超抗原及其應(yīng)用研究進(jìn)展

李秀景，尹儉儉，向冬喜，陳娜娜，鄭叢龍

(1.大連大學(xué)醫(yī)學(xué)院 病原生物學(xué)教研室，遼寧 大連116622;2.迪肯大學(xué)醫(yī)學(xué)院，澳大利亞)

超抗原是20 世紀(jì)60年代末，Bergdoll 等首先在金黃色葡萄球菌中發(fā)現(xiàn)，到1989年，Marrack 等才首次提出了超抗原的概念。超抗原是功能非?；钴S的蛋白質(zhì)分子，不需要抗原呈遞細(xì)胞的處理，沒有MHC 的限制，具有強(qiáng)大的刺激T、B 淋巴細(xì)胞活化的能力，其激活T 細(xì)胞的效率是普通抗原的數(shù)千倍至數(shù)十萬倍，大約可激活機(jī)體20%的T 淋巴細(xì)胞。

1 超抗原的分類

根據(jù)產(chǎn)生超抗原的病原體的不同，超抗原分為細(xì)菌性超抗原和病毒性超抗原。細(xì)菌性超抗原有金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的葡萄球菌腸毒素、化膿性鏈球菌產(chǎn)生的致熱外毒素A，C，G2M 和鏈球菌絲裂原外毒素1，2(SMEZ1，2)等;病毒性超抗原有小鼠乳腺病毒產(chǎn)生的次要淋巴細(xì)胞刺激抗原、EB 病毒產(chǎn)生的超抗原成分，近期發(fā)現(xiàn)扎伊爾埃博拉病毒也產(chǎn)生超抗原成分［1］。根據(jù)超抗原作用的細(xì)胞種類不同，超抗原分為T 細(xì)胞超抗原和B 細(xì)胞超抗原。T 細(xì)胞超抗原有葡萄球菌腸毒素、A 族鏈球菌M 蛋白、致熱外毒素A，C，G2M 和鏈球菌絲裂原外毒素1，2 等。B 細(xì)胞超抗原是一種新發(fā)現(xiàn)的超抗原，能與某些B 細(xì)胞亞群的B細(xì)胞受體(B cell receptor，BCR)結(jié)合，刺激B 細(xì)胞增殖;B 細(xì)胞超抗原包括人類腸道相關(guān)涎蛋白Fv 蛋白，人類白細(xì)胞分化抗原CD4、CD5 和引起冷凝集素的紅細(xì)胞膜抗原、葡萄球菌腸毒素D 和人類免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 等。

2 超抗原激活T、B 細(xì)胞的機(jī)制

2.1 超抗原激活T 細(xì)胞

超抗原具有強(qiáng)大的刺激能力，能在較低的濃度下即可刺激大量表達(dá)T 細(xì)胞受體(T cell receptor，TCR)Vβ序列的T細(xì)胞增殖。與普通抗原相比，超抗原無需抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cells，APC)的處理，以完整的形式直接與APC 的主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子的抗原結(jié)合溝槽外側(cè)結(jié)合形成配體;然后該配體與T 細(xì)胞受體的Vβ 區(qū)結(jié)合形成TCR Vβ-超抗原-MHC II 類分子復(fù)合物激活T 細(xì)胞且T 細(xì)胞的激活頻率很高。TCR Vβ 基因共有64個(gè)片段，并分為24 型。一種超抗原分子通常特異性地結(jié)合某些Vβ 型，Keun Seok Seo 等［2］利用熒光實(shí)時(shí)定量PCR 測(cè)得葡萄球菌腸毒素A、B、C1(staphylococcal enterotoxin A、B、C1，SEA、B、C1)等特異性結(jié)合一種或幾種Vβ 型，從而激活T 細(xì)胞;如SEA 能夠結(jié)合Vβ1、5、6、7、15、16、18、21、22、24。

2.2 超抗原激活B 細(xì)胞

B 細(xì)胞抗原受體或抗體識(shí)別普通抗原需要VH、D、JH、VL、JL 等片段形成相應(yīng)于抗原決定簇的對(duì)位，涉及決定簇互補(bǔ)區(qū)CDR1、CDR2，尤其是CDR3的參與。B 細(xì)胞超抗原的識(shí)別模式不同于普通抗原識(shí)別模式，B 細(xì)胞超抗原的識(shí)別僅取決于BCR 或抗體分子上某一或某幾個(gè)家族的VH 片段，與D、JH、JL 等片段無關(guān)?，F(xiàn)已證實(shí)，葡萄球菌A 蛋白和人類免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 等B 細(xì)胞超抗原特異識(shí)別VH 3［3-4］，葡萄球菌腸毒素D 特異識(shí)別VH 4［5］。

