阿爾茨海默病的疫苗研究進展

來源：中國老年學(xué)雜志作者：王鑫張瑩瀏覽：發(fā)布時間：2009/8/20 9:49:00

    阿爾茨海默病(AD)，由德國醫(yī)師Alois Alzheimer于1906年首先發(fā)現(xiàn)，并以其名字命名。這是一種漸進性的神經(jīng)退行性疾病，其臨床特點是逐漸出現(xiàn)記憶力減退、認知功能障礙、行為異常和社交障礙，最終喪失獨立生活能力，發(fā)病后10～20年因并發(fā)癥死亡。在病理方面，該病有三大特征：大腦皮層及海馬區(qū)的β淀粉樣蛋白（Aβ）在胞外積累并形成老年斑(SP)、腦神經(jīng)細胞內(nèi)tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFT)、神經(jīng)元突觸功能異常及錐體神經(jīng)細胞丟失。目前人們普遍認為Aβ是AD發(fā)病機制的核心。Aβ來源于其前體物質(zhì)——淀粉樣前體蛋白(APP)。APP是一種跨膜蛋白質(zhì)，在體內(nèi)各種組織廣泛存在，在腦組織的表達最高。APP代謝產(chǎn)生Aβ的過程是APP被β和γ分泌酶裂解為具有40、42或43個氨基酸的Aβ分子。Aβ分子具有自發(fā)聚合的能力，它能夠在細胞外聚集成寡聚體、纖維和斑塊等淀粉樣沉積物。淀粉樣沉積物可以誘導(dǎo)細胞凋亡，導(dǎo)致神經(jīng)細胞損壞。已經(jīng)發(fā)生異常積聚的Aβ蛋白還可以啟動tau蛋白的過磷酸化過程。經(jīng)過異常過磷酸化修飾的tau蛋白，將構(gòu)成神經(jīng)原纖維纏結(jié)的核心。新的研究顯示，不僅已經(jīng)發(fā)生沉積的Aβ蛋白，Aβ分子的寡聚體也可通過干擾大鼠腦部海馬區(qū)神經(jīng)元突觸間的長時程增強作用而影響突觸的可塑性，干擾學(xué)習(xí)記憶。以清除Aβ斑塊為目的的Aβ疫苗，是治療AD的重要方法。
　　1 Aβ肽疫苗、治療機制
1999年Schenk等用Aβ142分子為多肽疫苗免疫PDAPP轉(zhuǎn)基因小鼠，經(jīng)過治療，幼年小鼠腦組織沒有產(chǎn)生Aβ沉積、神經(jīng)細胞萎縮等AD的典型病變。已經(jīng)發(fā)病的老齡鼠，治療后病變明顯減輕。此后，眾多學(xué)者開始采用Aβ142肽疫苗免疫TgCRND8、Tg2576、APP/PS1和PDAPP等轉(zhuǎn)基因模型小鼠，取得了不同程度的療效，大腦組織內(nèi)Aβ沉積減輕。這些研究表明，Aβ肽疫苗誘導(dǎo)機體產(chǎn)生Aβ特異性抗體是清除或抑制腦組織內(nèi)Aβ沉積及改善認知的主要因素。
目前推測抗體的作用機制主要有四個方面。①Bard等認為Aβ抗體穿過血腦屏障結(jié)合在Aβ，通過其Fc部分與小膠質(zhì)細胞的Fc受體相互作用介導(dǎo)小膠質(zhì)細胞吞噬Aβ。②抗體直接作用于Aβ并使其解聚和降解。③“外周血沉槽”假說，認為抗體與外周血中Aβ結(jié)合使外周血中Aβ大量減少，進而改變了Aβ在大腦組織和外周血中的動態(tài)平衡，使大腦組織中過多的小分子量的Aβ穿過血腦屏障進入外周血，減輕中樞的Aβ負擔(dān)。④近期研究認為，抗體對患者腦組織內(nèi)Aβ斑塊的清除，可能是上述各種因素共同作用的結(jié)果，同時抗體對炎性細胞因子及補體的抑制作用也是其中重要的因素。基于Aβ疫苗在動物實驗的良好結(jié)果和一期臨床實驗中安全劑量的確定，2001年對372名中度AD病人進行臨床Ⅱa實驗。使用的疫苗是人工合成的Aβ142 (AN1792)，免疫佐劑為皂角苷（QS21），它是一種Th1型佐劑。300名患者接受治療，72名作為對照。不幸的是在接受治療的患者中有18名出現(xiàn)了腦膜炎。由于治療可能存在的副作用，該療法在2002年1月被全面停止。有關(guān)Aβ疫苗導(dǎo)致腦炎發(fā)生的機制，認識尚不一致。由于尸檢時，在患者的腦膜內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量的T細胞浸潤，說明可能是抗原引起的T細胞介導(dǎo)的自身免疫反應(yīng)引發(fā)了腦膜炎。