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DNA疫苗
(某種專門組分的裸露DNA編碼的疫苗)
鎖定
DNA疫苗(DNA vaccine),又稱“裸”DNA疫苗(naked DNA vaccine)、基因疫苗(genetic vaccine),亦有核酸疫苗(nucleic acid immunization)、多核苷酸疫苗(poly nucleotide vaccine)等相關名稱,是近年來基因治療研究中所衍生並發展起來的一個新的研究領域。
世界經濟論壇(夏季達沃斯)2017年6月26日發佈了2017年度全球十大新興技術榜單(Top 10 Emerging Technologies 2017),基因疫苗(DNA疫苗)等一系列突破性技術入選。
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- 中文名
- DNA疫苗
- 外文名
- DNA vaccine
- 別 名
- 裸”DNA疫苗
- 原 料
- 核酸疫苗
DNA疫苗產生背景
許多畜禽病毒性傳染病,已不能依靠傳統疫苗如滅活疫苗、弱毒疫苗等對其進行防治,DNA疫苗的出現使得這一狀況得到改善。編碼病毒、細菌和寄生蟲等不同種類抗原基因的質粒DNA,能夠引起脊椎動物如哺乳類、鳥類和魚類等多個物種產生強烈而持久的免疫反應。DNA疫苗被稱為繼滅活疫苗和弱毒疫苗、亞單位疫苗之後的“第三代疫苗”,具有廣闊的發展前景。
DNA疫苗主要原理
DNA疫苗基本功能
DNA疫苗可經一定途徑進入動物體內,被宿主細胞攝取後轉錄和翻譯表達出抗原蛋白,此抗原蛋白能刺激機體產生非特異性和特異性2種免疫應答反應,從而起到免疫保護作用。
DNA疫苗具體特徵
DNA疫苗不同於傳統的疫苗,DNA疫苗旨在將病原微生物的某種專門組分的裸露DNA編碼直接注入機體內。儘管此類疫苗尚未面世,但其在技術上的飛速發展有可能開創免疫學的新紀元。正在研製的此類疫苗包括瘧疾、流感、輪狀病毒、HⅣ等。
DNA疫苗能誘導細胞免疫和體液免疫。
使用一次,即能產生長期免疫力,無須增加劑量,並可提高依從性。
多個病原體的基因可裝在同一個質粒上,減少了免疫時多次注射的不適。
DNA可以乾粉形式保存數年,且仍保持起活性。
②DNA分子克隆比較容易,使得DNA疫苗能根據需要隨時進行更新;
③DNA分子很穩定,可製成DNA疫苗凍幹苗,使用時在鹽溶液中可恢復原有活性,因而便於運輸和保存;
④比傳統疫苗安全,雖然DNA疫苗具有與弱毒疫苗相當的免疫原性,能激活細胞毒性T淋巴細胞而誘導細胞免疫,但由於DNA序列編碼的僅是單一的一段病毒基因,基本沒有毒性逆轉的可能,因此不存在減毒疫苗毒力回升的危險(Davis等,1999),而且由於機體免疫系統中DNA疫苗的抗原相關表位比較穩定,因此DNA疫苗也不像弱毒疫苗或亞單位疫苗那樣,會出現表位丟失(Donnelly等,1999);
⑥將多種質粒DNA簡單混合,就可將生化特性類似的抗原(如來源於相同病原菌的不同菌株)或1種病原體的多種不同抗原結合在一起,組成多價疫苗,從而使1種DNA疫苗能夠誘導產生針對多個抗原表位的免疫保護作用,使DNA疫苗生產的靈活性大大增加。
DNA疫苗注射途徑
直接肌肉注射
注射的DNA在肌肉細胞中以環型分子存在,不能複製,並不能整合到宿主細胞染色體中。肌肉細胞中特有的橫管系統與細胞外空間有直接交通,因而可能介導質粒 DNA的內吞作用。而且橫紋肌中溶酶體和DNA酶的含量較低,可能也是質粒DNA能在細胞中存在較長時間的原因。
微離子轟擊介導的DNA免疫
DNA疫苗主要問題
DNA疫苗誘導的CTL反應是否會對其他細胞產生殺傷作用。
DNA疫苗應用領域
2豬流感病毒(SIV
[2]
) Mackling等(1998)的試驗結果表明,編碼HⅣ1株的血凝素(HA)和核衣殼蛋白(NP)質粒DNA用金顆粒包裹,以基因槍轟擊豬的表皮進行免疫後,HA質粒DNA能使豬產生粘膜免疫反應而對流感病毒的攻擊具有抵抗力,DNA疫苗引起的免疫反應與滅活疫苗相當。
3 豬呼吸與繁殖綜合徵病毒(PRRS) PRRS基因片段ORF5編碼的主要囊膜糖蛋白GP5是該病毒的3個主要結構蛋白之一。含有ORF5基因質粒DNA能誘導豬抗GP5特異性中和抗體的產生;且免疫豬的外周血單核細胞在GP5重組蛋白存在時能夠發生轉化反應,顯示了GP5特異性細胞免疫的產生Pirzadeh B等,1998。Meng(2000)將GP5基因克隆入鉅細胞病毒(CMV)早期啓動子的控制之下構建成真核表達質粒而製備出DNA疫苗,用其免疫仔豬後可誘導抗體的產生,實驗室攻毒後顯示出良好的保護效果。
