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1、肺炎链球菌蛋白质疫苗研究进展国际检验医学杂志2007年3月第28卷第3期IntJLabMed,March2007,Vo1.28,No.3肺炎链球菌蛋白质疫苗研究进展曹炬综述尹一兵审校【摘要l肺炎链球菌是引起肺炎,中耳炎,脑膜炎等的重要致病菌.目前投入使用的荚膜多糖疫苗有很大的局限性,因此针对其主要毒力因子的蛋白质疫苗发展很快,有望替代多糖疫苗.【关键词】链球菌,肺炎;蛋白质类;疫苗中图分类号:R378.12文献标识码:A文章编号:16734130(2007)0321403肺炎链球菌是肺炎,脑膜炎,中耳炎的主要病因,是引起全世界范围内婴幼儿,老年人,免疫缺陷个体感染性疾病的主要病原菌.随着耐药菌
2、株的不断出现,疫苗在其感染防治中的作用越来越重要.目前应用较多的是23价肺炎多糖疫苗和7价结合疫苗,但前者覆盖的血清型有限而且不是T细胞依赖性的,对免疫系统发育不完善的2岁以下幼儿和老年人的保护性弱;后者存在荚膜血清型转换和载体携带的荚膜多糖血清型数量有限以及生产成本很高,不适合在发展中国家大量使用,并且在肺炎高发人群中的保护作用小等缺陷,因此发展肺炎链球菌蛋白疫苗迫在眉睫.蛋白质疫苗有以下的优势:(1)生产成本低,能够在发展中国家大规模使用;(2)蛋白质疫苗能够对所有年龄组的人群都能产生保护作用,并诱发免疫记忆;(3)运用高保守的蛋白质疫苗接种,可以产生非血清型依赖的保护作用,保护作用的程度
3、和型别依赖于疫苗中蛋白质的功能.现就最有希望成为候选疫苗的毒力因子作一综述.肺炎链球菌表面蛋白A肺炎链球菌表面蛋白A(pneumococcalsurfaceproteinA,PspA)是肺炎链球菌重要的毒力因子,在所有临床分离的肺炎链球菌中均发现其存在,它的主要作用是与乳铁蛋白结合使乳铁蛋白丧失功能并抑制补体活化,降低C3b在肺炎链球菌表面的沉淀从而干扰补体介导的吞噬调理作用,而吞噬调理作用被认为是宿主清除肺炎链球菌最主要的途径j.PspA作为疫苗蛋白必须考虑其在不同菌株之间结构和抗原性的差异,PspA主要由5个域组成:一个信号肽,一个a螺旋区,一个组氨酸富集区,一个胆碱结合区和一个c端尾巴.
4、Hollingshead等依据组氨酸序列前氨基酸的差异(命名为族决定域)将其分成3个家族(families).临床上很少分离到第三家族的肺炎链球菌.这种PspA血清型差异可能是由于宿主免疫系基金项目:国家自然科学基金资助(No.30471873)作者单位:400016重庆医科大学医学检验系?综述?统的选择性压力造成PspA自发的点突变,菌株之间基因的水平性转移而引起的.因为家族间的交叉反应受限,他们建议PspA疫苗组成应当包含第一,二两个家族的蛋白.PspA是一种很好的候选疫苗蛋白,其免疫原性是在利用抗PspA单克隆抗体能够被动保护小鼠抵抗致死性菌血症时发现的.用重组PspA的肽段主动免疫小鼠
5、发现其氨基末端的a螺旋区是其表位存在点,它是抗体的作用靶点.有研究表明,PspA在抗肺炎链球菌侵入性感染比抗黏膜性疾病和定植作用更强,用PspA融合粒细胞集落刺激因子或者是IL一12比单独使用PspA更能提高血清IgG的水平.用灭活的霍乱毒素A亚单位和PspA共同作用于鼻腔黏膜,成功诱导产生了分泌型IgA和血清IgG,并且能够抵抗致死量肺炎链球菌的攻击.PspA融合IL一12经鼻腔给药能增强SIgA和IgG的水平,不仅能清除携带的肺炎链球菌还能抵抗致死性肺炎链球菌菌血症的发生,用表达PspAa螺旋区肽段的减毒沙门氏菌口服也能产生保护性的的IgG【3.重组的PspA第一期临床实验发现其产生的抗体
6、能够与异种的PspA发生交叉反应,并且能预防经腹膜注射的肺炎链球菌引起小鼠感染,继续优化其抗原投递途径和探索其保护机制是PspA成为疫苗的前提条件.溶血素溶血素(pneumolysin)是一种含有巯基的毒素,具有直接溶解细胞和活化补体的功能,它由毒素分子上不同的区域所介导.这种溶细胞的属性可以先天性和特异性免疫反应,同时活化宿主细胞释放一系列的炎性因子.溶血素与IgG的Fc段结合直接激活经典的补体途径,同时促进炎症反应和消除血清的调理作用.除此之外,它还抑制支气管黏膜纤毛的运动.因此,溶血素在肺炎链球菌引起炎症反应时起着重要的作用.已有研究表明,溶血素能够抵抗肺炎链球菌侵袭性感染,PspA和溶
