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口蹄疫病毒疫苗的研究

疫苗接種是特異性預防FMD的可靠有效手段,安全有效的疫苗是成功預防、控制並最終消滅FMD的前提。常規疫苗,如減毒FMD疫苗和滅活疫苗,具有良好的免疫原型,在FMD防控過程中發揮著重要作用。然而,由於壹些不安全因素,如病毒毒力回歸、病毒滅活不徹底、活病毒從加工廠逃逸等,FMD在世界部分地區的爆發似乎與滅活疫苗中剩余的活病毒有關,促使人們尋求更安全有效的FMD疫苗。隨著分子生物學技術的快速發展,FMDV基因工程疫苗不斷湧現,如亞單位疫苗、食用疫苗、合成肽疫苗、蛋白載體疫苗、基因缺失疫苗、活載體疫苗和核酸疫苗等。基因工程亞單位疫苗是指通過基因工程制備病原體亞單位成分。由於亞單位疫苗只含有壹部分病原體,不會引起病原體引起的動物疾病,安全性大大提高。

FMDV的基因工程亞單位疫苗主要利用各種表達系統表達VP1蛋白並制成疫苗。昆鉑等人(1981)克隆了FMDVVP1基因,並將其插入原核表達載體PL啟動子的下遊,實現了VP1基因的原核表達。間接ELISA和放射免疫分析證實了表達產物的抗原性,為FMDV基因工程亞單位疫苗的研制提供了理論依據。同年,基爾德用大腸桿菌表達的FMDVVP1蛋白A免疫豬和牛,可誘導產生中和抗體。奶牛可以通過使用高濃度的VP1蛋白或反復接種牛來抵抗FMDV強毒的攻擊。摩根證實,多次接種A12-32二聚體的豬也能產生高水平的中和抗體,可以保護豬免受強毒病毒的攻擊,但這項技術不適用於O型FMDV。已經發現結構基因和非結構基因2A和FMDV的3C的串聯表達可以產生76S病毒樣顆粒。純化後的病毒顆粒可用於免疫動物,其免疫效果與全病毒相似,並能產生高水平的中和抗體,可抵禦強毒病毒的攻擊,徹底解決常規FMDV疫苗的病毒擴散風險,顯示出其多年和數月的良好前景。此外,還利用酵母和桿狀病毒系統表達VP1蛋白,解決了在原核表達系統中為了提高其免疫原性而不修飾VP1蛋白的問題。食用疫苗是利用綠膿桿菌或基因槍等技術將免疫原性基因導入植物,獲得表達免疫原性蛋白的植物。

FMD轉基因植物可以用疫苗餵養,這是早期的研究和很好的例子之壹。早在1998年,Carrillo等人就獲得了轉FMDV主要保護性抗原基因VP1的轉基因擬南芥。用葉提取物免疫小鼠可誘導特異性抗體,所有免疫小鼠均能抵抗致死劑量FMDV的攻擊。這是首次報道用轉基因植物表達的病毒抗原保護所有免疫動物,壹次免疫劑量僅為25-50毫克葉片。1999年,Wigdorovitta等人以紫花苜蓿為受體材料,成功獲得轉基因紫花苜蓿。用15-20mg免疫小鼠,免疫小鼠可抵抗致死性強毒100%的攻擊。Carrillo等人以馬鈴薯為受體材料成功獲得表達VP1的轉基因馬鈴薯,動物實驗證實免疫小鼠也能抵抗強毒病毒。FMDV轉基因植物飼料疫苗的研究成功,將為牛羊等草食動物FMD的防治帶來光明前景。合成肽疫苗是根據免疫表位的氨基酸序列合成的表位肽制成的疫苗。壹般是從蛋白質的壹級結構和單克隆抗體的分析中推導出蛋白質免疫主要表位的氨基酸序列,然後合成這種肽或通過基因工程表達這種肽作為抗原。

Dimarch由O10K病毒的片段合成的40個氨基酸肽(半胱氨酸-半胱氨酸-200-21141-158和200-213-脯氨酸-脯氨酸)組成。半胱氨酸-糖苷酸),其中增加了兩個脯氨酸和壹個絲氨酸,多肽折疊成三維構型,提高了豚鼠單段肽(141-158-脯氨酸-半胱氨酸-糖苷酸)的反應水平,提出了N端氨基酸(半胱氨酸-半胱氨酸)。Brown等人用化學方法合成了FMDVVP1編碼的140-160和200-213肽基因片段,並在大腸桿菌中表達,用其免疫牛和豬獲得了良好的免疫力。Doel分別使用了由血清型A、O和C FMDVVP1的141-158和200-213肽段組成的40個aa合成肽,並在牛和豚鼠中進行了測試。結果,每種肽都產生了特異性高水平的抗病毒中和抗體。在豚鼠、O型和A型中,通過基因工程克隆了FMDV的全長cDNA,並構建了感染性克隆。在DNA水平獲得RNA,通過刪除與毒力相關的基因,在不喪失其免疫原性的情況下,削弱其毒力。

