肺炎鏈球菌疫苗免疫效應研究論文

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【關鍵詞】肺炎鏈球菌免疫效應研究進展

肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae，S.p）是社區獲得性呼吸道感染的一種重要病原微生物，也是引起全世界細菌感染性疾病的主要致病菌，不僅包括普通感染如中耳炎、鼻竇炎等，甚至還包括危及生命的肺炎、敗血癥和腦膜炎等疾病。兒童常常是最大的受害者。發展中國家兒童中，無癥狀鼻咽帶菌者普遍，且很易擴散至其他易感人群或發展為疾病，故S.p疫苗在S.p感染防治中的作用越來越突出。本文綜述S.p疫苗的組成、免疫效應以及目前在疫苗研制中的一些進展。

1目前使用的S.p疫苗

S.p的致病性與其菌體結構及代謝產物有關，包括莢膜（capsule）、溶血素（pneumolysin）、表面粘附素（pneumococcalsurfaceadhesion）、神經氨酸酶（neuraminidase）。莢膜不僅是其毒力的必須條件，且莢膜多糖有群、型特異性，是分群、型的基礎，迄今為止肺炎鏈球菌可分為46個群，多于90個型［1］。莢膜是S.p的主要致病因素。S.p疫苗接種后可以使機體產生針對莢膜的抗體，起到預防炎性疾病的作用［2］。目前使用的肺炎鏈球菌疫苗主要有多糖莢膜疫苗、莢膜蛋白質結合疫苗等。

1.1多糖莢膜疫苗

PPV23（1、2、3、4、5、6B、7F、8、9N、9V、10A、11A、12F、14、15B、17F、18C、19A、19F、20、22F、23F、33F）含有23種S.p血清型莢膜多糖。造成90％侵襲性肺炎鏈球菌感染的病原具有莢膜多糖，該疫苗對所覆蓋血清型的S.p感染具有一定的保護作用，但有其不足之處：（1）S.p多糖莢膜疫苗的保護作用不是T細胞依賴性的，對免疫系統發育不完善的2歲以下小兒保護性弱［3］，而這些兒童又是侵襲性感染和粘膜感染的高發年齡組；（2）對某些患兒提供的保護作用是有限的，如免疫缺陷和血液系統惡性腫瘤的兒童；（3）不降低粘膜肺炎鏈球菌的帶菌率［4］。

1.2莢膜蛋白質結合疫苗

該疫苗是將莢膜與蛋白質載體相結合，增加多糖莢膜的免疫原性，激發T細胞參與反應，產生免疫記憶，增強免疫效能。7價肺炎鏈球菌聯合疫苗——PCV7，含有7個純化的肺炎鏈球菌莢膜多糖，每個多糖又與無毒白喉蛋白類似物（交叉反應物，CRM）CRM197偶聯成聯合疫苗，其保護作用不僅增強，而且對2歲以下幼兒也具有免疫保護作用，并能誘發免疫記憶。此外還有PCV9（4、6B、9V、14、18C、19F、23F、1、5）和PCV11（4、6B、9V、14、18C、19F、23F、1、5、3、7F）。目前常用的與多糖結合的蛋白有五種：白喉類毒素（Pried）、CRM197蛋白（PncCRM）、破傷風類毒素（PncT）、腦膜炎球菌外膜蛋白復合物（PncOMPC）和既有白喉類毒素又有破傷風類毒素的混合物（PncTD）。結合疫苗對2歲以下幼兒的免疫效能明顯增強，使疫苗覆蓋血清型S.p在鼻咽部的攜帶率下降，但是長期使用后可能使疫苗覆蓋外血清型S.p攜帶率增加，從而使其保護作用減弱［5］。

2目前使用的S.p疫苗免疫效應

2.1系統防御免疫學

2.1.1S.p多糖莢膜疫苗有統計顯示，嬰兒接種S.p多糖疫苗后，對3、4、8、9N和18C血清型病菌抗體反應最好，對1、2、7F、19F和25型抗體反應中等，對12、14、23F、6A和6B抗體反應最差。盡管抗體反應涉及所有免疫球蛋白，但以IgG2和IgG4最多。S.p多糖莢膜疫苗的保護作用不是T細胞依賴性的，對免疫系統發育并不完善的2歲以下小兒保護作用差?？贵w會在接種后幾個月內快速下降，二次接種也無法引發抗體反應。研究發現，成人和兒童重復給予某些多糖抗原，能產生持續的、小量的抗體應答，這種現象被稱為低反應性。當然也有部分人接種疫苗后無此反應，對無反應的接種結果，有一種理論認為，PPV至少可以對年齡較大兒童產生一過性保護，但隨之可能發生部分免疫麻痹，使肺炎鏈球菌的易感性增加［2］。