7、血素一起免疫小鼠,发现两者在预防肺炎链球菌侵入性感染时具有互补的作用,两者的共同作用还可防止肺炎链球菌的定植及其国际检验医学杂志2007年3月第28卷第3期IntJLabMed,March2007,Vo1.28,No.3诱发中耳炎.对肺炎患者的前瞻性分析发现,如果患者血清中含有抗溶血素的抗体,那么发生菌血症的概率就会降低.胆碱结合蛋白除了PspA外,另外一类胆碱结合蛋白(cholinebindingprotein,CBPs)也发现能够产生免疫保护性作用,肺炎链球菌表面蛋白质C(pneumococcalsurfaceproteinC,PspC)具有与PspA高度同源的胆碱结合域.几个不同的科研小
8、组分别对其基因测序,对其能够结合IgA的分泌组分取名为特异肺炎链球菌表面蛋白A(specificpneumococcacsurfaceproteinA,SpsA),而有的研究者对其因能抑制补体激活而取名补体因子H结合抑制子(Hbindinginhibitorofcornplement,Hic),其实它们都是CBPs的组成成分之一.CbpA是CBPs中数量最多,含量最丰富的成分,它可与人多聚免疫球蛋白A特异地结合从而侵入黏膜.CbpA和PspA具有相似的结构域,其N端的a螺旋域在不同株的肺炎链球菌,无论大小还是序列都高度可变.研究发现,含有CbpA的PspA突变株比缺乏CbpA的PspA突变株毒
9、力更强,据此提出CbpA和PspA的毒力作用在宿主体内可以互补.用CbpA免疫小鼠可预防肺炎链球菌引起侵袭性感染,而介导这种保护作用的抗体可对PspA产生交叉反应.用从肺炎链球菌表面提取的CBPs混合物免疫小鼠,发现其免疫血清能够被动保护小鼠免于发生脓血症,CbpA被认为是起主要作用的抗原成分,当然,其他蛋白的作用也不能轻视.抗PspC抗体能够与PspA产生很大程度的交叉反应,小鼠模型中发现抗PspC抗体不仅能够预防脓血症还能抵抗鼻腔对肺炎链球菌的携带.然而,抗PspA抗体的靶位是其氨基末端的a螺旋区,抗PspC抗体针对PspC和PspA的脯氨酸富集区.而脯氨酸富集区一向被认为存在于肽聚糖内,
10、通常是不能和抗体以及吞噬细胞的受体结合的.一株肺炎链球菌中至少存在lO种公认的CBPs,此暴露于肺炎链球菌表面的蛋白质家族是尚未开发的疫苗蛋白,期待更进一步的研究.粘附素A肺炎链球菌表面粘附素A(pneumococcalsurfaceadhesionA,PsaA)是ABC型镁离子透酶复合物的组成成分,对PsaA突变株的研究表明,它在肺炎链球菌粘附,自溶以及毒力方面都起着作用u.用PsaA免疫小鼠发现它能显着降低群体肺炎链球菌携带率,并可预防肺炎链球菌的系统性感染,但不如前者显着.研究发现口服藻酸盐包裹的PsaA能够有效预防肺炎链球菌在小鼠体内的定植,肺炎,侵袭性感染.这些结果表明用PsaA免疫
11、小鼠主要能够抵抗肺炎链球菌的定植,其次可以预防肺炎链球菌脓血症的发生.然?215?而对抗PsaA抗体与急性中耳炎发生率的相关性分析则有相矛盾的地方.Rapola等口1发现抗PsaA抗体的滴度越高,中耳炎发生的危险度越低,但这只是对于大于9个月的儿童而言的.对于更小的儿童,更高浓度的抗PsaA抗体,中耳炎发生的危险度反而更高.这些研究表明,在不同的年龄组,抗体对PsaA的作用或者是抗PsaA抗体的来源存在基本的差异.更高的抗PsaA抗体滴度或许与过去更多的与肺炎链球菌接触有关(通过定植或是感染这些途径),这可能解释为什么中耳炎发生的危险度还更高.用PsaA和PspA混合感染小鼠发现比单一成分更能
12、产生功能性保护作用.肺炎链球菌热休克蛋白肺炎链球菌从气道(大约3O34)转移到血液和(或)脑膜(37)遭受一个热休克的过程,这种温度的上升使其瞬时合成了一系列高度保守的热休克蛋白质.许多热休克蛋白质作为分子伴侣或蛋白酶,能帮助热休克中损害的某些蛋白质恢复正确的构象,同时具有蛋白质水解和免疫佐剂的功能,能消除体内有害和某些失活的蛋白质.当温度恢复到3O时这些热休克蛋白质会持续存在,表明当恢复到正常的培养条件时这些热休克蛋白不会主动降解.酪蛋白裂角平蛋白酶(CaseinolyticproteaseP,ClpP)包含2个ATP结合位点并且作为分子伴侣调节毒力基因的表达.发现一株有ClpP缺陷的肺炎链