B 細(xì)胞超抗原在結(jié)構(gòu)上與非胸腺依賴性抗原相似，具有重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)B 細(xì)胞超抗原橋聯(lián)BCR 從而激活B 細(xì)胞，如人類腸道相關(guān)涎蛋白Fv 蛋白有6 個(gè)Fab 結(jié)合部位，葡萄球菌A 蛋白有2 個(gè)或2 個(gè)以上的VH 3Fab 結(jié)合部位，人類免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 則聚集在病毒體或感染細(xì)胞膜上［6］。但B 細(xì)胞超抗原激活相應(yīng)B 細(xì)胞仍需 T 細(xì)胞或其他的輔助信號(hào)的輔助。Domiati-Saad 等［5］研究發(fā)現(xiàn)，在有T 細(xì)胞的混合培養(yǎng)中，葡萄球菌腸毒素D 可致多克隆B 細(xì)胞增殖、分化和分泌免疫球蛋白，反之則不能，說明葡萄球菌腸毒D 誘導(dǎo)B 細(xì)胞增殖分化呈T 細(xì)胞依賴性。葡萄球菌A 蛋白在體外刺激人B 細(xì)胞時(shí)，必須加入IL-2或其他細(xì)胞因子才能刺激B 細(xì)胞活化［3］。

3 超抗原的應(yīng)用

3.1 超抗原的免疫佐劑作用

免疫佐劑又稱非特異性免疫增生劑，免疫佐劑本身不具抗原性，但同抗原一起或預(yù)先注射到機(jī)體內(nèi)能增強(qiáng)免疫原性或改變免疫反應(yīng)類型。抗原物質(zhì)混合免疫佐劑注入機(jī)體后，改變了抗原的物理性狀，使抗原物質(zhì)緩慢地釋放，延長了抗原的作用時(shí)間。免疫佐劑能刺激吞噬細(xì)胞對(duì)抗原的處理，提高機(jī)體初次和再次免疫應(yīng)答的抗體滴度。目前乙肝病毒慢性感染的治療成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，有學(xué)者選用超抗原中的SEA 作為乙肝DNA 疫苗的免疫佐劑并得到較好的結(jié)果［7］。該學(xué)者構(gòu)建了227 位氨基酸突變的SEA(D227A)真核表達(dá)載體(pmSEA)與乙肝DNA 疫苗肌肉注射免疫小鼠，證實(shí)pmSEA 可明顯提高機(jī)體對(duì)乙肝DNA 疫苗的免疫應(yīng)答。

3.2 超抗原提升白細(xì)胞數(shù)量的作用

合理應(yīng)用超抗原制劑，可提升正在進(jìn)行放、化療腫瘤患者外周血白細(xì)胞的數(shù)量［8］。放療和化療在腫瘤的治療過程中(尤其是惡性腫瘤)起著重要的作用，大多數(shù)腫瘤患者在病程的不同時(shí)期因不同目的會(huì)接受放療或化療。臨床證明:放療和化療在抑制或殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，對(duì)機(jī)體的正常細(xì)胞也有毒害作用，尤其是分裂、增殖比較快的細(xì)胞如骨髓造血細(xì)胞、胃腸道粘膜上皮細(xì)胞等。放化療對(duì)骨髓造血細(xì)胞的毒害表現(xiàn)為骨髓抑制，引起白細(xì)胞降低和免疫功能低下等，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量。目前的升白細(xì)胞藥物的持續(xù)時(shí)間短，一般24 h 后就會(huì)逐漸降低，超抗原在注射24 h 后才產(chǎn)生最大效應(yīng)并能持續(xù)48 甚至72 h 才逐漸減低。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)［8］證明:超抗原口服液劑量在1 ～10 ng/mL 時(shí)，就能刺激T細(xì)胞增殖達(dá)到最大應(yīng)答反應(yīng);4 ng/mL 以上可促進(jìn)小鼠體內(nèi)白細(xì)胞顯著提高;5 ng/mL 以上可使小鼠脾臟細(xì)胞和人外周血淋巴細(xì)胞增殖。且臨床實(shí)驗(yàn)中使用超抗原制劑的放化療患者的外周血白細(xì)胞顯著提高，免疫功能增強(qiáng)。

