DNA疫苗

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第866页（3940字）

又称基因疫苗。

为了弥补无毒的基因工程疫苗不能激活MHC 1分子以致很难激活T杀伤细胞的缺点，近几年来国外发展的一种新技术。把外源基因克隆在表达质粒上，直接注入到动物体内，使其外源基因在活体内表达，产生抗原从而激活免疫力。

此技术优点不仅选择性强，而且可以有选择地激活不同的免疫途径，最大特点是导入体内的基因一定要在细胞内表达后才起作用，表达后的产物首先被MHC Ⅰ型分子加工后而激活CD8⁺T杀伤细胞，而分泌型抗原表达后，分泌到胞外而被MHC Ⅱ型加工，激活Th细胞或直接激活B淋巴细胞，使其产生抗体。

机体本身抵抗外来入侵物是靠两大免疫系统来完成的，其一是体液免疫，即我们常说的抗体形成产生的免疫。抗体是由血液和体液中的B淋巴细胞产生，它可以与乾主体液中的外来物结合后而使其清除。其二是细胞免疫。

细胞免疫又根据主要组织相容性复合物(MHC)分子的不同分为两种，一种为MHC Ⅰ型，另一种是MHC Ⅱ型。它们的主要区别在于激活机制和效果。外源抗原通过细胞内的吞噬后，在细胞体内由MHC Ⅱ型分子加工，使CD4⁺T淋巴细胞识别并使其激活，激活的CD4⁺T淋巴细胞一般是用于畏助激活抗原专一的B淋巴细胞，使其产生大量的专一性抗体，或激活T杀伤细胞，所以称这种T淋巴细胞为T辅助细胞(Th)。根据辅助细胞分泌细胞因子的不同，又分成T辅助O型(ThO)、T辅助Ⅰ型(Th1)和T辅助Ⅱ型(Th2)，Th1一般分泌有IL－2、IL－12、TNF和γ－IFN等，它们是用来调动更多的T细胞，使其MHC 1型分子表达，从而增强杀伤T细胞作用。

Th2一般分泌IL－4、IL－5和IL－10等，其可以激活并诱导B淋巴细胞产生在碍专一性抗体，而Th0细胞与Th1和Th2有重叠作用，其机理不十分清楚，所以通过诱导激活MHC Ⅱ型的途径，可以产生有效的免疫反应。MHC Ⅰ型途径一般是使内部合成蛋白抗原加工产生小肽而使CD8⁺T淋巴细胞识别激活，诱导CD8⁺T淋巴细胞常伴有细胞杀伤和抑制性。

CD8⁺T杀伤细胞可以通过释放水解酶和化合物把受到病毒感染或变异的细胞杀死。CD8⁺T淋巴细胞的抑制性一般是通过诱导使机体进入不反应状态。

自从1961年Atanasia第1个用纯化的DNA直接注射到动物体内到1990年John Wolff和Felgner偶然发现用质粒DNA可以很好地使肌肉细胞转化表达，并提出用DNA注入机体应能产生免疫反应后，以DNA质料为材料的免疫方法开始开展起来。1992年美国有4家实验室同时独立地开发出了这种DNA疫苗的雏形，从此之后这种方法风靡各地。

当时4家发展的方法中都有许多不同之处，如Merck公司是直接的注射法，H．L．Robinson和S．A．Johnston是采用基因枪轰入法，B．Wang则发明了药物协助法。后两种方法都比直接注入法效果好，但基因枪使用复杂、成本高，将来推广取决于基因枪的改进。

B．Wang选用Bupivicaine药物是由于它是人们使用已久的麻醉药，无副作用，它可以使局部肌肉快速萎缩和更新。B．Wang的实验证实用此方法可以使基因在体内的表达水平提高20～50倍。

