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DNA疫苗作用机制及影响因素
DNA疫苗作用机制及影响因素
文章编号:1009-5519(2008)11-1651-02 中图分类号:R9 文献标识码:A
DNA疫苗(DNA vaccine)是1990年从基因治疗(genetic therapy)研究领域发展起来的一种全新疫苗,也称核酸疫苗(nucleic acid vaccine)。DNA疫苗是把含有编码某种抗原蛋白的外源基因克隆到真核质粒表达载体上,然后将重组质粒直接导入动物细胞内,并通过宿主细胞的转录系统使外源基因在动物体内表达抗原蛋白,从而诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。DNA疫苗可激起机体特异性免疫应答,免疫期长,具有生产成本低,易于大规模生产和保存等优点,是具有应用前景的新一代疫苗。但相对于传统疫苗而言,DNA疫苗所激发的免疫反应强度相对较弱,不足以引起足够的免疫保护效果,尤其对人类以及大动物的免疫试验[1]。因此研究DNA疫苗的作用机制、影响因素对该疫苗的发展应用至关重要。
1 DNA疫苗的作用机制
关于DNA疫苗免疫机制,到目前为止还不十分清楚。研究证明,DNA疫苗诱导产生的免疫反应既包含了体液免疫能力(即特异性抗体),也包含了具有较长记忆时间和细胞杀伤力的细胞免疫反应。一般认为核酸疫苗被导入机体后,被周围的组织细胞(如肌细胞)、抗原递呈细胞(APC)或其他炎性细胞摄取。肌细胞等组织细胞摄取的质粒DNA分子随后在细胞核内转录为mRNA,再被移至细胞质内翻译成抗原蛋白分子。分泌出细胞释放到组织间隙的抗原蛋白分子,被抗原递呈细胞(APC)捕获,加工处理成为抗原肽递呈给T细胞,启动免疫反应。外周淋巴器官的APC也会直接摄取核酸疫苗,表达抗原并递呈给T细胞,触发免疫应答。树突状细胞(dendritic cell)是核酸免疫过程中的最重要抗原递呈细胞,而B细胞不参与核酸免疫过程中的抗原提呈。在引发免疫应答后,细胞毒性T细胞(CTL)应答能够识别表达外源抗原的肌细胞并将其杀伤,导致肌细胞溶解而释放胞内抗原,APC从注射部位直接获取抗原,而启动随后的免疫反应。几条途径的联合作用使DNA疫苗可以通过组织相容性复合物MHC I和MHC II途径激发T淋巴细胞,又能够激活B淋巴细胞。肌细胞等组织细胞在免疫过程中可能起到储存质粒和定???释放的作用[2~4]。
2 DNA疫苗的影响因素
2.1 抗原目的基因的选择:在DNA疫苗的构建中,目的基因通常是选择病原体保护性抗原的编码基因或相关基因,能够诱发机体产生免疫反应。目的基因可以是单个基因、完整的一组基因或编码抗原决定簇的一段或几段核苷酸序列,还可以是来自不同病原体的基因重组连接,但必须确定多个基因产物间的免疫原性不互相干扰。为更好地激发机体的免疫反应,可根据需要对抗原基因进行修饰,使疫苗发挥最大的保护效果。对于易变异的病原体,最好选择核心蛋白保守的DNA序列,这样可应对各种变异的病原体,避免因病原体变异产生的免疫逃避问题。
2.2 载体的选择:对载体的要求是必须能在大肠杆菌中高拷贝地扩增,而在宿主细胞(真核细胞)内则能高效表达且不复制,也不含有向宿主细胞基因组内整合的序列。用于构建DNA疫苗的载体主要有质粒、细菌或病毒,大多采用质粒作载体。用于构建DNA疫苗的质粒载体及其组件,直接影响质粒DNA的转化或转染效率和外源抗原蛋白在哺乳动物细胞内的表达量,进而影响在免疫机体内诱导的免疫反应,因此应选择高效的哺乳动物细胞表达载体,如 pSV2, pcDNA3.0等。DNA疫苗质粒载体至少包括3个主要的部件:(1)可以在细菌体内复制扩增,得到大量的拷贝;(2)原核生物选择性标记基因,如抗生素抗性基因,以筛选含有质粒DNA的阳性细菌克隆(菌株);(3)可在真核生物细胞中表达的强启动子、增强子、选择性标记、终止子、内含子、转录终止序列、polyA等转录调控元件。
3 DNA疫苗的免疫方法
3.1 以质粒为载体的DNA疫苗
3.1.1 直接采用注射、口服或喷鼻等方法吸收质粒DNA:质粒DNA可口服、喷鼻或直接从肌肉、皮下、腹腔、静脉等注射,都取得了不同程度的成功。目前大多数研究者认为[5,6],横纹肌系统是最有效的摄取外源基因表达蛋白抗原的组织。静脉注射质粒DNA表达载体,可使几乎所有组织发生转染,其中肺、脾外源基因表达率最高。质粒DNA还可以通过口服、滴鼻或喷鼻等方法吸收。Okada等[6]1997年向小鼠鼻内滴注含编码HIV-1抗原的DNA载体,在小鼠体内诱导产生了高水平的免疫反应。此外,Heckert等[7]2002年报道将共表达的质粒与二甲基亚砜以1∶1混合后,涂于鸡翅部皮肤,发现能够诱发局部和全身免疫反应。
3.
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