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自身免疫病疫苗 Autoimmunediseasesvaccine InstituteforImmunobiologyDepartmentofImmunologyCenterforGeneImmunizationandVaccineResearchFudanUniversity洪晓武 021 54237362xiaowuhong Shanghai China 1 概述自身免疫病及其发病机理自身免疫病疫苗展望 自身免疫病疫苗 2 NewvaccinedevelopmentNewvaccinesagainstinfectiousdiseasesDevelopmentofDNAvaccinesDevelopmentoftherapeuticvaccinesAdvancesincurrentvaccinesStreptococcuspneumoniae InfluenzavirusNewvaccinesagainstnon infectiousdiseasesCancerAutoimmunediseasesNewvaccinedeliverytechnology 3 Principleofdeliveringvaccinesinedibleplants Agenefromahumanpathogenisinsertedintoabacteriumthatinfectsplants A Thebacteriumtheninfectsculturedleafsegmentsoftheselectedfoodplant B whichsproutintowholeplantscontainingthehumanpathogengene C Oncetheplantiseaten ittriggersanimmuneresponsetothepathogen Newvaccinedeliverytechnology 4 一 自身免疫病的基本概念 自身免疫 autoimmunity 机体免疫系统对自身成分发生免疫应答 产生自身抗体或自身反应性T淋巴细胞的现象 自身免疫病 autoimmunedisease AID 若自身耐受机制遭破坏 自身免疫应答的质或 和量发生异常 则自身抗体和自身反应性淋巴细胞可攻击并破坏自身组织细胞 机体出现病理改变和相应临床表现 自身免疫病 5 基本特征 1 可测到高效价的自身抗体和 或 自身应答性T细胞 2 自身抗体或应答T细胞 作用于自身组织细胞 造成损伤或功能障碍 3 可复制出相似的动物模型 用患者血清或致敏淋巴细胞可使疾病被动转移等 4 病情转归与自身免疫应答强度密切相关 5 反复发作和慢性迁延 6 有遗传倾向 7 部分自身免疫性疾病易发生于女性 其中 第1 第2条不可缺少 6 自身免疫性疾病的分类 器官特异性糖尿病 多发性硬化症器官非特异性系统性红斑狼疮 类风湿性关节炎 7 自身免疫病自身抗原器官特异性自身免疫病 慢性甲状腺炎甲状腺球蛋白 微粒体 细胞膜表面抗原 第二胶质抗原 CA2 毒性弥漫性甲状腺肿 Graves病 甲状腺细胞表面TSH受体原发性肾上腺皮质萎缩 Addison病 肾上腺细胞恶性贫血胃壁细胞 内因子慢性溃疡性结肠炎结肠上皮细胞男性自了性不育症精子青少年型胰岛素依赖性糖尿病胰岛细胞伴共济失调 毛细血管扩张的胰岛素受体胰岛素低抗型糖尿病重症肌无力乙酰胆碱受体自身免疫性溶血性贫血红细胞特发性血小板减少性紫癜血小板干燥综合征 Sjogrenssyndrome 唾液腺管 细胞核 甲状腺球蛋白非器官特异性自身免疫病 类风湿关节炎变性IgG系统红斑狼疮核成分 DNA DNA 核蛋白 RNA Sm抗原 红细胞 血小板 细胞浆成分 线粒体 微粒体 8 自身免疫病举例 系统性红斑狼疮 SLE 