爱滋病病毒(HIV)是一种造成人体免疫缺陷症的反转录双链RNA病毒，同其它反转录病毒一样，病毒表面膜蛋白包裹内部有核骨架和反转录酶、蛋白水解酶、整合酶及一些调节因子，加上正链的RNA遗传物质，HIV进入体内主要是通过血液和体液几个途径，一旦进入体内，HIV的膜蛋白会与CD4⁺T淋巴细胞结合而进入细胞内并反转录、整合在基因组中，从而开始了其生命周期，HIV感染后的CD4⁺T淋巴细胞会复制大量的HIV病毒，同时CD4⁺T淋巴细胞自身死亡。反复多次后，人体的大量CD4⁺T淋巴细胞数下降，机体本身的免疫反应能力下降，使许多其它的病菌有机可趁。

抵抗HIV感染的能力可以表达在两个方面，一是阻止HIV进入细胞，二是清除被感染的细胞。B．Wang近几年的实验多选用膜蛋白和核蛋白的基因作为免疫源并构建成质粒，发现仅采用膜蛋白区域就有可以激活动物体产生中和抗体、Th活性和杀伤T细胞的能力。

这种被激活的专一性抗体不仅可以结合多区域抗原决定组，同时对一些重要的功能区如V3区和CD4⁺受体结合区也有结合。而且这种专一性的结合能力可以延续很长时间。

这种能力在体外HIV感染系统中证明它可以有效地阻止HIV病毒进入人体细胞中。其中猴子注射了膜蛋白的DNA疫苗后，它们可以有不同程度的抗感染能力。

其中一组猴子有近于100%抗感染力的记录。在T淋巴细胞免疫方面其疫苗有着很强激活能力。

所激活的T杀伤细胞中，以CD8细胞为主。引人注意的是已经被HIV感染的大猩猩，注入这种疫苗3个月后，其体内的病毒数量明显下降。

半年后降到测不出的水平，就连用最敏感的PCR检测技术，也检测不出HIV的DNA。虽然这组实验所用猩猩数量很小，结果需要重复，但该实验支持了B．Wang的假说，用此种DNA免疫技术不仅通过产生抗体预防病毒的感染，同时更主要的是产生T杀伤细胞清除了已经感染的机体细胞达到治愈的目的。

DNA疫苗不仅可以作用于病毒感染，同时也能用于医治肿瘤。B．Wang在小鼠的实验中证明，如果用肿瘤专一性抗原基因作为免疫源，注入小鼠体内3次后，能100%阻止肿瘤细胞生长；注射两次后，阻止75%的肿瘤生长；如注射1次，阻止60%肿瘤生长。

检查这些肿瘤生长受阻小鼠的免疫反应，发现它们都有一个共同的特点就是体内专一性T杀伤细胞的活性极高，而且都是在遇到肿瘤细胞后7天之间提高了100倍，而且这种免疫力是有很长时间记忆的。由此可看出DNA疫苗的最主要优点在于可诱导很有效的专一性T杀伤细胞的能力而且没有副作用。

目前的研究表明，DNA疫苗的安全性很高。

对于一般疫苗的安全性应注意几个方面的问题，一是无直接副作用，二是无间接副作用。直接副作用在于它的毒性和机体耐受性，间接副作用为注射疫苗后引起的其它疾病如癌症、自体免疫病等。除上述提及的DNA疫苗的安全性外，B．Wang还用大量DNA疫苗注入猴子和兔子的急性毒理实验证明，没有任何毒理反应，对这些动物的长期观察也没有检查到任何毒理反应。

所以从传统的标准来看DNA疫苗是安全的。另外我们为保险起见，同时进行了测定了DNA是否会整合到机体的基因组之中的实验，虽然实验花费的大量的精力，但是十分必要。

采用目前最灵敏的PCR方法证明测不出任何重组整合的质粒DNA。1995年B．Wang进行了全世界首例应用DNA疫苗技术的人体临床试验。虽然DNA免疫技术才发展几年，有许多需要改进之处，这种直接注入DNA质粒的技术有着广泛的应用前景。目前已经应用的例子有爱滋病毒、肝炎病毒、流感病毒、HTLV、肿瘤、疱疹、霍乱、狂犬病毒等，还有许多正在开发研究之中。

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(美国宾西法尼亚大学王宾博士撰)