2.1.2S.p莢膜蛋白質結合疫苗在幼兒中，接種與蛋白載體偶聯的多糖抗原疫苗，增加了多糖莢膜的免疫原性，激發T細胞參與反應，激發生命早期階段的記憶應答，使其免疫效能得到了很大程度的增強。許多臨床試驗發現，PCV的免疫原性在各年齡段的兒童都有很好的體現。例如S.pCRM聯合疫苗，首次接種后的抗體反應低，所達到的抗體水平通常在幾個月內下降，但連續接種后，可以使抗體反應增強。但是，需要指出的是，疫苗單個抗原的免疫原性受很多因素的影響，如不同的莢膜多糖抗原類型、不同的蛋白載體甚至是接種者的年齡大小等。目前，全球廣泛使用的是S.p與破傷風和白喉類毒素偶聯的聯合疫苗。有人認為，兩種疫苗同時接種也會對抗體反應產生影響。比如，當PCV7與流感嗜血桿菌b型（Hib）CRM載體偶聯的疫苗（HbOC）同時接種，針對S.p的抗體下降，而針對Hib的抗體水平上升［2］。如果PCV7與DtaP（無細胞百日咳）同時接種，HbOC作為加強接種，這種接種的效果使所有抗體水平下降［2］。另外，研究還發現，抗體反應的不同還與研究（接種）人群的不同有關［2］。但是針對這個問題，紐約羅徹斯特大學醫療中心MichaelPichichero等［6］認為7價結合型S.p疫苗（PCV7）和結合型b型流感嗜血桿菌（Hib）一起使用時，白喉、破傷風類毒素、無細胞百日咳、乙型肝炎和滅活的脊髓灰質炎病毒疫苗（DtaPHepBIPV）聯合是安全和有效的。

2.2免疫效應研究

S.p多糖蛋白偶聯疫苗對所有年齡組均具免疫原性，并且在嬰幼兒中誘導免疫記憶。美國7個地區1998～2001年的監測資料表明：S.p多糖蛋白偶聯疫苗能有效降低低齡兒童S.p病的發病率，且可能降低成年人中該病的發生，同時也是減少耐藥型S.p病發生的有效工具［7］。

2.2.1PCV接種和侵入性疾病有研究顯示，疫苗接種對早產和低體重幼兒預防IPD很有效［2］。在南非，通過分析HIV感染或無HIV感染兒童的接種結果，評價了PCV9疫苗接種的效果。19922名兒童在6周、10周和14周大時接種PCV9與CRM197的聯合疫苗，19914名兒童接種安慰劑。在無HIV感染兒童中，由于疫苗中包含有造成IPD的病菌血清型，因此接種疫苗可使兒童受害率降低83%。在HIV感染兒童中，疫苗接種有效率為65％。兒童接種疫苗對所有血清型病菌所致IPD的預防效率達50%［2］。

2.2.2PCV接種對S.p攜帶者的作用首次公布PCV接種預防效果的報道來自岡比亞。幼兒期接種PCVCRM197聯合疫苗，18個月后再接種PPV23，距首次接種20個月后，疫苗血清型載菌量有所下降。就載菌量來說，所有疫苗接種組之間無差異。接種3個劑量PCV疫苗的兒童帶有非疫苗型肺炎鏈球菌者明顯比未接種組兒童要常見?？傊?，幼兒首次接種肺炎疫苗（先接種PCV，再接種PCV或PPV加強）與50%疫苗型的載菌量下降有關，還與至少需要12～18個月的非聯合疫苗血清型的檢出率上升有關［2］。

2.2.3PCV對抗細菌耐藥的影響接種S.p疫苗可以降低耐藥性S.p感染的概率。研究發現，抗細菌耐藥性主要發生在6B、9V、14、l9和23F5種血清型，還有兩個相關血清型6A和19A［2］。

