合成肽疫苗的分子设计_cropped
文章编号!"##$%###&’&##()#&%#"*+%#( 综述
合成肽疫苗的分子设计
张洪勇! 金宁一
解放军军需大学 基因工程重点实验室，长春 !#$$%&"’
摘要! 合成肽疫苗能克服常规疫苗的缺点，很早就被认为是动物传染病预防用的终极疫苗。然而多年的研究结果表 明，合成肽疫苗免疫动物后所起的免疫保护作用并没有象人们当初设想的那样理想，同时
证明
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了构建的合成肽疫苗 的抗原性及其免疫原性要受到其自身组成及宿主免疫系统等多种因素的影响。在诱导机体产生免疫的过程中，单一 的中和抗原表位是远远不够的，增加中和抗原表位的数目和引入细胞抗原表位将起到必不可少的辅助协同作用。若 想提高合成肽疫苗的免疫效果，在搞清合成肽疫苗的免疫机理并在如何利用有限的抗原表位诱导强有力的免疫保护
作用等方面需要做进一步深入地研究。
关键词合成肽疫苗分子设计! "
中图分类号! <($&>"" 文献标识码: :
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VANYABMBL.; JBLGCMBGVGLD JBZ G NNIBGLGVGLD; JBZ . A AB> FB LS M YKAVM.. AQ GBZIVGBC LSM .YMVGJ\ GNNIBM KM.YAB.M; AB\D J BMILKJ\G^MZ MYGLAZM G. BA M BAICS LA GB ZIVM J SGCS SINAKJ\ JBZ V M\\I\JK GNNIBGLD \MPM\.> FB U KGMQ; GQ .IVVM ..QI\\D JYY\GMZ LA J PGKI.; .DBLSMGLV YMYLGZM PJVVGBM. NJD UMVANM QMJ.GU\M GB LSM BMJK QILIKM> FL [J . BMVM..JKD QGBZGBC AIL
LSM GNNIBM NMVSJBG.N.; JBZ I BZM.KLJBZGBC SA[ LSM.M .DBLSM.G^MZ YMYLGZM. VABLJGBGBC \GNGLMZ MYGLAYM. Y\JD J KA\M AB Y KALMVLGBC JBGNJ\. QKAN LSM.M ZG.MJ.M.>
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常规的致弱或灭活的完整病原及其主要免疫原疫苗在预
防和控制传染病方面取得了巨大的成功。随着分子生物学技 " 合成肽疫苗的分子组成 术的发展，生物工程疫苗已经显示出优势，如伪狂犬病毒标记
疫苗等，但在应用抗原决定簇理论解释疫苗抗原 -.,疫苗、合 成 肽 疫 苗 分 子 是 由 多 个 细 胞 抗 原 表 位 和 4 细 胞 抗 - 性、免疫原性及疫苗保护性与合成疫苗的关键组分间关系方 原表位共同组成的，大多需与一个载体骨架分子相耦联。合成 进 展 甚 微 ，即 使 对 结 构 相 对 简 单 的 口 蹄 疫 病 毒 ()也 /012面)合成肽疫苗，主要 /012肽疫苗的研究最早始于口蹄疫病毒(未发现二者即病毒组分的含量 (细胞或 和 细胞抗原 表 - 3 4 集中在 的 单 独 细 胞 抗 原 表 位 (环 )或 与 细 胞 /012 - 26" 4 位)和免疫动物保护率之间的关系。早在 世纪 年代，由 &# 5# 抗原表位结合而制备的合成肽疫苗研究。虽然取得了一定的 抗原表位构成的合成肽疫苗被认为是一种未来的终极人工合 7"87&8，但仍未获得一种具有理想保护作用的合成肽疫苗。分 进展成疫苗。