类风湿关节炎 RA I型糖尿病 IDDM 多发性硬化 MS 强直性脊椎炎 AS 9 系统性红斑狼疮 SLE 东方人和黑人育龄妇女常见 多克隆淋巴细胞非特异活化抗体介导的损伤 发病特征 关节疼痛 面部蝶形红斑 血尿 蛋白尿 白细胞贫血 血液中含大量自身抗原和抗原 抗体复合物 免疫病理由抗原 抗体复合物沉积于关节 肾小球基底膜致炎症 10 11 SystemicLupusErythematosus SLE ischaracterizedbyfever weakness arthritis skinrashes seefigureatleft pleurisy andkidneydysfunction AffectedindividualsmayproduceautoantibodiestoarangeoftissueantigenssuchasDNA histones RBCs platelets leukocytes andclottingfactors SLEtypicallyappearsinwomenbetween20and40yearsofagewithafemale maleratioof10 1 AnexampleofcomplicationsarisingfromSLEiswhenimmunecomplexesofautoantibodiesandvariousnuclearantigensaredepositedalongthewallsofsmallbloodvessels Thisdepositionactivatesthecomplementsystem resultinginglomerulonephritisanddamagetotheblood vesselwall vasculitis Thisbloodvesseldamagecanleadtowidespreadtissuedamage 12 类风湿关节炎 RA 1 人口发病 发病年龄40 50岁女性发病率为男性3倍60 80 携带HLA DR4基因 发病特征 慢性进行性关节滑膜 软骨坏损 血液中含高水平RF因子 抗自体IgG的IgM抗体 早期关节肿胀 疼痛 晚期关节变形 失去功能 13 类风湿关节炎 RA 是一类严重的自身免疫病 患者关节滑囊被破坏 使手指僵硬变形 14 I型糖尿病 IDDM 缺乏胰岛素造成糖代谢紊乱和血糖浓度增高 发病年龄11 12岁遗传几率高达25 发病特征 多饮食 多尿 体重下降 尿酮过多 乏力 视力下降 自身免疫反应损伤胰岛b细胞 患者依赖外源注射胰岛素来维持葡萄糖代谢 15 多发性硬化 RA 慢性进行性中枢神经系统脱髓鞘疾病 T淋巴细胞介导的自身免疫病 发病可能与麻疹病毒慢性潜伏感染有关 发病特征 重复出现视觉 运动 触觉等神经功能的短暂丧失 大脑切片显示多处白斑 白斑内浸润大量T B淋巴细胞和巨嗜细胞 16 强直性脊椎炎 AS 脊椎关节的慢性进行性炎症 发病率1 患者90 以上携带HLA B27基因 男 女发病比例为9 1 发病特征 脊椎慢性炎症 最终脊椎关节完全融合 不能灵活弯曲 血液中无RF因子 慢性炎症细胞浸润脊椎关节 骶骼关节 肌腱骨膜附着处 17 免疫耐受 immunologicaltolerance 是指机体免疫系统接触抗原后导致的特异性免疫无应答性和低应答性 淋巴细胞识别抗原后的两种后果 1 淋巴细胞识别抗原后发生特异性的免疫应答 免疫原2 免疫耐受性的形成 耐受原免疫系统 自我识别 识别自我与非我 自身耐受 二 免疫耐受机制 18 1 中枢耐受1 T细胞克隆在胸腺中的缺失 阴性选择 2 B细胞克隆缺失2 外周耐受1 克隆无能或免疫忽视2 免疫抑制细胞的作用3 免疫隔离部位的抗原在生理条件下不致免疫应答 19 天然免疫耐受 异卵双生小牛共用胎盘 20 1957年Burnet