在大多数情况下,复制性病毒感染在宿主中能有效地持续数年引发强大的免疫应答。这与作为亚单位DNA质粒或蛋白质递送的许多重组抗原相反;虽然这些被认为是相当安全的(取决于佐剂),但它们经常引发较差的反应原性。相反,在体内复制的、具有与野生型亲本相似活力的病毒疫苗载体通常是具有高度免疫原性的,但也具有重组、反应原性或逆转毒性的风险。寻找最佳培养基已经推动了减毒复制缺陷病毒载体的开发,这是旨在最大化免疫原性和安全性的策略。
1.减毒病毒作为疫苗载体
在过去十年中,病毒疫苗领域的突破之一是认识到复制能力和病毒毒力并不总是与免疫学稳定相关。例如,VACV及其更安全、高度减毒(复制缺陷)表亲——改良的安卡拉痘苗病毒(MVA)和纽约减毒痘苗病毒(NYVAC)在动物研究中显示出堪比的、有时甚至更好的免疫原性。目前,广泛的病毒家族正在作为用于人类或兽医用途的疫苗载体得到深入开发,包括一些具有复制能力的病毒家族,还有许多是特异性减毒的病毒家族。表1概述了作为载体正在开发的主要病毒家族及其相关疾病。
2.免疫逃避:对减毒的影响
历史上,病毒的减毒是经验性的,通过在转化的细胞系或非典型宿主中连续传代,和通过非自然途径递送。许多病毒是复杂的病原体,大型DNA病毒如痘病毒,腺病毒(AdVs)和疱疹病毒将其大部分基因组整合至逃避免疫应答的宿主基因。许多这样的病毒基因编码影响特异性免疫防御的蛋白质,包括那些作用于早期先天途径的蛋白质,例如涉及
3.经验还是理性减毒
减毒痘病毒在天花根除运动中首次被使用,从而被进一步开发为疫苗载体。其中一种,MVA在鸡胚成纤维细胞中传代超过570次,损失了约15%的基因组,最终在哺乳动物细胞中复制缺陷。相反,NYVAC来自VACV的哥本哈根分离株,通过体外重组删除18个不同的ORF,导致复制缺陷。几项最新的研究表明,MVA维持强大的免疫刺激能力,甚至可能比NYVAC更强,而最近的HIV-1疫苗候选者的灵长类动物研究显示,这两种痘苗来源的载体诱导定性不同类型的免疫应答编码的Gag-Pol-Nef(组特异性抗原-聚合酶-HIV-1阴性因子)和包膜(env)抗原——NYVAC诱导CD4+ T细胞显性反应,而MVA诱导更强的CD8+ T细胞应答和伴随的CD4+ T细胞应答。许多病毒蛋白(其中一些作用于TLR信号通路和其他抗原呈递细胞功能)的联合作用可能解释了这些差异。直到对体内结果有更好的预测分析,该过程很大程度上是经验性的,并且取决于最佳体内模型以评估每种载体的免疫刺激性质。然而,在经验减毒的MVA的情况下,基因的合理缺失可以进一步增强免疫原性,两个报告表明编码可溶性白细胞介素-1β(IL-1β)受体的B15R的缺失可以增加病毒特异性记忆CD8+ T细胞反应。类似地,通过减少重组VACV的载体特异性基因表达,可以减少对载体本身的CD8+ T细胞应答,从而相对于转基因而增强。未来的努力将继续沿着这些方向,旨在单独和组合地删除更多的基因,试图合理地增强这些病毒载体的免疫原性。已经开发的减毒的复制缺陷病毒载体作为使免疫原性和安全性最大化的策略的一部分。它们处于一系列复杂性和复制潜力的中间,两种极端的疫苗技术已被许可用于人类使用。虽然临床疫苗开发需要长期的工作计划,但是这种定向疫苗的许可证(如果证明是安全有效的)仍然是完全可以实现和现实的目标。AAV,腺相关病毒;AdV,腺病毒;AS01,葛兰素史克公司的佐剂系统01;HPV,人乳头瘤病毒;MF59,诺华公司的水包油乳液佐剂;MVA,改良的安卡拉痘苗病毒;VEE,委内瑞拉马
4.增强免疫原性