合成肽已经在治疗癌症和阿尔茨海默病以及抗原分 析合成肽疫苗免疫效果不佳的原因主要有:疫苗缺乏足够的 子构象研究等方面得到了成功的应用，但作为一种疫苗，其免 免疫原性，很难如蛋白质抗原那样诱导集体的多种免疫反应;疫效果仍然难与常规的灭活病毒疫苗相比，致使合成肽疫苗 细胞和 细胞抗原表位很难发挥协同作用;缺乏足够多的- 4 的研究很难进一步深入，设想中的合成肽疫苗预期免疫效果 细胞抗原表位的刺激。携带有单个抗原表位的合成肽疫苗 - 几乎变得无法实现。与常规疫苗免疫效果相当的犬细小病毒 对于不易变异的 病毒来说是可行的，如犬细小病毒合成 19 :7;8(*合成肽疫苗的成功又为其它疾病合成肽疫苗带来了希望和信 ，即含有一个相对保守的 细胞抗原表位的合成肽 - 肽疫苗 病毒 <9:疫苗可完全保护动物。但对许多其它病毒，特别是 心，在某种程度上也加快了合成肽疫苗的研究进程。
如 ，人工设计的合成肽疫苗的中和抗原位点 的作用 012/: 7+8仅占 ，而 存在诱导特异性中和抗体产生的多个+#= /012
收稿日期:&##&%""%&X
作者简介:张洪勇()，博士研究生。电话: "$X5% #*("%X$5Xa++
;<=不连续抗原位点，毒株间的 .>2 环高度可变，变异毒株易于 J 个有关 较，已经筛选出构成不连续抗原位点的
它们来自 的 和 、，以多聚脯氨 逃避机体正常免疫监视，从而导致易感动物的感染发病。如果 E5F >2>4 >....:
等并按一定的空 间 组 合 方 式 构 建 了 抗 原 位 点 F 这些免疫监视是建立在抗多个不连续抗原位点 (多个 细胞 (
及其一系列模拟物，免疫实验初步证明其具有 A F表位)抗体上，那么这些变异株的逃逸现象就可能大大减少。 位点 的生物学活性。F 这就可能解释为什么灭活病毒疫苗能够诱导完全保护，因为
完整的病毒粒子可同时暴露两个或两个以上诱导中和抗体的
抗原位点，一般说来，变异株的抗原位点全部发生变异的可能
: 合成肽分子的抗原性 性较低，因此，病毒粒子不能逃逸免疫监视而使感染终止发 生，关于这一点可以通过 病毒观察到类似的抗不连续 +&.?2 ;@=。为解决合成肽疫苗的免疫效 抗原位点的中和抗体反应现象 合成肽的抗原性指的是它与抗原结合位点特;A8B829=果问
题
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，对 细胞组分进行了大量的研究，即应用两种表 # 力，最新的理论是将这种作用的过程解释为一种 位的串联和组合的方式，如应用口蹄疫病毒 上第 >2 239? .;2=:。对一 个 蛋 白 质 现象，并不局限于生物学范畴 2<9 位 ( 细 胞 表 位 )和 第 499?42 位 氨 基 酸 残 基 (# 细 胞 表(:言，可以将其分成许多不同的抗原表位进行检测 位)串联，或再与第 位氨基酸残基相串联，甚至在非 239?2<9 以通过单克隆抗体技术
分析
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动物体内参与免疫反 )上试图寻找一个或几个共同存在的 抗原 :C(*#D 结构蛋白( 分，从而为弄清抗原表位与抗原结合位点的识别表位与 细胞表位发生协同作用。另外，与载体相连也是目前 (
常采用的一种方法，如将 抗原位点 与肝炎核心蛋白 EF C 5. 能。研究发现，两者发生作用时存在着一个模糊位联结进行融合表达，表达的融合蛋白粒子表面要比单一的多 点不仅依赖于特异性的氨基酸重排，而且也是大肽粒子暴露的几率高出 多倍，因此这种融合多肽具有较 499 ;23=对人的呼吸道综合征病毒()合成 GHD60 $%排的结果。抗原抗体间的亲和力或原子位置差异5I.好的免疫原性。