Theclonalselectionhypothesis Duringitsnormalcourseofdevelopment eachlymphocyteprogenitorisabletogiverisetomanylymphocytes eachbearingadistinctantigenreceptor Manylymphocyteswithreceptorsthatbindubiquitousselfantigensareeliminatedearlyindevelopmentbeforetheybecomeabletorespond assuringtolerancetosuchselfantigens Whenantigeninteractswiththereceptoronamaturelymphocyte thatcellsisactivatedtobecomeablastcell lymphoblast andthenstartstodivide Itgivesrisetoacloneofidenticalprogeny allofwhosereceptorsbindthesameantigen Antigenspecificityisthusmaintainedastheprogenyproliferateanddifferentiateintoeffectorcells Onceantigeniseliminatedbytheseeffectorcells theimmuneresponseceases 21 中枢耐受 T细胞及B细胞分别在胸腺及骨髓微环境中发育 此间进行阴性选择 启动细胞凋亡 致克隆消除 减少生后自身免疫病的发生 22 中枢免疫耐受 阴性选择 23 1 中枢耐受对自身抗原形成的耐受1 T细胞克隆在胸腺中的缺失 阴性选择 Kappler 中枢器官I E 小鼠表达Vb17aTcell外周器官I E 小鼠不表达Vb17aTcell外周器官I E 小鼠表达Vb17aTcellVb17aTcell识别I E复合体的自身抗原后被清除2 B细胞克隆缺失 24 NegativeselectionofBcellsinbonemarrow 胸腺和骨髓克隆消除 普遍表达的自身抗原外周器官的组织特异性抗原 25 2 外周耐受1 克隆无能 clonalanergy 或免疫忽视 immunologicalignorance 自身应答T细胞克隆与相应组织特异抗原并存 正常情况下 不导致自身免疫病 因感染 病原体与自身抗原的分子模拟作用 使APC活化 产生效应T细胞 26 1 T细胞无能反应1 缺乏第二信号CostimulatorCD28 B7或信号弱2 增殖活化信号传递受阻 27 2 B细胞克隆无能反应1 膜免疫球蛋白表达的抑制Nossal克隆流产成熟Bcell SmIg内吞重新表达未成熟Bcell SmIg内吞不表达 特异性耐受细胞不死亡 抗原受体永久消失 8 24h 28 2 功能性无反应性 含有多重相同结构表位的Ag 多糖物质 作为致耐原交联而不递呈 2 B细胞克隆无能反应 29 免疫耐受小鼠 淋巴细胞 正常小鼠 另一小鼠 取皮肤移植 存活 如耐受血液中除去淋巴细胞 则没有免疫耐受发生 2 免疫抑制细胞的作用 Gershon首先发现Ts 30 3 免疫隔离部位的抗原在生理条件下不致免疫应答1 生理屏障脑 眼前房 胎盘2 抑制性细胞因子TGF inhibitTh2IL 4 IL 10inhibitTh1 31 三 自身免疫病的致病因素及机制 诱发自身免疫异常的环境因素自身抗原出现1 分子模拟 molecularmimicry 2 表位扩展 epitopespreading 3 自身抗原性质改变4 隐蔽抗原释放免疫应答和免疫调节异常个体自身免疫相关的遗传因素 32 2019 12 30 33 