13、球菌对高温,HO和嘌呤霉素敏感,而且在小鼠中毒力明显减弱,其他热休克蛋白(如ClpC,ClpE,和ClpL等)的功能还没有完全阐明口.热休克蛋白作为肺炎链球菌疫苗的候选蛋白越来越受到研究者的重视,Kwon等H发现,ClpP对于肺炎链球菌在宿主内定植和生存是必须的,热休克后ClpP会迁移到细胞壁中,在细胞壁中的含量大大增加.用ClpP蛋白免疫小鼠能够产生保护作用,并能抵抗致死量肺炎链球菌的攻击,并且与PspA,溶血素等候选疫苗产生的保护性作用相比无统计学意义.其他相关蛋白质除了上述两类蛋白质外,还有很多与肺炎链球菌相关的蛋白,如神经氨酸酶,假定蛋白酶成熟蛋白(putativeproteasema
14、turationproteinprotease,PpmA),肺炎链球菌表面蛋白细胞壁相关氨酸蛋白酶A(pneumococcalsarfaceproteinscellwallassociate,PrtA).这些蛋白在动物实验中都不同程度地显示出了保护作用,都有希望成为肺炎链球菌蛋白疫苗的组分.对TIGR4型肺炎链球菌的全基因组分析发现,大约有130个开放阅读框编码肺炎链球菌表面蛋白质,其中6种能够产生保护作用.随着对肺炎链球菌基因组研究的不断深入,还会有更多的保守性蛋白质?216?国际检验医学杂志2007年3月第28卷第3期ImJLabMed,March2007,Vo1.28,No.3被发现.蛋
15、白质疫苗是肺炎链球菌的第三代疫苗,无论是针对其毒力因子还是抗粘附类物质(如受体类似物乙酰半胱氨酸)或者是羧甲基半胱氨酸,这些候选蛋白疫苗在抗肺炎链球菌定植和脓血症中都还没有到达完美的效果.有一点必须指出的是,假如疫苗将鼻腔内的肺炎链球菌完全清除的话,将会出现其他类型的致病菌的取代生长.Veenhoven等r】就发现用7价结合疫苗接种的人群中,虽然疫苗中携带的肺炎链球菌血清型感染减少了,但是培养出金黄色葡萄球菌的阳性率却高了3倍.事实上,鼻腔道中的肺炎链球菌对其他病原菌(如金黄色葡萄球菌,草绿色链球菌,溶血弧菌等)都有拮抗作用.一个解决的办法就是严格防止肺炎链球菌侵袭性感染而保持鼻腔内的定植不受
16、影响,第二种方法就是由于在防止黏膜感染和侵袭性感染所需要的抗体的质和量不同,Pelton等r】提出了在防止黏膜定植和感染时所需要的抗体滴度要比防止系统性感染更高.尽管是假设,但为人们提出了一条新的思路,能否使产生的抗体刚好能够阻止系统性感染而不妨碍肺炎链球菌的定植.然而这种途径需要个体监测,在疫苗大规模接种时就显得不适合了.小结总之,要发展更为有效的肺炎链球菌蛋白疫苗还需对其致病机制和抗体保护机制不断研究.目前提倡联合运用多种蛋白来提供更为有效的保护作用.但毫无疑问,蛋白质疫苗将会取代目前的多糖和多糖结合疫苗.伴随着肺炎链球菌新的毒力蛋白质的不断发现,各种蛋白质的组合方式和投递途径的优化,希望
17、尽快看到能够防止肺炎链球菌感染的疫苗的出现.12E33参考文献RanB,McCroryMA,PassC,eta1.ThevirulencefunctionofStreptococcuspneumoniaesurfaceproteinAinvolvesinhibitionofcomplementactivationandimpairmentofcomplementreceptor-mediatedprotectionJ.Jlmmunol,2004,173(12):75067512.HollingsheadSK,BeckerR,BrilesDE.DiversityofPspA:mosaicgene
18、sandevidenceforpastrecombinationinStreptococcuspneumoniaeJ.Infectlmmun,2000,68(10):58895900.GorDO,DingX,BrilesDE,eta1.RelationshipbetweensurfaceaccessibilityforPpmA,PsaA,andPspAandantibodymediatedimmunitytosystemicinfectionbyStreptococcuspneumoniaeJ.4567839InfectImmun,2005,73(3):l30413l2.AreasAP,Oli
19、veiraMI,MiyajiEN.eta1.IntradermalimmunizationofmicewithcholeratoxinB-pneumococcalsurfaceproteinAfusionproteinisprotectiveagainstintraperitonealchallengewithStreptococcuspneumoniaeJ.InfectImmun,2005,73(6):38l038l3.HirstRA,MohammedBJ,MitchdlTJ,etat.Streptococcuspneumoniae-inducedinhibitionofratependym
