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基于重组腺病毒载体的烈性病原体疫苗研究

作　者: 吴诗坡
导　师: 陈薇
学　校: 中国人民解放军军事医学科学院
专　业: 微生物学
关键词: 腺病毒载体埃博拉病毒疫苗炭疽疫苗预存免疫
分类号: R392
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

埃博拉病毒和炭疽芽孢杆菌均为A类生物战剂，可用于生物恐怖袭击。对此，非常有必要开发一种能快速引起免疫反应的疫苗以应付不时之需。在这里，我们以复制缺陷型重组腺病毒作为载体，制备了埃博拉和炭疽重组腺病毒，并在小鼠及大鼠模型上评价了它们的免疫原性。对于埃博拉重组腺病毒疫苗，我们选择了毒性最强的苏丹型和扎伊尔型埃博拉病毒作为研究对象，对疫苗的有效成份，苏丹型和扎伊尔型埃博拉病毒包膜糖蛋白的基因进行合成，并克隆入AdMax腺病毒系统的穿梭质粒pDC316上。通过将穿梭质粒和AdMax腺病毒系统的骨架质粒（pBHGlox_E1,3Cre）共转染至HEK293细胞，发生位点特异性重组，包装出表达有埃博拉病毒包膜糖蛋白的复制缺陷型重组腺病毒疫苗候选株。对其进行扩增和纯化，获得一定的量，用于免疫学评价。细胞免疫反应是埃博拉病毒疫苗产生保护作用的关键，而CTL表位是评价疫苗细胞免疫反应的基础。为了筛选到适合于BALB/c小鼠的CTL表位，我们首先通过各种表位预测软件，对苏丹型和扎伊尔型埃博拉病毒包膜糖蛋白H-2^d单元型的CTL表位进行预测，并选择最有可能的CTL表位进行合成。使用ELISPOT和流式细胞术的方法，筛选到了第一个苏丹型埃博拉病毒包膜糖蛋白H-2^d单元型的CTL表位RF-9，同时筛选到了一个新的扎伊尔型埃博拉病毒包膜糖蛋白H-2^d单元型的CTL表位GF-9。实验证实，GF-9比之前报道过的CTL表位LV-9具有更高的灵敏性。在此基础上，我们使用类似的方法，在HLA-A*0201转基因小鼠上成功筛选到了第一个苏丹型埃博拉病毒包膜糖蛋白HLA-A*0201特异的CTL表位CV-9。埃博拉病毒包膜糖蛋白CTL表位的筛选为基于包膜糖蛋白的埃博拉病毒疫苗细胞免疫水平的评价奠定了基础。我们以BALB/c小鼠作为动物模型，对埃博拉重组腺病毒进行免疫学评价。首先，通过流式细胞术和ELISPOT的方法，验证了苏丹型和扎伊尔型埃博拉重组腺病毒均可诱导产生快速而强烈的细胞免疫反应。在体液免疫反应方面，重组腺病毒免疫后小鼠血清的抗体在近一年的时间内可稳定维持。随后，我们将苏丹型和扎伊尔型埃博拉重组腺病毒混合后进行免疫，结果显示，两者均能产生特异而强烈的细胞免疫反应，说明两者不存在相互干扰作用，可以混合使用。同时，我们对IFN-γ阳性的CD8细胞统计其分泌TNF和IL-2以及表达CD107的情况。结果显示，虽然在IFN-γ阳性的CD8细胞中IFN-γ单阳性的细胞占40%左右。然而，IFN-γ、TNF、IL-2和CD107四阳性细胞所占的百分比大于5%，而IFN-γ、TNF、IL-2三阳性的细胞百分比也大于10%。这一结果说明，埃博拉重组腺病毒所激发的效应T细胞中多功能细胞占有较大的比例。通过对埃博拉重组腺病毒不同免疫方式所产生的免疫效果进行比较，结果发现，肌肉注射（IM）能诱导强烈的细胞免疫反应，而滴鼻（IN）的免疫方式虽然在脾细胞上不能检测到IFN-γ的分泌，但其血清抗体水平比肌肉注射的免疫方式要高。