FMDV病毒和門戈病毒都是小RNA病毒。人們通過DNA重組技術縮短了門戈病毒的polly(C)片段,形成了壹種突變體。這種突變體對小鼠無害,它可以在小鼠體內產生高水平的抗體,保護小鼠免受烈性病毒的攻擊。因此,研究人員試圖借鑒Mengo病毒的經驗,將FMDVpoly(C)片段縮短。雖然具有縮短的poly(C)片段的FMDV突變體的毒力沒有減弱,但它給了人們壹些啟示,並且非常可能構建壹種FMDV基因組中特定位點缺失的弱FMDV株。

x射線晶體分析表明,FMDV具有壹定的三維構象,其表面由VP1-VP3組成。在VP1的壹個高度可變區,壹個高度保守的β-環(G-H-loop)氨基酸序列暴露在病毒顆粒表面,包括精氨酸-葡萄糖苷-天冬氨酸(RGD)序列,構成了病毒的細胞吸附位點。Ochoa等在研究FMDVVP1基因片段的主要抗原位點G-H環合成的肽的晶體結構時,發現抗VP1的單克隆抗體能產生壹定的病毒凝集程序,並強烈抑制病毒與細胞間的吸附。Acharya等人還發現了含有RGD序列的感染性cDNA克隆,這使得制備具有RGD缺失或突變的病毒顆粒成為可能。梅森通過替換病毒RGD序列中的氨基酸構建FMDV突變體,使病毒無法吸附和感染細胞。以上研究均證實,RGD序列是病毒吸附宿主細胞所必需的。Mckenna等用SGSNPGSL序列替換野生型SGSGVRGDFGSL的RGD編碼序列,構建RGD缺失病毒。這種缺乏RGD序列的病毒顆粒不會吸附和感染細胞。使用缺失病毒對小鼠和豬進行的動物實驗表明,野生型病毒對照組具有典型的FMD癥狀,而實驗組沒有癥狀。對這些動物接種28天後的血樣進行免疫沈澱監測,對照組表現出較強的結構蛋白活性,但未檢測到非結構蛋白活性,證明野生型病毒能在動物體內復制,而構建型病毒不能復制。與海福特牛對該病毒制成的油相比,證明其在產生血清中和抗體、激發免疫反應、動物保護等方面與滅活疫苗壹致,部分優於滅活疫苗。核酸疫苗又稱基因疫苗,是將編碼病原體免疫保護性抗原蛋白的基因置於真表達元件的控制下,導入動物體內,通過宿主細胞的轉錄系統合成抗原蛋白,從而誘導宿主對抗原蛋白產生免疫應答。由於FMDV血清型眾多,相互之間沒有交叉保護,給FMD的仿制帶來很大困難。20世紀90年代,隨著遺傳免疫概念的出現和完善,給FMDV免疫帶來了機遇。Benvenisti將FMDV的完整結構基因P1與非結構基因2A和3CD串聯,加入了腦心肌炎病毒(EMCV)的內部核糖體進入(IRES),通過免疫熒光和免疫印跡技術在豬皮膚中檢測到,部分豬獲得了對FMDV強毒攻擊的抗性。Shieh沒有克服亞單位疫苗不能產生持久免疫保護的問題。基因免疫和亞單位疫苗聯合免疫增強了免疫效果。首先,用含有VP1的質粒免疫小鼠,然後用VP1多肽綴合物(P29-KLH)刺激。免疫小鼠產生高效價抗體,具有中和FMDV的活性。

總之,理想的疫苗必須是安全、有效、廉價、易於普及的。FMDV滅活疫苗雖然具有良好的免疫原性,但其潛在的不安全性影響了其使用。此外,由於滅活疫苗制備成本高,價格昂貴,限制了疫苗的普及。基因疫苗具有安全性高的優點,可根據需要制備同壹病毒的多哥組分或多價病毒疫苗,大大節約了生產成本。因此,FMDV記憶工程疫苗是未來的發展方向。