20、alciliaisattenuatedbyantipneumolysinantibodyJ.InfectImmun,2004,72(11):66946698.KadiogluA,CowardW,ColstonMJ,eta1.CD4一TlymphocyteinteractionswithpneumolysinandpneumococcisuggestacrucialprotectiveroleinthehostresponsetopneumococcalinfectionJ.InfectImmun,2004,72(5):26892697.ElmC,BraathenR,BergmannS,eta1
21、.Ectodomains3and4ofhumanpolymericlmmunoglobulinreceptor(hplgR)mediateinvasionofStreptococcuspneumoniaeintotheepitheliumJ.JBiolChem.2004,279(8):6296-6304.IuoR.MannB.LewisWS,eta1.SolutionstructureofcholinebindingproteinA,themajoradhesinofStreptococcuspneumoniaeJ.EMBOJ,2005,24(1):3443.ZhangQ,ChooS,Finn
22、A.Immuneresponsestonovelpneumococcalproteinspneumolysin,PspA,PsaA,andCbpAinadenoidalBcellsfromchildrenJ.Infectlmmun,2002,70(10):53635369.1OJohnstonJW,MyersIrE,OchsMM,eta1.IipoproteinPsaAinvirulenceofStreptococcuspneumoniae:surfaceaccessibilityandroleinprotectionfromsuperoxideJ.InfectImmun,2004,72(10
23、):5858-5867.11RapolaS,JanttiV,EerolaM,eta1.AntiPsaAandtheriskofpneumococcalAOMandcarriageJ.Vaccine,2003t21(2526):360836l3.r12IbrahimYM,KerrAR,SilvaNA,eta1.ContributionoftheATP-dependentproteaseCIpCPtotheautolysisandvirulenceofStreptococcuspneumoniaeJ.InfectImmun,2005,73(2):730740.13KwonHY,OgunniyiAD
24、,ChoiMH,eta1.TheCIpPproteaseofStreptococcuspneumoniaemodulatesvirulencegeneexpressionandprotectsagainstfatalpneumococcachallengeJ.InfectImmUD,2004,72(10):56465653.14VeenhovenR,BogaertD,UiterwaalC,eta1.Effectofconjugatepneumococcalvaccinefollowedbypolysaccharidepneumococcalvaccineonrecurrentacuteotitismedia:arandomisedstudyJ.Iancet.2003,36l(9376):21892195.15PeltonSI,DaganR,GainesBM,eta1.Pneumococcalconjugatevaccines:proceedingsfromaninteractivesymposiumatthe41stlnterscienceConferenceonAntimicrobialAgentsandChemotherapyJ.Vaccine,2003,21(15):15621571.(收稿日期:20060710)