3研究中的S.p疫苗

3.1S.p蛋白質（多肽）疫苗的研究

正如前文所述，目前的23價肺炎多糖疫苗覆蓋的血清型有限而且不是T細胞依賴性的，對免疫系統發育不完善的2歲以下幼兒和老年人的保護性弱；而七價結合疫苗則存在莢膜血清型轉換和載體攜帶的莢膜多糖血清型數量有限，生產成本很高，不利于發展中國家大量使用，并且在肺炎高發人群中的保護作用小等缺陷。而有些抗原，如肺炎鏈球菌溶菌素、肺炎鏈球菌表面蛋白A和肺炎鏈球菌表面粘附素均屬毒力因子，已在動物模型中證實可誘發保護性免疫力。這些抗原可用為載體蛋白或作為與細胞因子融合蛋白的一部分，其本身也可作為蛋白疫苗［8］。蛋白質疫苗有以下的優勢：（1）生產成本低，能夠在發展中國家大規模使用；（2）蛋白質疫苗對各年齡組的人群均能產生保護作用，并誘發免疫記憶；（3）應用高保守的蛋白質疫苗接種，可以產生非血清型依賴的保護作用，保護作用的程度和型別依賴于疫苗中蛋白質的功能［9］?，F簡單介紹最有希望成為候選疫苗的幾種毒力因子。

3.1.1肺炎鏈球菌表面蛋白A肺炎鏈球菌表面蛋白A（pneumococcalsurfaceproteinA，PspA）是肺炎鏈球菌重要的毒力因子，在所有臨床分離的肺炎鏈球菌中均發現PspA存在。PspA主要作用就是與乳鐵蛋白結合使乳鐵蛋白喪失功能并抑制補體活化，降低C3b在肺炎鏈球菌表面的沉淀從而干擾補體介導的吞噬調理作用［10］。有研究表明，PspA在抗肺炎鏈球菌侵入性感染比抗粘膜性疾病和定植作用更強，用PspA融合粒細胞集落刺激因子或者IL2比單獨使用PspA更能提高血清IgG的水平。PspA融合IL2經鼻腔給藥能增強SIgA和IgG的水平，不僅能清除攜帶的肺炎鏈球菌，而且還能抵抗致死性肺炎鏈球菌菌血癥的發生。用表達PspA的α螺旋區肽段的減毒沙門菌口服也能產生保護性的IgG［11,12］。用重組的PspA第一期臨床試驗發現，其產生的抗體能夠與異種的PspA發生交叉反應，并且能預防經腹膜注射的肺炎鏈球菌引起小鼠感染。PspA在結構和免疫原性上存在血清型的差異，Hollingshead等［13］依據組氨酸序列前氨基酸的差異（命名為族決定域）將其分成3個家族。因為家族間的交叉反應受限，但同時臨床上很少分離到第三家族的肺炎鏈球菌，他們建議PspA疫苗組成應當包含第一、第二兩個家族的蛋白。

3.1.2溶血素溶血素（pneumolysin）是一種含有巰基的毒素，是S.p一種多功能的毒力蛋白，在S.p的粘附、侵襲過程中起重要作用，具有直接溶解細胞和活化補體的功能，此外它還抑制支氣管粘膜纖毛的運動，故溶血素在肺炎鏈球菌引起炎癥反應時起著重要的作用。已有研究表明，溶血素能夠抵抗肺炎鏈球菌侵襲性感染［14,15］。對肺炎患者的前瞻性分析發現，如果患者血清中含有抗溶血素的抗體，那么發生菌血癥的概率就會降低。此外，PspA和溶血素一起免疫小鼠，發現兩者在預防肺炎鏈球菌侵入性感染時具有互補的作用，兩者的共同作用還可防止肺炎鏈球菌的定植及其誘發中耳炎。但溶血素也有其缺點，即它并非表面蛋白，并且僅在細胞自溶時釋放，這在一定程度上影響其免疫功能的發揮。

3.1.3肺炎鏈球菌表面粘附素A肺炎鏈球菌表面粘附素A（pneumococcalsurfaceadhesionA，PsaA）是ABC型鎂離子透酶復合物的組成成分，它在肺炎鏈球菌粘附、自溶以及毒力方面都起著作用［16］。在大腸埃希菌中表達重組的PsaA，發現它具有很強的免疫原性，免疫小鼠后能抵抗S.p在鼻咽部的定植，能顯著降低群體肺炎鏈球菌攜帶率，并可預防肺炎鏈球菌的系統性感染［17］，口服藻酸鹽包裹的PsaA能夠有效預防肺炎鏈球菌在小鼠體內的定植、肺炎、侵襲性感染［17］。這些結果表明用PsaA免疫小鼠主要能夠抵抗肺炎鏈球菌的定植，其次可以預防肺炎鏈球菌膿血癥的發生。用PsaA和PspA混合感染小鼠發現比單一成分更能產生功能性保護作用。通過噬菌體展示文庫法發現了PsaA的3個確切的保護性位點，對這些位點的進一步研究，對蛋白多肽疫苗的研制具有重要意義。