自身免疫性疾病的致病相关因素1 自身抗原的改变或与自身抗原有关引起自身免疫病的抗原一 隐蔽抗原的释放 晶状体 精子 甲状腺 未在胚胎期与免疫系统接触 淋巴细胞克隆存在手术 外伤或感染输精管结扎 自身免疫性睾丸炎眼外伤 自身免疫性交感性眼炎 34 二 自身抗原发生改变Ag变性代谢改变遗传结构改变致Ag表达改变药物影响a 甲基多巴 RBC膜上e抗原抗RBCAb自身溶血性贫血肼苯哒嗪 改变核成分抗核AbSLE样综合症病毒感染 整合DNA抗自身Ab 干扰FasL表达 T B增生变性的IgG 抗IgGFc抗体 自身抗体 35 三 交叉抗原的作用 A型乙型溶血性链球菌人心肌Ag12型溶血性链球菌肾小球基底膜大肠杆菌O14型结肠抗原四 分子模拟作用 病原体氨基酸序列和人的多肽序列相同 36 HSP60已知自身自身抗原相似有关疾病区域抗原区域程度 1 17髓过氧化物酶594 61060肾小球肾炎7 21细胞色素P450359 37264慢性活动性肝炎65 75甲状腺球蛋白393 40358慢性甲状腺炎86 100肌凝蛋白重链516 53062柯萨基心肌炎101 123细胞角蛋白83 10558类风湿性关节炎108 117DNA 结合蛋白73 8258SLE468 480乙酰胆碱受体133 14563重症肌无力 HSP60与人自身抗原相似性 37 五 表位扩展的现象优势决定基 dominantdeterminant 隐蔽决定基 crypticdeterminant T细胞或B细胞在免疫应答的早期对个别表位的应答发展到对其它表位的应答 从单克隆或寡克隆T B细胞被活化 扩展到多个克隆被活化 1 T细胞表位扩展 实验性自身免疫性脑脊髓膜炎 EAE 髓鞘碱性蛋白MBP或蛋白脂蛋白PLPMBP显性表位Ac1 11 84 104为次显性表位PLP显性表位139 151 178 191 249 173为次显性表位 38 PLP139 151 SJL J小鼠 R EAE脾细胞1 对PLP139 151强烈增生2 对PLP178 191强烈增生 分子内扩展MBP84 104 SJL J小鼠 R EAE脾细胞对PLP139 151强烈增生 分子间扩展小鼠脑脊髓炎病毒 SJL J小鼠 R EAE脾细胞对MBP强烈增生 病毒表位 内源性自身表位 39 2 B细胞表位扩展 系统性红斑性狼疮SmB B 八肽 抗八肽 抗nRNP nuclearribonucleoprotein 抗DNA SLE干燥综合症的表位扩展 血清中有抗La和Ro自身抗体 重组La 抗LaC片断 抗LaA片断 抗LaF片断重组Ro 抗LaA片断 40 2 表位扩展的可能机制专职性APC 包括抗原特异性B细胞 与非专职性APC摄取组织碎片 加工处理抗原和呈递抗原的能力以及协同刺激分子表达增高 即刺激T细胞能力增强专职性与非专职性APC内质体的蛋白酶发生变化 导致裂解肽链的位置发生变化 使原次显性和阴性表位变成显性或次显性表位 因而使耐受性丧失自身反应细胞应答能力增高 易产生应答 例如TCR和粘附分子表达增加 易产生激活在抗原持久刺激下 BCR或TCR亲和力经抗原选择后而增高易发生免疫调节紊乱 41 2 免疫调节异常一 多克隆刺激剂的旁路活化 微生物或其产物非特异性地直接诱导B细胞产生自身抗体二 MHCII类抗原的异常表达 IFN g IL 1 IL 2 MHCII 三 辅助刺激因子表达异常 增高 B7 42 四 Th比例失调或功能失衡 Th1功能亢进 IDDM MSTh2功能亢进 抗体介导的自身免疫病如SLE 43 抗凋亡现象 1 凋亡是维持自身稳定的重要机制2 自身反应性细胞凋亡障碍是自身免疫性疾病发病的关键因素之一 五 Fas FasL表达异常 44 自身免疫病易感性的遗传因素 主要组织相容性复合体基因 免疫球蛋白基因 T细胞受体基因 细胞因子基因Th1和Th2不平衡 凋亡基因lpr lprcg