3.3 超抗原抗腫瘤作用

超抗原可以大量激活細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞，從而增強(qiáng)細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞和NK 細(xì)胞參與的免疫細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷腫瘤細(xì)胞的活性，快速地增強(qiáng)了免疫反應(yīng)，從而提高機(jī)體免疫力，在治療腫瘤方面得到了不錯(cuò)的療效。有實(shí)驗(yàn)證明:經(jīng)超抗原活化的淋巴細(xì)胞能明顯抑制喉癌細(xì)胞的生長，實(shí)驗(yàn)組用SEA激活的淋巴細(xì)胞對(duì)人喉鱗癌Hep -2 細(xì)胞的生長具有明顯的抑制作用，抑制率為42.68%，高于對(duì)照組4.82% (P ＜0.01);并且不同濃度的SEA 對(duì)喉癌細(xì)胞的生長均有抑制作用，當(dāng)濃度為1 μg/mL、培養(yǎng)72 h時(shí)其抑制率達(dá)到最高即82.83%［9］。已用于臨床的高聚金葡素，是從金黃色葡萄球菌變異株的代謝產(chǎn)物中提取的超抗原物質(zhì)——金黃色葡萄球菌C 型腸毒素，主要用于治療惡性腫瘤、病毒感性疾病及癌性胸腹水;朱慧華等［10］經(jīng)臨床療效觀察:將高聚金葡素與吡柔比星聯(lián)合進(jìn)行膀胱灌注化療，用于預(yù)防淺表性膀胱癌的復(fù)發(fā)，其療效優(yōu)于單獨(dú)用吡柔比星或高聚金葡素，并且聯(lián)合應(yīng)用提高了患者對(duì)化療的耐受性。但是，當(dāng)超抗原的用量掌握不準(zhǔn)確時(shí)，就可能使機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)功能發(fā)生紊亂，導(dǎo)致一些急慢性疾病的發(fā)生［11］。因此，探究一種安全有效的超抗原抗腫瘤的方法成為了超抗原抗腫瘤研究的熱點(diǎn)，人們便提出了超抗原疫苗的設(shè)想。

3.4 超抗原疫苗

設(shè)想超抗原疫苗能夠失去或降低天然超抗原的毒性作用，但其還能刺激產(chǎn)生與天然超抗原結(jié)合并具有保護(hù)作用的特異性抗體。通過誘變或修飾超抗原分子，降低超抗原分子與MHCⅡ類分子和TCR Vβ 區(qū)的親和力，改變了超抗原分子對(duì)T 細(xì)胞的刺激效應(yīng)，不再以超抗原而以普遍抗原的方式誘導(dǎo)對(duì)T、B 細(xì)胞的刺激，并產(chǎn)生抗體［12］。有學(xué)者證實(shí)，超抗原SEA 的突變體SEA-H61D 在極低濃度時(shí)能夠明顯抑制腫瘤細(xì)胞的生長，且當(dāng)給予腫瘤患者125 ～500 μg/kg SEA - H61D 時(shí) 能 大 量 激 活CD4+和CD8+，T 細(xì)胞從而抑制腫瘤的生長［13］。還有學(xué)者證實(shí)，超抗原SEC2 突變后的SAM -1 在體外能夠抑制H22 和Hepal-6 腫瘤細(xì)胞的生長，在體內(nèi)能夠抑制結(jié)腸癌-26 固體瘤的生長，且與天然的SEC2相比SAM-1 的毒性減低［14］。還可以將超抗原基因與腫瘤標(biāo)志物的基因進(jìn)行重組制得超抗原疫苗，有研究者，將227 位氨基酸突變SEA (D227A)和CD80 分子跨膜區(qū)序列基因重組，成功設(shè)計(jì)了特異性表達(dá)于肝癌細(xì)胞膜的減毒超抗原疫苗，并用RT -PCR 和間接免疫熒光技術(shù)證實(shí)SEA 表達(dá)于人肝癌細(xì)胞HepG2 細(xì)胞表面，HepG2 -SEA 強(qiáng)烈刺激產(chǎn)生特異性CTL 且增強(qiáng)CTL 對(duì)HepG2 細(xì)胞毒性殺傷作用［15］。也可將單克隆抗體與超抗原耦合，有研究證實(shí):BDI -1 單克隆抗體與SEA 的耦合蛋白通過上調(diào)Bax 蛋白和下調(diào)Bcl-2 蛋白，增加人膀胱癌細(xì)胞BIU-87 的凋亡，從而起到抗腫瘤作用［16］。

4 展 望

超抗原非特異性激活多克隆T、B 細(xì)胞，可增強(qiáng)機(jī)體免疫力，但在超抗原應(yīng)用中可能會(huì)產(chǎn)生免疫活化后的免疫抑制作用等副作用，引起一些自身免疫性疾病，因此避免超抗原自身毒性問題成為超抗原疫苗應(yīng)用中的關(guān)鍵。隨著對(duì)超抗原構(gòu)效關(guān)系研究的不斷深入，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾保留其強(qiáng)大的免疫活化作用并消除其副作用，構(gòu)建安全有效的超抗原疫苗成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。近期，Radcliff FJ 等［17］通過overlap PCR 使鏈球菌絲裂原外毒素Z-2的TCR 結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變，獲得的一種疫苗載體M1，將M1 與卵白蛋白結(jié)合后免疫缺乏MHC II類分子的小鼠，產(chǎn)生了高水平的抗卵白蛋白的免疫球蛋白IgG，并且其效價(jià)是對(duì)照組的1 000 ～10 000倍。以超抗原為載體的超抗原疫苗，可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原的免疫應(yīng)答，將對(duì)腫瘤、艾滋病、乙肝等慢性疑難疾病的治療有重要的意義。

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