药物

DNA疫苗的退还

经过数次错误的开始和失败之后,新一代基于DNA的裸露疫苗和药物已进入临床试验。

马修·莫罗和大卫·韦纳 对于科学N°398
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十年前,美国卫生研究院(NIH)的科学家测试了两种新型的针对人类免疫缺陷病毒(HIV)的疫苗AIDS。其中一个由DNA环,质粒组成,每个质粒都带有编码病毒蛋白的基因。该产品称为DNA疫苗,总共包含五个基因。第二种疫苗包括携带编码病毒蛋白基因的腺病毒。在第一种情况下,疫苗是使受体自身的细胞产生五种HIV蛋白,以便它们触发针对该病毒的免疫反应。在第二种情况下,腺病毒载体被认为可以刺激免疫细胞,同时指导它们抵抗病毒蛋白。

DNA疫苗临床试验的结果是负面的,这对那些相信这种方法的人是一个巨大的打击。如果有的话,接种疫苗的人对病毒的五种蛋白质的反应很弱。相反,对第二种修饰的腺病毒疫苗的免疫反应是有效的。对于研究人员和制药公司而言,腺病毒已成为人体生产HIV疫苗蛋白的最佳解决方案。

但是,科学家们确信DNA疫苗仍然很有前途,因此重新投入工作,寻找提高其效力的方法。这些努力已开始见效。在人类和动物研究中,新一代基于质粒的疫苗已显示出某些功效,同时又保持了DNA疫苗具有吸引力的安全性和其他好处。现在,相同的策略正在扩展到其他形式的免疫治疗和药物管理。基于DNA的疫苗和疗法有一天可以帮助对抗目前缺乏有效治疗方法的几种疾病。

当DNA疫苗在1990年代初开始成为头条新闻时,其简便性立即变得显而易见。疫苗的主要成分是质粒,即包含编码一种或多种病原体蛋白质的基因的DNA构建体,接受这些质粒的细胞会产生这些蛋白质,但不包含制作整个病原体的说明。

当质粒通过转染过程进入受体细胞(称为宿主细胞)时,正常解码DNA的分子机制开始读取插入其中的病原体基因。它合成了所需的蛋白质,这种蛋白质被免疫细胞识别为外来蛋白质,就好像身体被感染了一样。免疫系统随后会从该试剂产生特异性反应,并保留长期记忆,从而使其在发生新的感染时能够与外源蛋白质发生更强烈,更迅速的反应。因此,简单地导入带有基因的质粒可以预防病原体。

除了简单之外,DNA疫苗在理论上还比常规疫苗更具优势。例如,要开发一种流感疫苗,必须处理和培养“活”病毒,并且生产过程至少需要四到六个月的时间。疫苗一旦开发,应保持低温。 DNA疫苗更易于生产,并且在室温下稳定。

决定性地使这项技术重新投入使用的另一个优势是:疫苗不会触发免疫反应;细胞合成后,只有质粒基因编码的蛋白质才引起免疫看门人的注意。因此,质粒可以在同一个人中重复使用以递送各种基因,而不必担心对疫苗本身具有免疫力。

在DNA疫苗的早期试验中,弱的免疫反应导致项目失败。这些失败很可能是由于质粒无法进入足够数量的细胞所致。当它们进入时,宿主细胞不能产生足够的蛋白质来触发免疫反应。

效率不高的竞争对手

然而,腺病毒载体的竞争方法最终遇到了更大的障碍。 2007年,默克制药实验室(Merck Pharmaceuticals Laboratory)启动了逐步临床试验,该试验是使用称为AdHu5的腺病毒载体转运病毒基因对HIV疫苗进行的大规模研究。约有3,000名未感染艾滋病毒的人已接种疫苗或安慰剂。

随着试验的进行,出现了令人担忧的迹象:接种疫苗的人没有比接受安慰剂的人受到更好的保护。他们甚至似乎更容易受到感染。该研究的中期统计显示,接种组的914名男性中有49名变成了HIV阳性,而安慰剂组的922名男性中有33名成为HIV阳性。在2009年夏季,阶跃测试被暂停。