初免-加强状况在20世纪90年代,DNA质粒疫苗的出现使人们兴奋。然而很快显而易见的是,DNA疫苗本身的免疫原性不足以产生防止人类困难疾病的T细胞应答。随着临床试验中使用的定量T细胞测定的进展,包括离体干扰素γ ELISPOT(酶联免疫吸附点)和培养的干扰素-γ ELISPOT测定以及多参数流式细胞术,与其他疫苗类型相比,病毒载体恢复了其增强的细胞免疫应答效力的中心阶段。然而,与DNA疫苗不同,在体内一次或两次施用后,宿主对病毒载体本身的结构蛋白的反应本身就成为自限型的,当载体用于多次免疫时,导致对疫苗插入物的反应降低。需要开发初免-加强方案以克服这些抗载体反应,同时使宿主对疫苗插入物的反应最大化。最初,具有常见疫苗插入物的异源初免-加强方案通常使用DNA质粒来引发免疫系统。然而,最近兴趣点在于使用不同重组病毒载体的组合以及它们的施用顺序如何影响诱导的免疫应答的性质。现在已经在动物模型和人类中测试了多种方法,包括DNA-MVA、DNA-NYVAC、禽痘病毒(FPV)-MVA、
离体干扰素γ ELISPOT:ELISPOT(酶联免疫吸附斑点)法用于测定抗原特异性效应T细胞应答。典型的,脾细胞或外周血单核细胞与抗原孵育18 h,在此期间抗原特异性细胞释放细胞因子(特别是干扰素γ)被单克隆抗体捕获,可以使用改进的ELISA法计算出来。
培养的干扰素-γ ELISPOT:改进的离体干扰素γ ELISPOT法,包括一个在干扰素γ ELISPOT法之前持续很久的体内培养淋巴细胞的过程。典型的,在抗原及白介素-2存在的环境中培养10天。有证据表明不同类群的T细胞,主要是中枢记忆T细胞在培养过程中分化为效应T细胞,可以被此法检测到,类比离体干扰素γ ELISPOT法定量测定循环效应T细胞。
增强体液免疫力
最近的工作已经建立了初免-加强免疫方案用于诱导B细胞以及T细胞应答,特别是AdV-MVA或异源AdV-AdV方案。与分枝杆菌相比,诱导适应性免疫反应的双臂可能有益于防止诸如疟疾寄生虫和许多病毒等病原体,细胞免疫可能是主要的保护机制。与MVA载体相反,AdV载体似乎能够引发和增强B细胞反应,与其引发,MVA载体能够更好地提高反应。这可能是AdV免疫后延长的高水平抗原表达的结果,与更适合于B细胞增强的MVA的短抗原相比,B细胞引发更有利。或者,关于
循环预先存在的免疫力
通常感染人类的病毒存在预先存在的免疫力的问题。对于某些病毒载体,例如基于人AdV和疱疹病毒的病毒载体,这可能是一个主要障碍。随着我们对免疫学和病毒生物学知识的不断扩大,已经建立了新的疫苗科学时代,为病毒载体疫苗的合理开发提供了基础。优化亚单位疫苗抗原设计和理解载体趋势,包括目标抗原加工和体内呈递,是至关重要。在VACV的案例下,已经显示给药途径71以及用于驱动转基因表达的痘病毒启动子可以影响抗原直接或交叉呈递给T细胞的程度。类似地,新的数据表明,由于抗原呈递细胞中的顿挫感染而在感染后期通常被阻止进入直接呈递途径的正痘病毒结构抗原也被特异性地隐藏在病毒工厂中,从而逃避交叉表达途径并阻碍痘病毒特异性CD8+ T细胞反应的诱导。痘病毒早期或晚期启动子驱动的外来抗原不是这种情况,因为这些抗原通常不针对这种痘病毒工厂。更好地理解这一系列观察对疫苗诱导的针对载体和转基因的T细胞应答很重要,且这些数据可能解释为什么痘病毒载体如MVA使用相同载体进行免疫接种12个月后重新增强免疫在人体内是有效的。“工程”免疫。与持续性DNA病毒如腺病毒相关的抗载体免疫的强大复杂性相反,缺乏其大部分结构抗原的工程化慢病毒已被开发用于在体内将基因递送到特定细胞以进行细胞内免疫的载体。某种程度上是由于慢病毒载体基因的最低表达实现的,部分原因是重复的体内给药(如在传统免疫中)不是目的。事实上,慢病毒目前正在被用来为癌症和HIV-1设计免疫力。含有T细胞受体基因的慢病毒的造血干细胞的转导现已进入癌症免疫治疗的临床检测。使用这些载体用针对HIV-1的中和单克隆抗体的编码的B细胞受体基因转导人CD34+细胞也已经有了大量临床前进展。还开发了将慢病毒载体靶向特定细胞类型(如皮肤树突状细胞(DC))亚类的策略。例如,已经开发了保留结合DC-SIGN(树突状细胞特异性ICAM3-抓住非整联蛋白)蛋白质功能的辛德比斯病毒融合蛋白的突变株。进一步的特异性靶向技术的发展可以大大增强病毒载体疫苗的合理设计、定点诱导和有效的免疫应答以预防广泛的传染病和癌症。