3.1.4篩選候選蛋白質近年，除了對溶血素、PspA、PsaA的研究外，還發現和篩選了幾種蛋白質，如：膽堿結合蛋白A（cholinebindingproteinA,CbpA）和肺炎鏈球菌表面蛋白C（pneumococcalsurfaceproteinC，PspC)。此外，還有很多與肺炎鏈球菌相關的蛋白，如神經氨酸酶、假定蛋白酶成熟蛋白（putativeproteasematurationproteinA，PpmA）、肺炎鏈球菌表面蛋白細胞壁相關氨酸蛋白A（pneumococcalsurfaceproteinscellwallassociate，PrtA）。這些蛋白在動物實驗中都不同程度地顯示出了保護作用，都有希望成為肺炎鏈球菌蛋白疫苗的組分，它們在S.p蛋白多肽疫苗研制上有潛在的應用價值。

3.2含多種S.p毒力蛋白的聯合疫苗

這條思路的著眼點是將S.p蛋白多肽疫苗研究中的候選因子混合在一起，增強保護效能。Bfiles將PspA和PsaA這兩種蛋白質混合后給小鼠皮下注射，發現比單獨注射更能有效阻止S.p在鼻咽部的定植［17］。Ogunniyi［18］將PspA和PdB（一種S.p溶血素類毒素衍生物）混合后接種BALB/c小鼠，再給以致死劑量的S.p攻擊，發現其存活時間比僅單獨接受其中一種蛋白質的小鼠明顯延長。另外也有研究發現：PspA和溶血素同時免疫小鼠，可比單獨使用其中之一產生更強的保護作用，能抵抗肺部感染和防止敗血癥。因此，將多種S.p蛋白質混合制成聯合疫苗，是一個新的研究方向，應該繼續嘗試，找出更好的組合。

3.3DNA疫苗的研究

McDaniel［19］構建了表達PspA基因的質粒pKSD2061，將它注射給BALB/c小鼠，轉染小鼠細胞，與對照組相比，這種DNA疫苗能引發受試組小鼠的免疫反應，并使它們能抵抗致死劑量S.p的攻擊。S.p的DNA疫苗減少了蛋白質在體外的分離、純化步驟，更節省時間。DNA疫苗是鏈球菌疫苗研究的新思路。

4疫苗研究趨勢

短期內，疫苗能幫助控制抗生素耐藥S.p的傳播，但目前使用的疫苗也存在一些缺點：其保護效果只限于疫苗內的血清型別。隨著疫苗使用過程的延長，非疫苗型細菌在鼻咽部攜帶率也隨之增長。KyawMH等［20］的研究表明，同源疫苗的應用使疫苗血清型以外菌株所致的感染性疾病增加。此外，還有一點值得注意的是，假如疫苗將鼻腔內的肺炎鏈球菌完全清除的話，將會出現其他類型致病菌的取代生長。Veenhoven等［21］就發現用7價結合疫苗接種的人群中，雖然疫苗中攜帶的肺炎鏈球菌血清型感染減少了，但是培養出金黃色葡萄球菌的陽性率卻高了3倍。事實上，鼻腔中的肺炎鏈球菌對其他病原菌（如金黃色葡萄球菌、草綠色鏈球菌、溶血弧菌等）都有拮抗作用。由于在防止粘膜感染和侵襲性感染所需要的抗體的質和量不同，Pelton等［22］提出了在防止粘膜定植和感染時所需要的抗體滴度要比防止系統性感染更高。盡管是假設，但為人們提出了一條新的思路，那就是能否使產生的抗體剛好能夠阻止系統性感染而不妨礙肺炎鏈球菌的定植。然而這種途徑需要個體監測，在疫苗大規模接種時還有很大困難?？傊?，常用的莢膜多糖疫苗缺點很多，而結合疫苗是對它的改進。蛋白多肽疫苗雖無十分成熟的產品出現，但其應用前景卻很廣闊。相信隨著對S.p研究的進一步深入，再結合一些疫苗研制的新思路，在不久的將來，一定會出現更為高效、成熟的S.p疫苗。

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