4口蹄疫病毒FMDV 將FMDV全長基因組的cDNA克隆到質粒,並去除其編碼核衣殼蛋白VP1的細胞結合部位的DNA序列,構建成質粒DNA以肌肉或皮內注射,初次免疫後2~4周,可使所有的豬都產生特異的病毒中和抗體,攻毒試驗中呈現部分保護作用
5豬瘟病毒CSFV 餘興龍等2000構建了CSFV主要保護性抗原E2基因4種不同的真核表達質粒。小鼠免疫試驗結果表明,E2基因上不同的功能區對基因疫苗的免疫應答有很大影響,有信號肽序列的E2基因可誘導特異性的免疫反應,且無跨膜區序列的E2基因所誘導的免疫應答反應比有跨膜區序列的強,而無信號肽序列的E2基因所誘導的免疫應答反應比有跨膜區序列的強,而無信號肽序列的E2基因則不能誘導產生CFSV特異性的免疫反應。攻毒保護試驗結果表明,免疫家兔最少可抵抗10個最小感染劑量(MID)的豬瘟兔化弱毒苗(HCⅣ)的攻擊;免疫豬可抵抗致死劑量的CFSV石門株強毒的攻擊。
6牛呼吸道合胞體病毒BRSV用BRSV G基因構建的DNA疫苗,以無針方式免疫小牛時比皮內或肌肉注射引起的免疫反應強烈。
牛皰疹病毒BHV用表達BHV?1 gD基因的質粒DNA疫苗免疫牛,能產生很高的中和抗體;攻毒試驗後發現,免疫組比非免疫組的病毒排放量明顯減少schrijver R S等,1997。此疫苗通過肌肉或皮內注射均可引導免疫反應的產生。但皮內注射引起的免疫反應更強
7牛病毒性腹瀉病毒BVDV以表達BVDV1型主要糖蛋白E2的質粒DNA肌肉注射小牛,可產生病毒中和抗體和抗原特異的細胞增殖反應;免疫後16周進行攻毒試驗,發現免疫牛能產生針對BVDV1型和2型的血清中和抗體強烈的記憶抗體反應,對牛有部分免疫保護作用
8新城疫病毒DNV Sakaguchi等,1996將NDV F基因插入質粒載體,F基因的表達受鉅細胞病毒早期增強子和雞β?肌動蛋白啓動子控制。1周齡試驗雞肌肉內注射重組質粒後,有2/5注射線性質粒的雞和4/5注射線性質粒與脂質體轉染劑混合物的雞產生了高水平針對F蛋白的抗體,而注射閉環狀質粒的雞不能產生抗體。免疫9周後,體內有抗體的試驗雞都能抵抗致死劑量NDV強毒的攻擊。
9雞傳染性喉氣管炎病毒ILT 將分別構建的含有雞傳染性喉氣管炎病毒王崗株gB、gC和gD基因的重組真核表達質粒及空載體質粒分組注射雛雞,攻毒後觀察免疫保護效果。結果表明,重組質粒誘導了免疫應答,免疫保護率達到79%,該基因疫苗可以作為預防ILV的1個補充。
10禽流感病毒 Robinson等,1993最先將DNA疫苗用於雞,以編碼禽流感病毒H7N7株血凝素(HA)基因的質粒(DNA)由不同途徑(靜脈、腹腔、皮下注射)免疫3周齡雞,可對致死劑量的H7N7株病毒鼻內攻擊產生50%的保護。Fyna等(1993)為了研究DNA疫苗對雞最有效的免疫途徑,將100~200 μg編碼H7?HA的質粒DNA通過靜脈、肌肉、皮下注射、點眼、囊內、滴鼻等方式免疫3周齡雞。4周後進行第2次免疫。第6周,用致死劑量的H7N7攻擊,免疫雞的存活率達10%~63%,而對照組的存活率只有2%。
其中,多種途徑如靜脈和肌肉注射共同免疫的效果,比單一途徑如肌肉注射、點眼、法氏囊內、滴鼻免疫效果好。Kodihalli等(1997)將編碼H5?HA的質粒DNA以0.25、0.5、1.5或10 μg用基因槍免疫雞,4周後以100LD?50的Ty/lre/83株鼻內免疫進行攻擊,低至0.25 μg劑量的DNA可使50%的免疫雞存活。而1、5、10 μg的劑量可完全抵抗致死劑量病毒的攻擊。DNA疫苗對致死劑量的抗原變異株也可提供95%的保護,證實DNA流感疫苗具有廣闊的發展前景。DNA疫苗的安全性
雖然人們對於使用DNA疫苗的安全性存有疑慮,擔心DNA可能會整合到宿主細胞的染色體上而造成插入突變,但眾多研究結果並未發現有插入突變的現象。質粒DNA在動物體內會緩慢降解,不會造成動物的自體免疫(陳化蘭等,1998),也不隨卵子和精子傳入子代體內,它隨生物鏈進入其他物種體內時也會失活,而且對環境的污染很小,因此其危險性遠低於現用疫苗。
- 參考資料
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- 1. 夏季達沃斯公佈年度全球十大新興技術:量子計算人工樹葉入圍 .網易[引用日期2017-07-21]
- 2. 中華人民共和國動植物檢疫總所.動物檢疫資料彙編 3 血清學微量滴定技術:中華人民共和國動植物檢疫總所,1994.07:40