5.兽医疫苗进展
病毒载体疫苗最成功的应用无疑在兽医领域。与开发用于人类的疫苗相反,这需要更严格的监管要求,在人类志愿者中逐步进行临床试验,并获得更长的许可证和投资回报。目前,至少有12种病毒载体疫苗被许可用于兽医用途,还有更多的病毒载体疫苗正在开发中。类似地,对于家畜的重要呼吸道病原体,诸如牛结核病,正在探索重组HAdV-5或MVA疫苗载体。表达了分枝杆菌
6.人类传染病疫苗
病毒载体疫苗最初被开发用于诱导针对细胞内病原体的保护性T细胞应答。然而,到目前为止,病毒载体疫苗和直接作用于T细胞介导的免疫(可能除了BCG之外)的疫苗都已被许可用于人类使用。这种情况更加复杂,因为这些新方法已被选为用于常规疫苗方法未能有效的一些最复杂的人类病原体,包括恶性
疟疾疫苗
使用表达前红细胞阶段疟疾抗原环子孢子蛋白(CSP)或血液阶段疟疾抗原顶端膜抗原1(AMA1)的两种HAdV-5载体的混合物最近取得了进展。在人类志愿者进行单次免疫后,通过离体IFN-γ ELISPOT测量每百万外周血单核细胞(PBMC)对500-1,000个斑点形成单位(SFU)的每种抗原的显着平均响应。消耗研究将响应定义为混合的CD8+和CD4+ T细胞应答,其中CD8+表型是通过流式细胞术测量的IFN-γ分泌的应答细胞中CD4+表型的频率的3至5倍(M.Cesegah和T. richie,私人交流)。为了规避HAdV-5预先存在的宿主反应的问题,罕见的人类血清型或非人类灵长类动物的重组腺病毒也正在疟疾疫苗候选者中开发。正在临床前研究异源性AdV(如HAdV-35和HAdV-11)的引发和增强,并且令人鼓舞的是,表达与红细胞前期抗原血小板反应蛋白相关的粘附蛋白融合的重组黑猩猩腺病毒血清型63(AdCh63)多位抗原决定簇(Me-TrAP)随后用MVA引起的刺激引起人类志愿者抗疟疾抗原的平均水平>百万PBU /百万PBU(A.Hill,私人交流)。
异源痘病毒和DNA痘病毒免疫方案建立了人类初免-加强方法的价值,在临床试验中实现了比单载体方法更强的T细胞反应。尽管如此,疗效有限,因此,预计在2009-2010年这些新的AdV载体疫苗的IIa期疟疾挑战性研究将是重要的。即使成功,这些潜在的疫苗候选人将面临更多的挑战,包括人类(特别是非洲)人群中HAdV-5载体的高级预先存在的免疫力的潜在问题。此外,AdV载体在未成年非洲儿童的目标群体中的免疫原性仍有待观察。在发达国家,与自然免疫的非洲成年人和无疟疾志愿者相比,在1至6岁的儿童中,生活在高疟疾传播地区的疫苗免疫原性降低。前红细胞阶段疟疾:疟原虫孢子体侵袭肝细胞并发展6-7天。这一阶段被认知为肝或前红细胞阶段并发展至血液阶段感染。肝阶段在临床上没有症状,感染者没有感染征兆或症状。血液阶段疟疾:在肝阶段寄生虫在肝细胞中成长为裂殖子,在6-7天后破裂而出进入血液中,在红细胞中经历一个无性生殖的周期,持续约48 h。斑点形成单位(SFU):ELISPOT法相当于改进的ELISA法。在该方法发展阶段中,在平板膜上形成的“斑点”加以利用。结果表示为每百万细胞的SFU。显示了各种可能的接种途径的潜在优势(+)和缺点(-)。肌内免疫是人类免疫接种的主要方法,除了常规事先给药的牛分枝杆菌卡介苗(BCG)疫苗之外,还有一些例外。目前正在开展无针刺皮下装置的研发工作,例如涂上疫苗的贴片,可在没有受过训练的个体的情况下自行应用——大规模和紧急疫苗接种的明显优势。某些癌症疫苗也可以静脉内施用,但是一般来说,对于该途径来说,安全性问题仍然很高。通过使用口服或雾化疫苗可以增加胃肠道(GI)和呼吸道内的黏膜免疫力。这可以增强对病原体的保护性免疫,例如抗
结核疫苗
