近期Journal of Virology雜志刊登了來自馬里蘭大學Jackon實驗室的題為“A neonatal Fc receptor-targeted mucosal vaccine strategy effectively induces HIV-1 antigen-specific immunity to genital infection”的文章，粘膜艾滋病疫苗的有效性一直受限于疫苗穿過上皮屏障的能力,，在這項研究中他們研發(fā)的一種新型疫苗,，這種疫苗能突破上皮細胞的屏障,，保護小鼠免受艾滋病病毒的侵害,，這項研究也許將能用于開發(fā)人類艾滋病疫苗。
領(lǐng)導這項研究的是馬里蘭大學華裔科學家朱小平博士,，朱小平研究組主要從事病毒分子免疫機制相關(guān)領(lǐng)域的研究,，曾獲得過許多這方面的新成果，發(fā)表PNAS,，Nature Biotechnology等多篇文章,。
目前全球有三千三百萬人感染艾滋病病毒，其中美國占據(jù)約4%,，我國的最新數(shù)據(jù)（截至2011年9月底）表明,，艾滋病病毒感染者和病人42.9萬例，其中病人16.4萬例,，死亡8.6萬例,。艾滋病病毒感染者雖然可以獲得抗病毒治療，但到目前為止,，這還是一種無法治愈的疾病,。因此盡快研發(fā)有效的疫苗，是預防艾滋病的重要手段,。
HIV病毒
I型艾滋病病毒感染主要是通過生殖器或者其它粘膜傳染,，從這里，這些病毒會快速的傳播到遠程粘膜處,，以及全身淋巴組織中,，因此當艾滋病I型病毒存在于粘膜中的時候是理想的靶標時間，可以防止其傳播,。但是粘膜上皮細胞的物理結(jié)構(gòu)限制了疫苗蛋白,，使之無法與免疫受體細胞，比如T細胞,，B細胞等相互作用,。
為了能使疫苗更有效的發(fā)揮作用，在這篇文章中,，研究人員利用了一種稱為新生兒Fc受體（Neonatal Fc receptor, FcRn）的免疫蛋白——這種受體是負責上皮細胞主動轉(zhuǎn)運免疫球蛋白IgG的受體,，在許多細胞和組織中都有表達，包括成體動物的粘膜上皮細胞,。FcRn能結(jié)合到IgG中的Fc結(jié)構(gòu)域上,，并帶著IgG穿過胎盤，或者腸道上皮細胞,，幫助胎兒在發(fā)育出自己的免疫系統(tǒng)之前,，抵抗病原的侵害,。除此之外，F(xiàn)cRn還能通過上皮細胞,，或者其它系統(tǒng)再循環(huán)IgG,，延長IgG抗體的半衰期。
研究人員首先構(gòu)想,，將IgG Fc結(jié)合片段與HIV抗原融合在一個蛋白中,，然后通過FcRn來傳遞穿過粘膜上皮細胞，到達抗原細胞,，之前他們曾成功的將IgG Fc結(jié)合片段與一種皰疹病毒抗原聯(lián)合在一起,。
Gag-Fc融合蛋白
為了確定HIV-IgG融合蛋白是否能通過FcRn進行傳遞，并引發(fā)B細胞和T細胞針對HIV I型病毒的免疫反應,，研究人員將HIV Gage上的p24蛋白,，與IgG Fc重鏈融合在了一起，之后經(jīng)鼻把蛋白加入到了C57BL/6 (B6) 小鼠體內(nèi),。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，這種融合蛋白確實能穿過鼻，肺部,，以及氣管的上皮細胞,，而對照組（FcRn被敲除的小鼠）則不能穿過，這說明FcRn介導了傳遞過程,。
接著研究人員又在小鼠上施用了復合了CpG位置富集免疫激活DNA的Gag-Fc融合蛋白,，這又進一步提高了Gag特異性的血清，以及粘膜抗體的含量,。這些結(jié)果表明Gag-Fc/CpG融合蛋白能誘發(fā)高強度的FcRn介導的B細胞應答,，而且在引入了這種融合蛋白的小鼠脾臟中也發(fā)現(xiàn)，小鼠能產(chǎn)生比對照小鼠多10-15倍的IFNG CD4+ and CD8+ T細胞,，這說明Gag-Fc/CpG融合蛋白免疫作用也能引發(fā)強烈的FcRn介導的,，HIV T細胞應答。
遠程免疫作用
除此之外,，這項研究也證明這種FcRn介導的粘膜免疫作用也能引發(fā)遠程的病毒保護作用——B6小鼠施用Gag-Fc蛋白四個星期之后,，研究人員在其陰道加入了一種劇毒的牛痘病毒（rVV-Gag），結(jié)果發(fā)現(xiàn)比較于對照組,，這些小鼠感染病毒率更低,，子宮更小（也許是由于炎癥,，出血等情況減少）,，而且這些小鼠肺部縱隔淋巴結(jié)中也產(chǎn)生了更多的B細胞應答，其它相應的實驗也證明了T細胞應答大量增加了,。
長期持久的免疫作用
進一步的研究還證明了這種FcRn介導的粘膜免疫作用能產(chǎn)生長期持久的B細胞和T細胞免疫記憶,，研究人員發(fā)現(xiàn)在施用Gag-Fc蛋白的4個月后，HIV Gage抗原重新刺激的B6小鼠能產(chǎn)生大量的長時間B細胞,，以及骨髓漿細胞（分泌Gage特異性IgG抗體）記憶,，而且體外HIV Gage抗體刺激這些小鼠的脾臟，也會產(chǎn)生比對照組多得多的CD4+ and CD8+ T細胞,。除此之外,，同樣這些小鼠受到rVV-Gag抗體感染的也少于對照小鼠。