肽疫苗进行了研究，证明了含有 细胞、细胞表位的 # C> ( 5 此不能肯定参与反应的抗原表位或抗原结合位点免疫效果最好，当再与 表位的多肽混合使用时效果更为 *#! 是不同的。 ;22=。因此，研制具有理想免疫效果的合成肽疫苗，仅仅依 明显模拟肽被认为是研究合成肽分子抗原性的一 靠 细胞抗原表位是远远不够的，特异性 抗原表位的协 ( #D 型。经肽文库筛选获得的模拟肽可与携带有不连 同作用是非常必要的。;2J=，含有连续性 抗 原 表 位 的单抗发生特异性结合
子与天然蛋白质抗原位点处的氨基酸残基序列没
少一部分相似。研究发现，存在交叉反应但氨基酸
肽段内，均含有大量相似的原子基团，这些原子基
抗原结合位点内的原子发生作用。模拟肽分子可
合，而且还具有识别模拟抗原位点并诱导产生抗 4 不连续抗原位点的模拟 抗体的能力。一般来说，合成肽抗原性的提高，需
研制合成肽疫苗的关键是对抗原分子表面抗原位点组成原表位的数量，并使其结构尽量与天然的肽结构相氨基酸的定位，相比较而言，线性表位易于定位，而非线性表 可通过肽的环化或其它的化学方法得以实现。实际位即不连续抗原表位(或空间构象表位)的描绘和构建却困难 分子的抗原性也与其参与反应时的构象关系十分得多，因为一些病原体保护性抗原(如 )的抗原位点是 E5F. 在不同的免疫学实验中，同一合成肽分子的抗原性高度不连续的，即使构成不连续抗原位点的氨基酸残基在空 如溶液中的自由肽、或与载体耦联的结合肽、或多间上彼此较近，但它们在多肽链上的氨基酸序列位置却相隔
与固相载体耦联的短肽，往往使其不能充分地与甚远，有时并不在同一条蛋白质多肽链上，所以，很难确定它 结合，因此抗原性有降低的倾向，但与载体蛋白 们的具体位置，致使某些存在的中和位点一时无法得以正确 肽，由于载体蛋白分子表面微环境的改变造成肽 地描绘和构建。这些困难直到近几年才有所突破。目前，描绘 和构建 抗原分子的不连续抗原位点的方法主要有:E5F. ! 生了改变，从而利于与抗体分子的结合，存在抗原 应 用 分 子 设 计 构 建 以 分 子 结 构 为 基 础 ， 能 诱 导 型 F :* 势。所以，合成肽抗原性只有在特定的实验条件下 ;2<= 中和抗体活性的模拟抗原位点(抗原 位 点 )分 子 ，但 EF F5. 。价;24=;应 用 构 建 肽 文 库 " 该抗原位点诱导中和抗体的能力较弱
的方法进行筛选。再者，肽段(个氨基酸残基)的重新组合 4J
排列，可以描绘出能中和完整 单克隆抗体的各种不连 E5F. 合成肽分子的免疫原性3 续的抗原位点。到目前为止，利用肽段重组技术已成功描绘出
、亚 #$ 许多含有不连续抗原位点的分子，包括人促性腺激素 合成肽除了对病毒病的诊断、病原分离及其分子、百日咳杆菌粘附素、 F34 *单位、人绒毛膜促性腺激素、学方面的应用具有重要的价值外，其免疫原性的 人白细胞介素、人肿瘤坏死因子 、人肿瘤坏死因子受体、 ?4#
成肽疫苗的重要研究内容。理论上，化学合成不同 口蹄疫病毒初级抗原(自身抗原)，并设计、合成了模拟的功能
分子。例如，通过对 逃逸病毒抗原位点氨基酸序列比E5F. 或不同病原体的特异性抗原表位，可以刺激机体
同病原体的特异性免疫反应。按照设计要求，采用
法合成的 、、、或 等多肽或载((#((?#(?## #?(
接种动物，合成疫苗接种动 物 后 ，均 未 取 得 5C>
!"#$ ,?8,: "J4K: LMLN KMJ 效果。尽管产生的肽抗体滴度很高，但其所起的免疫保护作
!L$ 57E/B7 O: 5762 >: >7..2==/ P: !" #$% ( =7.B,’C87=, ,Q7=D7-2/? 用却非常有限。研究中发现，只要所携带抗原表位与天然蛋白