数据仍在分析中。但是一些元素表明将涉及AdHu5载体。在对载体的腺病毒(一种普通的感冒病毒)具有预先免疫力的人中,免疫系统可能攻击了疫苗本身。然而,未知的是为什么接种疫苗的人似乎更容易感染艾滋病毒。

在逐步试验之前的几年中,研究人员试图找到解决第一代质粒疫苗问题的方法。他们的努力更具体地旨在改善质粒向细胞的渗透,增加疫苗蛋白的产生以及增加佐剂的免疫反应。

这项工作导致了新的疫苗管理方式。他们能够将质粒导入更多的靶细胞,包括免疫细胞。例如,透皮贴剂和其他无针系统(例如Gen Gun和Bioject)使用压缩空气注射疫苗,将质粒递送到皮肤中,那里的免疫前哨药浓度很高。 。

与用针注射相比,这些方法还物理地迫使质粒进入越来越多的细胞。为了使使用注射器将疫苗注射到肌肉或皮肤中达到与加压空气装置相同的效果,可在注射后进行电穿孔:一系列电脉冲会在细胞膜上暂时打开孔,使质粒更容易进入靶细胞。电穿孔可以使进入细胞的质粒数量增加多达1000倍。

DNA的重生

基于质粒的遗传构建体也得到了改进。现在,我们可以使细胞读取基因的指令,以便更轻松地执行它们。在遗传密码中,蛋白质的组成部分氨基酸是由DNA编码的信使RNA中的一组三个“字母”定义的,形成密码子。有些氨基酸是由多个同义密码子决定的,但是细胞通常会“偏爱”其中一种氨基酸,这意味着它们比其他氨基酸更有效地翻译它,使其适合蛋白质序列。因此,诀窍是选择最有利于翻译的密码子,从而增加细胞产生相应蛋白质的能力。基因序列的进一步变化使从基因转录的信使RNA更加稳定和精确,从而加快了由这些RNA制成的蛋白质的合成。

我们还可以使第一个RNA序列被细胞翻译成蛋白质,即“前导序列”,从而增加后者的稳定性。某些前导序列可以将蛋白质标记为细胞必须分泌到细胞外培养基中的蛋白质的一部分。这种标记是理想的,因为它允许免疫细胞在转染细胞的内部和外部都遇到外源蛋白质。两种情况导致的免疫反应略有不同,它们的结合可提高疫苗产生的总体免疫力。

最新的发展是,通常添加到普通疫苗中的佐剂可以刺激免疫系统,从而以一种形式而非另一种形式引导免疫反应。例如,它们可以促进更多T细胞的产生,后者搜寻并杀死人体内的感染细胞,而不是b细胞的产生,后者释放抗体,阻止病原体进入细胞。例如,Vaxfectin使响应DNA流感疫苗产生的抗体量增加200倍。另一种佐剂瑞西莫德用于触发基于T细胞和抗体的免疫反应。

代码佐剂

另外,DNA疫苗设计人员可以将编码佐剂分子的基因直接掺入疫苗质粒中,而不是向有时会带来稳定性问题的最终疫苗制剂中添加佐剂。整合质粒的细胞然后产生佐剂以及疫苗的蛋白质。当将基因编码的佐剂添加到DNA疫苗中时,即使已经对质粒进行了优化,它也会将免疫反应提高五倍。

此外,由于其细菌来源,质粒具有固有的佐剂能力。实际上,细菌DNA的某些序列(CpG序列)被人体识别为危险信号,它们的识别会引起炎症机制的激活,从而增加免疫反应的能力。

凭借优化的质粒和改进的递送方式,裸DNA技术有望在2009年一步试验失败时卷土重来。此外,一步试验DNA疫苗已超越常规疫苗,已成为有希望的疫苗,特别是因为它在其他领域提供治疗解决方案。