總而言之,，這些實驗結(jié)果表明,，小鼠中經(jīng)鼻加入的HIV Gage抗體與IgG Fc片段融合蛋白疫苗，能有效的通過FcRn傳遞,，穿過粘膜上皮細胞,，達到長時程的HIV Gag特異性B細胞和T細胞免疫基因，而且不僅是在感染的位置,，在遠程位置也有相同的作用,。如果能在人類中研發(fā)相同作用的疫苗，這將是人類對抗艾滋病的一大利器,。
FcRn如何獲取
抗體的作用取決于其在血清的半衰期,，IgG血清半衰期通過FcRn途徑得以延長。由于小鼠和大鼠的FcRn與人類FcRn差異很大,，因此要開發(fā)以IgG為基礎(chǔ)的治療方法受到限制,，JAX的Derry Roopenian教授開發(fā)出了兩個小鼠系，能避免這種限制：
B6.Cg-Fcgrttm1Dcr Tg(FCGRT)276Dcr (004919)
B6.129X1-Fcgrttm1Dcr/Dcr (003982)
doi:10.1128/JVI.05441-11
PMC:
PMID:
A Neonatal Fc Receptor-Targeted Mucosal Vaccine Strategy Effectively Induces HIV-1 Antigen-Specific Immunity to Genital Infection
Li Lu1, Senthilkumar Palaniyandi1, Rongyu Zeng1, Yu Bai1, Xindong Liu1, Yunsheng Wang2, C. David Pauza3, Derry C. Roopenian4 and Xiaoping Zhu1,5,*
Strategies to prevent the sexual transmission of HIV include vaccines that elicit durable, protective mucosal immune responses. A key to effective mucosal immunity is the capacity for antigens administered locally to cross epithelial barriers. Given the role of neonatal Fc receptor (FcRn) in transferring IgG across polarized epithelial cells which line mucosal surfaces, FcRn might be useful for delivering HIV vaccine antigens across mucosal epithelial barriers to the underlying antigen-presenting cells. Chimeric proteins composed of HIV Gag (p24) fused to the Fc region of IgG (Gag-Fc) bind efficiently to airway mucosa and are transported across this epithelial surface. Mice immunized intranasally with Gag-Fc plus CpG adjuvant developed local and systemic immunity, including durable B and T cell memory. Gag-specific immunity was sufficiently potent to protect against an intravaginal challenge with recombinant vaccinia virus expressing the HIV Gag protein. Intranasal administration of a Gag-Fc/CpG vaccine protected at a distal mucosal site. Our data suggest that targeting of FcRn with chimeric immunogens may be an important strategy for mucosal immunization and should be considered a new approach for preventive HIV vaccines.