gld Y染色体连锁自身免疫性加速基因Yaa 影响B细胞粘附因子的表达 低亲合力Th与B结合 Aag 胞质酪氨酸磷酸酶基因系统造血和免疫系统异常 45 自身免疫病的组织损伤机制 自身抗体介导 型超敏反应自身抗原 抗体复合物介导III型超敏反应自身反应性T细胞介导IV型超敏反应 46 四 自身免疫病的治疗 临床常规治疗对症治疗1 抗炎 阿斯匹林类药物 糖皮质激素2 替代补充 注射胰岛素 甲状腺素3 胸腺切除和血浆置换 去除自身抗体和免疫复合物非特异性免疫抑制治疗环孢素A抑制T细胞特异性免疫治疗 1 T细胞疫苗2 拮抗性多肽3 单克隆抗体4 阻断协同刺激信号 47 原则及种类 一 口服疫苗1 经口耐受性的产生淋巴细胞对抗原诱导的细胞增生和分泌淋巴因子的功能均减弱淋巴因子的功能有质的变化增强CD8 T细胞的功能 产生大量T细胞生长因子 TGF 对致病细胞起到对抗作用 48 2 动物及人类自身免疫病的治疗II型胶原性关节炎实验性自身免疫性脑脊髓炎 EAE 虹膜睫状炎 EAU Copdymer合成多肽口服治疗MS 49 二 合成性多肽疫苗1 原则 阻止自身反应性T细胞的激活研究抗原和鉴定自身与T细胞相互作用的决定簇 以及与其功能相关的特定氨基酸序列 从而研究出一种与决定簇结构相似但功能完全相反的多肽 防止自身抗原对反应性T细胞的激活作用 50 2 方法 抗原竞争一个关键氨基酸的替换仍可能会激活原先的T细胞 但该细胞表达不同的功能3 应用 多发性硬化症 MS 51 抗原结构改变诱导的免疫抑制 52 新合成的多肽中有相当一部分本身具有免疫反应的刺激作用 甚至会诱发对疾病无益而有害的反应诱发过量细胞因子的生成寻找新的多肽 研制对于不同遗传背景的病人都有益而无害的肽类制剂仍任重道远 53 三 T细胞或T细胞受体疫苗1 基本原理 来源于独特型 抗独特型理论 即从T细胞库中选择自身反应性T细胞 灭活后免疫 激发机体的保护性免疫 调节性T细胞 MS MBP PLP等MBP反应性的T细胞在MS病人激活1st脑脊液T细胞 PHA刺激 甲醛固定 回输病人 MBP自身反应性T细胞频率进行性降低 3次接种 自身反应性T细胞消除 54 2 免疫调节机制 1 抗独特型T细胞调节 2 抗独特型抗体反应 3 免疫偏移3 应用 MS和RA的治疗及临床效果4 潜在的限制性因素 1 克隆变化和表位扩展2 来源时间延长 克隆变化 MBP自身反应性T细胞重新出现MS潜在的克隆变化和MBP自身反应性T细胞的表位扩展 优势地位的自身反应性T细胞克隆被去除 其它识别MBP的T细胞克隆取代和恢复对MBP的自身免疫性MBP的作用 寡克隆T细胞 55 T细胞疫苗研究现状 MS的T细胞疫苗 采用标准SplitWell技术从外周血和脑脊液 CSF 中筛选对MBP特异的T细胞克隆 刺激指数 3 扩增 辐射 受者接受3次皮下注射 每次2 4个克隆 间隔2 4个月 所有病人MBP反应性T细胞频率降低 3次后清除 已获FDA批准 进入II期临床RA的T细胞疫苗 多种抗原如软骨抗原 CollageII 热休克蛋白 HSP65 等与RA有关 关节液 SF 来源的T细胞克隆与疾病有更高的相关性 56 四 DNA疫苗1 基本原则 1 免疫耐受诱导 降低免疫系统对自身抗原组织的识别2 抑制自身反应性T细胞 增强调节性T细胞的功能 57 2 从免疫耐受着手的DNA疫苗PLP proteolipidprotein 是髓鞘蛋白质中主要的致病抗原之一对EAE易患动物事先免疫编码PLP的DNA疫苗 则可大大降低免疫动物的致病易患性 58 3 针对免疫调节功能的DNA疫苗DNA疫苗 增加调节性T细胞的功能对大鼠免疫编码T细胞抗原受体的DNA疫苗 降低自身免疫病发生的功效 对大鼠免疫编码MBP的DNA疫苗成功保护动物免受疾病的攻击2个或2个以上和疾病有关的基因连锁在一起 可构建更有效的多价DNA疫苗用自身