许多DNA治疗比疫苗更先进。与通常以小分子形式出现的常规药物不同,DNA疗法提供了一种治疗疾病的基因。但是,与基因疗法不同,该质粒不会永久整合到受体的细胞基因组中,甚至不会持久存在于细胞中,从而避免了妨碍基于基因疗法的基因疗法进展的并发症。逆转录病毒的使用(例如,由于载体序列整合到对宿主细胞重要的基因中或附近)。

与新技术一样,在动物身上获得了基于质粒的治疗的首批成功。其中之一已经在美国获得批准用于猪中,目的是防止母猪的胎儿死亡。当将其用于妊娠母猪并经电穿孔后,该质粒进入动物细胞并编码生长激素释放激素的产生,从而促进妊娠胎儿的存活。这种治疗方法仅需注射一次即可,这对人体疗法而言是个好兆头。

基于DNA的疗法的各种临床试验正在进行中(请参见上表)。一种是整合编码生长因子的基因,以动员干细胞治疗充血性心力衰竭。另一种使用编码生长因子igf-1的质粒。目的是治疗与X染色体相关的严重合并免疫缺陷患者的生长迟缓,第三项试验通过为体内新血管提供生长因子来解决四肢的严重缺血。希望避免截肢。

生物DNA免疫疗法是另一种治疗方法,结合了DNA治疗和疫苗的最佳方面。引入的质粒携带的基因使机体产生针对肿瘤或慢性病毒感染的免疫应答。最早的一项试验使用编码病毒蛋白的DNA诱骗免疫细胞攻击人乳头瘤病毒(pvh)引起的肿瘤。初步结果表明,在接受治疗的患者中,有一半的T细胞反应靶向HPV蛋白,并且90%以上的细胞产生大量抗体。另一项正在进行的试验旨在测试针对丙型肝炎病毒的基于DNA的免疫疗法,在这两种情况下,初步结果都令人鼓舞。

在免疫疗法中,兽医应用甚至比临床研究更先进。因此,犬晚期黑素瘤的治疗使平均存活时间增加了六倍。

从流感到艾滋病

在过去的十年中或已经在人类中进行了数十种基于DNA的疗法和疫苗的临床试验。基于质粒的流感疫苗具有DNA方法已经证实的某些优势。因此,我们开发的一种能够保护动物免受普通流感病毒株和致命H5N1禽流感的侵害,这种病毒已经感染了数百人。该疫苗提供了广泛的保护,因为其质粒包含所谓的共有流感基因序列:产生的病毒蛋白类似于流感病毒许多不同菌株的蛋白。这些疫苗可以帮助预防季节性流感和新兴病毒株(如1997年以来的H5N1和2009年的H1N1)引起的感染。

2009-2010年大流行的H1N1流感病毒株强调了对新疫苗方法的需求。 2009年5月,由美国实验室Vical生产了针对该菌株的DNA疫苗的实验版本,该疫苗仅在两周内就进行了。如果事先进行了测试和授权,则可以生产这种疫苗。在可获得标准疫苗之前至少两个月应进行大量生产。自2010年以来,它一直是一项临床试验的主题。

没有其他有效解决方案的疾病也将DNA再次带入了HIV疫苗竞赛(请参见第78页的方框)。 Pennvax-B目前正在人类中进行临床试验,该疫苗包含三个病毒基因以及编码佐剂分子的基因。它通过电穿孔给药。

正在人类​​中测试另外两种质粒疫苗以启动对HIV蛋白的免疫识别,然后施用另一种类型的疫苗以增强初始免疫反应。一种由美国GeoVax公司开发的产品,得益于用于实验疫苗的载体,称为痘苗病毒的安卡拉(Ankara)修饰,可增强DNA疫苗引发的免疫反应。美国卫生研究院疫苗研究中心目前正在测试另一种针对HIV的DNA疫苗,其中两种腺病毒疫苗之一可作为增强剂。

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