/@ 1,1-23, Q7882?,C 7B72?C- @//-’7?3’6/D-9 32C,7C,N=78; /@ C/=32 抗原二者的分子结构存在部分相似，那么就可获得与天然蛋 1./-,8-2/? 2? 87--=, 7?3 2 C/=7-2/? /@ ,C871, 6D-7?-C!GH$ G R2 ./=: 白抗原起交叉反应的高滴度抗肽抗体，而这种抗体却不能保 JJ#: #N LKSK ""护实验动物，这一现象值得引起注意。关于在天然蛋白抗原分 !M$ )7?B,Q,=3 G0: >7C7= G): OC-,.97DC &: !" #$% T2.C- 1,1-23, Q78A ( 子、合成肽分子以及抗体产生细胞与 细胞受体结合的过程 % 82?, 1./Q232?B 1./-,8-2/? 7B72?C- Q2.7= 2?@,8-2/? 2? -9, -7.B,- 中，它们究竟是以何种构象参与反应，至今尚未弄清。7?267=N C-D32,C /@ 87?2?, 17.Q/Q2.DC 2? 3/BC !GH$ G R2 ./=: "JJU: 此外，肽免疫原性的不可预测性还充分表现在:合成肽均 K4N UVSK 是由 肽构成的，而 聚合物一般认为不具有或明 &’(( &’(( !U$ W,=/,? *X: >7C7= G): &7=CB77.3 Y: !" #$% IF?-9,-28 1,1-23,
显缺乏免疫原性，高剂量 免疫往往引起动物机体高度 &’(( Q7882?,CN CD88,C C 7- =7C-!GH$ R7882?,: "JJV: "MN 44VS
!V$ W7-D W<: >77.. G: <2.7=- P: " #$% &2.8- Q7=D7-2? @ ,6,/(!,,//的免疫耐受或免疫麻痹。尽管不存在严格意义上绝对的血清 -9, 266D?/3/62?7?8, /@ 7 67Z/. 7?-2B,?28 C-2, /@ TW&R 2 ? 7 型特异性，但 型肽抗体也表现出不易与相应的 肽发生反 & ) ?7-D.7= 9/C-!GH$ R2./=/BF: "JJK: LSKN LJ4 应的特性。所有 型多肽的 肽()均是由与 & + -.&01-23**,/’’,,!K$ 7 : X.?7?3 G: %=7. : " #$% 59 C-.D8-D. 7?3 ),I,,[;,6/,!,,\天然 肽氨基酸序列呈反向排列的 型肽组成的，其余肽段 )& ’7?-2B,?282-F /@ 7 -F1, > @//-’7?3’6/D-9 32C,7C, Q2.DC!GH$ I-.D8A 由类似于母链方向的 肽构成的，两者可发生高水平的抗原 ) -D.: JJU: LN LM ,""交叉反应。模拟抗原表位合成的 肽和 肽的作用主要局限 + ) *!#$ ,3,.)D-[ <: X/,E,, G: R7? ,B,?6/.-,= WXRH &2@@,.,?-27= ]’;*于肽段两端的基团，但不限于完整抗原蛋白的相应区域。在一 .,8/B?2-2/? /@ ,12-/1,C 1.,C,?- /? 6/?/6,.28 7?3 / =B2/6,.28 !"4$。另外， 些情况下，删除这些基团利于抗原交叉反应的产生@/.6C /@ B1 " KS B=F8/1./-,2? /@ 9D67? 266D?/3,@282,?8F Q2.DC 除了肽分子本身的化学特性，外界因素也将对其免疫原性产 -F1, " EF 9D 67? 6/?/8=/?7= 7?-2E/32,C !GH$ PD. G %2 /89,6:
LSS": LK4N" 生一定的影响，如宿主免疫球蛋白的类型、自我耐受程度和各
!4$ >=7.;, %P: ^ ,_-/? IP: >7../== (*: !" #$% +61./Q,3 266D?/A 种各样的细胞和体液调节
机制
综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图