此外，滴鼻的免疫方式还能产生高水平的分泌型肺洗液IgA抗体。接着，我们对不同免疫方式的组合进行探讨，结果发现，先肌肉注射后滴鼻免疫的免疫方式，既能够诱导产生强烈的细胞免疫反应，而且可以激发强烈的血清IgG抗体和肺洗液分泌型IgA抗体水平。在此基础上，将扎伊尔型埃博拉病毒分泌型糖蛋白（sGP）的基因进行密码子优化，并以此包装重组腺病毒进行免疫学评价。结果显示，密码子优化后，重组腺病毒的细胞免疫反应水平保持不变，但体液免疫反应水平有明显的增强。同时，密码子优化后重组腺病毒免疫的小鼠产生抗体的时间明显提前。在炭疽重组腺病毒疫苗方面，通过密码子优化，使疫苗的有效成份保护性抗原PA在真核系统中实现高效表达。使用流式细胞术和ELISPOT的方法对炭疽保护性抗原PA的CTL表位进行筛选，发现了一个H-2^d单元型的CTL表位NA-9，同时也发现了两个HLA-A*0201特异的CTL表位AV-9和FI-9。实验证实肌肉注射炭疽重组腺病毒可诱导产生强烈而持久的细胞免疫反应。在体液免疫方面，无论是肌肉注射还是滴鼻免疫，均可产生强烈而持久的血清抗体水平和抗炭疽毒素中和抗体水平。其中肌肉注射可更快的产生免疫反应，其血清主要抗体亚型为IgG2a；而滴鼻免疫所产生的血清IgG抗体峰值略高于肌肉注射，其主要抗体亚型为IgG1。使用对炭疽毒素敏感的Fisher344大鼠进行炭疽毒素攻毒实验，结果发现肌肉注射108ifu的炭疽重组腺病毒7天以后进行10倍LD₅₀的炭疽毒素攻击即可实现100%的保护效果，充分证明了该疫苗在紧急预防方面的优势。由于预存免疫是人5型腺病毒载体疫苗必需要考虑的一个问题，我们分别以肌肉注射和滴鼻的方式给予预存免疫对炭疽重组腺病毒的免疫效果进行研究。实验发现，预存免疫对滴鼻免疫方式的影响并不是很大；肌肉注射给予预存免疫会影响肌肉注射的免疫效果，而滴鼻预存对肌肉注射影响较小。自然情况下腺病毒通常是经粘膜系统进行感染，这很大程度上说明了在自然感染人5型腺病毒的情况下，经肌肉注射接种重组腺病毒载体疫苗仍然具有很好的效果。在滴鼻给予预存免疫的情况下，大鼠经肌肉注射免疫炭疽重组腺病毒15天后进行炭疽毒素攻击也可以实现100%的保护效果，进一步证实了这一结论。综上所述，埃博拉重组腺病毒和炭疽重组腺病毒均可迅速产生强烈而持久的细胞及体液免疫反应，有效证明了它们作为烈性病原体快速疫苗的可行性。

全文目录

主要缩略词表  4-7
摘要  7-10
Abstract  10-14
前言  14-20
第一章埃博拉重组腺病毒疫苗的研究  20-70
  第一节埃博拉重组腺病毒疫苗的制备  20-32
  第二节埃博拉病毒包膜糖蛋白 CTL 表位的筛选  32-44
  第三节埃博拉重组腺病毒疫苗的免疫学评价  44-70
第二章炭疽重组腺病毒疫苗的研究  70-100
  第一节炭疽重组腺病毒疫苗的制备  70-77
  第二节炭疽 PA 蛋白 CTL 表位的筛选  77-83
  第三节炭疽重组腺病毒疫苗的免疫学评价  83-92
  第四节预存免疫存在情况下 Ad5-PAopt 的免疫效果  92-100
结论  100-102
参考文献  102-110
附录主要溶液配制  110-114
文献综述  114-127
  参考文献  122-127
个人简历  127-128
致谢  128

基于重组腺病毒载体的烈性病原体疫苗研究

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