215.

4Manivel V, Ramesh R, Panda SK, et al. A synthetic peptide spontaneously self-assembles to reconstruct a group-specific, conformational determinant of hepatitis B surface antigen. J Immunol, 1992, 148:4006-4011.

5Manivel V, Panda SK, Rao KV. Identification of a new group-specific determinant on hepatitis B surface antigen with a synthetic peptide. J Immunol, 1992, 149:2082-2088.

6Rao KV, Panda SK, Manivel V. Macromolecular self-association of a synthetic peptide derived from the hepatitis B surface antigen：construction of a quaternary epitope. Vaccine, 1992, 10:204-208.

7Manivel V, Tripathy A, Durgapal H, et al. A self-associating hepatitis B surface antigen-derived peptid