等。合成肽的抗原性和免疫原 B?282-F @ 7 11-23 12-1 7@-. @DC2? - 917-2-2C % 8 . ,/,,,/,,//,/,性存在实质性不同，肽的抗原活性反应可以最终被解释为一 1./-,2?!GH$ ^7-D.,: "J4#: MMSN M4" 种纯粹的化学现象，是原子之间相互作用的结果，而免疫原性 !J$ >/==,? 5: &267.892 *: &/,= 5*H ( 5 8,== ,12-/1, 2? R0" /@ 则是由宿主免疫系统的各个影响因素的相互作用所决定的， @//-’7?3’6/D-9 32,C7C, Q2.DC 2C 66 2D?/3/62?7?- @/. Q7882?7-,3 其与生理学关系密切，而不属于化学范畴，不能依赖改变肽结 87--=!GH$ G + D?= JJ: UKN #UJ ,66/"""
构进行调节和控制，甚至评估其免疫原性的高低。因此，对于 !S$ R7? 2.1 WG: R7? W77?? Y: W=? X: " #$% 0.=@2.7-2Q "),/,,/,*!/,,
=F69/8F-, .,C1/?C,C -/ @//- 7?3 6/D-9 32C,7C, Q2.DC 7?3 9-.,, ’’合成肽疫苗来说，要求产生的这种抗肽抗体能够与天然蛋白 TW&R 1,1-23,C 7@-,. Q7882?7-2/? /. 266D?2[7-2/? _2-9 -9,C, 抗原或病原衣壳蛋白发生强烈交叉反应，可以中和病原体、保 1,1-23,C 2? 87--=,!GH$ +66D?/=/BF: "JJL: #VN USK 护免疫动物不受感染是非常困难的。到目前为止，也没有一个 !$ W2897= :-_7.3H 59 3Q=1?- @ 7 2-1E7C3 CF?A "",I,,,,/6,/66//,’,\化学原则可用于设计仅表达中和抗体而不是非中和抗体的合 -9,-28 1,1-23, Q7882?, 7B72?C- .,C12.7-/.F CF?8F-27= Q2.DC!GH$ %2/A 成肽免疫原。=B287=:C LSS: LJ: LV /""总之，人工合成多肽作为近些年来研究的一种新型疫苗，
!"L$ R2==,? G: %,..7C P: I89771,. WW: !" #$% IF?-9,-28 1,1-23,C 7C \尤其作为一种治疗性疫苗，有着良好的应用前景，但在诱导免 @D?8-2/?7= 62628C /@ 7 Q2.7= 32C8/?-2?D/DC 7?-2B,?28 C-2,!GH$ %2/A 疫动物产生较好保护作用方面还存在许多难以克服的困难。 =/B287=C LSS": LJN LKV 设计含有有限氨基酸数目的合成肽分子作为疫苗，单纯依赖 !M$ R7? B??.-= WXRH 02-@7== C@ .3D8-2?2C 2? -9 3CB2? @ "*,,/,/,/6,,/细胞表位以及使用佐剂等在 增加中和抗体表位数目、引入 5 1,1-23,E7C,3 Q7882?,C!GH$ R7882?,: LSS": "JNLMKJ ’提高其免疫效果方面的作用可能是不完全的的或者说是不确 !U$ R7? B??-.-= WXRH T. 7EC=D- - aD2C-2 C182@282-FH "*,,/,/6/,/,‘,,实的，需要对其如何诱导机体产生免疫，特别是诱导特异性中 ,@=,8-2/?C /? -9, @D[[F ?7-D., /@ C1,82,C: C1,82@282-F 7?3 7 ?-2A * B,?28 C-2,C!GH$ G +66 D? W,-9/3C: "JJ4: L"KNM# 和抗体产生的机制做进一步深入细致的研究。
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