类似于疟疾的情况,正在为人类结核病开展高度有前途的药物疫苗计划。在没有人类实验性挑战模式的情况下,这些仍然受到一些阻碍,尽管正在努力开发牛分枝杆菌BCG作为人类结核分枝杆菌的替代挑战。因此,一旦选择了候选疫苗,效能领域的试验仍然是必不可少的——一个既漫长又昂贵的过程。目前,在南非进行了一项BCG质粒和MVA-85A(含有编码分枝杆菌肌醇转移酶85A抗原基因的MVA载体)增强方案,目前正在进行IIb阶段的功效研究,迄今为止,在非洲已经证明了高水平的T细胞免疫原性,以及超过五百人的安全纪录,包括成年人、青少年、婴儿、艾滋病毒阳性个体以及肺结核感染者。结核病疫苗领域还正在开发AdV载体候选疫苗,并使用类似的方法通过使用罕见的人类血清型如HAdV-35来规避人类抗HAdV-5反应。表达三种TB抗原(85A,85B和10.4)的融合蛋白的HAdV-35疫苗候选物可以增强由非人类灵长类动物中的BCG或重组BCG引发的T细胞应答,建立一种在人类中测试方法。已经在美国和南非137期的I期研究中报道了混合的CD8+和CD4+ T细胞应答,但CD8+ T细胞对人类对结核病免疫反应的贡献仍不清楚。对于两种主要的病毒载体疫苗候选物,临床前研究现正在积极寻求气雾化而不是全身给药的可能性,使用喷雾器来尝试增强可能对结核分枝杆菌感染更有保护作用的粘膜免疫。如果我们要解决这些突出的免疫学问题,那么来自非人类灵长类动物的进一步的临床前数据是必要的。在某些家畜感染的情况下,有效的常规疫苗是可用的,但只能在基于血清学测试的疾病监测的情况下使用。天然感染和疫苗接种都会导致血清阳性动物。一个典型例子是牛口蹄疫病毒(FMDV):虽然灭活疫苗可以有效地用于控制疾病,但它们不常用于“无FMDV”国家,因为这将危及一个国家的无疾病状态而导致国际贸易的巨大经济影响。FMDV疫苗已被用于在爆发期间减少疾病的传播,尽管疫苗接种的动物必须随后被屠宰,以重新建立该国的无FMDV状态。其他实例包括牛疱疹病毒1型感染(导致感染性牛鼻气管炎)、古典猪瘟和猪Aujeszky病(由伪狂犬病毒或疱疹病毒1引起)。防止这种情况的一个替代方案是开发允许感染疫苗接种动物(DIVA)分化的疫苗。这通过使用亚单位疫苗(例如,表达来自病原体的单一抗原的病毒载体)或从常规减毒疫苗中选择性缺失已鉴定的基因来实现。
黄病毒
黄热病是一种病毒性疾病,由于其流行病学的转变,在人类孩童中中重新出现。70多年来,人类已经使用了一种高效减毒疫苗(YFV-17D)。随着基于YFV-17D的减毒黄病毒活载体的发展,黄病毒疫苗合理开发的方案已经发展到编码黄病毒前膜和包膜蛋白的preM-Env基因已被西尼罗河病毒、日本脑炎病毒或登革热病毒产生嵌合载体。在这些载体中非黄病毒的抗原已经难以稳定地表达,但是已经报道了非黄病毒表位的插入,GFP104的稳定插入也是如此。在I-III期试验中进行了广泛和成功的安全和免疫原性测试后,日本脑炎的嵌合黄病毒可能是第一个被许可用于人类的病毒载体疫苗。
流感病毒
交叉流感疫苗的发展将是一个主流而长期探究的过程,特别是考虑到新型流感病毒,如
HIV
用于HIV-1的T细胞诱导疫苗旨在减少病毒载量和CD4+ T细胞损失、延长存活并减少传播。使用减毒的金丝雀痘病毒(AlVAC)、MVA或NYVAC重新开展痘苗病毒方案。已经开发并评估了每一种痘病毒疫苗载体中在人体中诱导HIV-1特异性免疫应答的能力。最近的HIV-1III期临床试验在一个大型社区的人群中使用AlVAC和
癌症疫苗
癌症疫苗领域不仅面临诱导强大、持久、有效的免疫应答(许多传染病疫苗共享问题)的问题,而且还面临着如何打破对自身抗原的耐受性——根据定义,在免疫缺陷环境中,抗原的弱免疫原性或功能性非免疫原性这一独特和复杂的挑战。有趣的是,某些癌症疫苗在具体情况下似乎有曙光。使用治疗性病毒载体疫苗靶向癌胚抗原(CEA),在与局部放射,化学疗法或细胞毒性T淋巴细胞蛋白4(CTLA4)的组合特异性单克隆抗体,已经使一些患者存活率有所改善。在该设置中,一个“抗原级联”已经观察到,由此给CEA的T细胞应答不仅接种后并且对其它
7.未来研究方向
用于动物和人类的病毒载体疫苗的发展面临着科学和管理领域的巨大挑战。然而,这些技术终于实现了动物的功效,并且在人类中长期探究,特别是疟疾、结核病和