因此，一般認為AN1792的毒副作用可能是由于Aβ142包含較多的T細胞抗原決定簇，疫苗引起了較強的T細胞和小膠質(zhì)細胞反應(yīng)，而且所用佐劑QS21主要引起Th1型免疫反應(yīng)，增強了T細胞反應(yīng)，促進腦膜炎癥的發(fā)生。其他可能的機制包括：抗體激活小膠質(zhì)細胞的異常活化，抗體介導(dǎo)的補體活化，以及抗體錯誤的識別了正常神經(jīng)細胞表面的APP蛋白從而啟動了半胱氨酸蛋白酶所依賴的細胞凋亡途徑。在免疫治療中，抗體不僅能清除腦內(nèi)的Aβ斑塊，對沉積在血管壁上的斑塊同樣具有清除作用，從而導(dǎo)致腦血流異常患者的癥狀加重，導(dǎo)致血管病變的發(fā)生。針對APP23轉(zhuǎn)基因鼠的被動免疫試驗的研究發(fā)現(xiàn)負載Aβ的腦血管內(nèi)有很多小的出血點。可能的原因是隨著衰老，腦血管平滑肌丟失，血管壁變脆。而沉積在血管壁上的Aβ斑塊正好起到了密閉劑的作用。應(yīng)用免疫治療后，產(chǎn)生的抗體清除了腦血管內(nèi)沉積的Aβ，從而導(dǎo)致血管壁通透性加大，發(fā)生了腦出血。
　　2 新型疫苗:表位疫苗
    由于全長Aβ142含有可引起Th1應(yīng)答的T細胞表位（Aβ1542），是Aβ142肽免疫治療引起無菌性腦膜炎的主要原因，因此許多研究采用合成的Aβ氮端1～15個氨基酸或由部分氨基酸構(gòu)成的B細胞表位作為疫苗，以提高安全性。Frenkel等用噬菌體展示Aβ分子N端的EFRH或AEFRH表位治療各種模型小鼠，取得了與全長Aβ142疫苗相似的治療效果。Seabrook等將16個串聯(lián)的Aβ115偶連在分枝狀的賴氨酸核心上，免疫J20APPtg小鼠產(chǎn)生體液免疫應(yīng)答，大腦組織內(nèi)斑塊明顯減少。除了以轉(zhuǎn)基因鼠進行的實驗外，也有使用與人類更接近的靈長類動物進行實驗的報道。Gandy等對2只15歲的恒河猴免疫Aβ142，產(chǎn)生抗Aβ抗體，血液中Aβ增加，大腦組織中Aβ水平無變化。Lemere用Aβ140與Aβ142的混合物免疫長尾黑顎猴，產(chǎn)生的抗Aβ抗體可以識別AD病人尸體大腦組織中的Aβ斑塊，可以識別Aβ單體和寡聚體，不識別APP。腦脊液中有低滴度的抗體，腦脊液中Aβ140與Aβ142減少。李少兵等分別使用Aβ142與Aβ115免疫恒河猴，血清中均產(chǎn)生抗Aβ142抗體，分別誘導(dǎo)了Th1型和Th2型的免疫應(yīng)答。免疫組化方法觀察抗血清可以識別Tg2576轉(zhuǎn)基因鼠小腦腦組織中的Aβ斑塊。
　　3 病毒載體疫苗
    張建民等使用腺相關(guān)病毒載體表達霍亂毒素B與Aβ142的融合蛋白，經(jīng)滴鼻、口服或肌肉注射途經(jīng)一次給藥，誘導(dǎo)PDAPPV717I轉(zhuǎn)基因小鼠產(chǎn)生特異性抗體，小鼠記憶力與認知能力有較大改善，大腦組織中Aβ沉積減少。Kim等將串聯(lián)重復(fù)11次的Aβ16與假單胞菌外毒素受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域融合的蛋白PEDI(Aβ16)11的基因連入腺病毒載體及真核表達質(zhì)粒中，采用質(zhì)粒初免腺病毒加強的免疫策略可誘導(dǎo)Tg2576小鼠產(chǎn)生較強的Th2型免疫反應(yīng)，顯示異源初免加強免疫策略更加安全、有效。
　　4 核酸疫苗
    核酸疫苗具有安全性好、成本低、純化方便等優(yōu)點。在AD的免疫治療研究中，受到高度重視。Qu等使用基因槍將編碼Aβ142與Aβ116的質(zhì)粒接種到雙轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠APPswe/PSEN1體內(nèi)，僅誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生具有保護作用的體液免疫反應(yīng)，避免了細胞免疫應(yīng)答的產(chǎn)生。He等構(gòu)建了4種PVGE質(zhì)粒分別編碼Aβ的4個不同的抗原表位與小鼠Ig分子重鏈的融合蛋白，經(jīng)肌肉注射途徑免疫BALB/c小鼠，研究表明表達Aβ DAEFGH表位的質(zhì)粒疫苗可以誘導(dǎo)BALB/c小鼠產(chǎn)生最有效的體液免疫，作為分子佐劑，BCGDNA具有較好的免疫增強作用，但不會改變質(zhì)粒疫苗誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答類型。Okura等在不使用佐劑的情況下，用可分泌表達Aβ142或表達Aβ142與人Ig分子Fc段融合蛋白的裸DNA疫苗，通過肌肉注射途徑，誘導(dǎo)APP23模型小鼠產(chǎn)生了低到中等水平的Aβ特異性抗體反應(yīng)，腦組織內(nèi)Aβ負荷可降低50%，沒有出現(xiàn)腦膜炎和針對Aβ的T細胞反應(yīng)。Qu等構(gòu)建了可表達全長Aβ142的表達質(zhì)粒，并用基因槍導(dǎo)入APPswe/PS1ΔE9轉(zhuǎn)基因模型小鼠及恒河猴中，產(chǎn)生了Th2型抗體（IgG1），大腦組織中Aβ水平降低41%，血液中Aβ上升43%，大腦皮層和海馬區(qū)Aβ沉積分別減少51%和52%，膠質(zhì)細胞活性下降。
　　5 問題和展望
    抗Aβ抗體被動免疫療法能夠降低大腦組織中Aβ含量并提高認知能力，說明細胞免疫反應(yīng)并不是清除Aβ所必需的，因此設(shè)計疫苗時的靶點應(yīng)該只瞄準Th2型反應(yīng)，提高Th2型反應(yīng)，盡可能降低Th1型反應(yīng)。這就需要減少T細胞的抗原決定簇，只保留B細胞抗原決定簇，同時選用Th2偏向型佐劑。許多研究表明經(jīng)過Aβ疫苗免疫過的小鼠，猴子和人所產(chǎn)生的抗體絕大多數(shù)是識別Aβ分子的氨基末端（Aβ116），這說明Aβ分子的B細胞抗原決定簇存在于氨基末端。因此國內(nèi)外許多學(xué)者使用各種只包含Aβ分子氨基末端的抗原（如Aβ115）進行免疫治療，結(jié)果動物腦組織內(nèi)Aβ水平降低，沉積斑塊減少，這說明可以用Aβ表位疫苗代替全長Aβ分子用于主動免疫治療。Aβ表位疫苗往往需要與外源性T細胞表位偶連形成多聚抗原肽，以產(chǎn)生高效價的抗體，并能避免T細胞將Aβ分子或APP分子作為自身抗原而活化，然而在人體內(nèi)這能否避免T細胞性腦炎的發(fā)生還需要做大量的研究工作。還有人提出所用的抗原不應(yīng)該刺激機體產(chǎn)生強烈的體液免疫反應(yīng)，而是產(chǎn)生較為溫和的體液免疫反應(yīng)。設(shè)計DNA疫苗也同樣應(yīng)該遵循提高Th2免疫反應(yīng)，降低Th1型反應(yīng)的原則。
    以前使用各種轉(zhuǎn)基因小鼠作為動物模型來評價免疫治療效果及疫苗的安全性，但由于小鼠的血腦屏障的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生抗體的類型與人類的存在差異，無法完全模擬人體的真實狀況，沒有表現(xiàn)出人體試驗中所出現(xiàn)的自身免疫反應(yīng)性腦炎以及腦萎縮等并發(fā)癥，因此轉(zhuǎn)基因小鼠作為評價疫苗安全性的動物模型存在巨大缺陷。而使用與人類遺傳更加接近的靈長類動物進行治療效果及安全性的評價更準確更具說服力。
    盡管臨床實驗中少數(shù)患者出現(xiàn)了副作用，但應(yīng)該看到絕大多數(shù)的患者癥狀得到明顯的改善，說明免疫療法具有一定療效。相信隨著對AD發(fā)病機制認識的逐漸深入，免疫治療作用機制的不斷明確，疫苗制備技術(shù)的發(fā)展，更加可靠的靈長類動物模型的建立以及評價體系的完善，將來會制備出療效更好而且無毒副作用的疫苗。

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