疫苗佐剂CpG ODN的研究进展

疫苗佐剂CpG ODN的研究进展

摘要：CpG ODN是指含有非甲基化的胞嘧啶和鸟嘌呤二核苷酸为核心序列的核苷酸序列，人工合成的CpG ODN是根据细菌DNA的结构特性及免疫特性而定的。CpG ODN通过TLR9可以直接激活B细胞和树突细胞引起直接的Th1型免疫反应。CpG ODN因其可以提高疫苗的反应速度，增强疫苗的反应强度以及免疫耐受力而被认为是一种有效的佐剂。例如CpG ODN联合OV A免疫可以明显的提高A V A的抗感染能力。CpG ODN联合多种疫苗均可以增强相应的体液免疫和细胞免疫，同时增强灵长类和啮齿类对病毒的抵抗能力。临床试验证明CpG ODN是一种对人类安全有效的佐剂，可以增强对疫苗的特异性反应。

关键词：CpG ODN；作用机制；佐剂；黏膜佐剂

Abstract：Synthetic oligodeoxynucleotides (ODN) containing unmethylated CpG motifs mimic the immunostimulatory activity of bacterial DNA. CpGODN directly stimulate B cells and plasmacytoid dendritic cells (pDC),promote the production of Th1 immune responses through Toll-like receptor 9. CpG ODN are finding use as vaccine adjuvants,where they increase the speed,magnitude and duration of vaccine-specific immune responses. For exampl e, CpG ODN significantly prolong the protection induced by A V A (Anthrax Vaccine Adsorbed). Co-administering CpG ODN with a variety of vaccines has improved the resultant humoral and/or cellular immune responses, culminating in enhanced protective immunity in rodent and primate challenge models. Ongoing clinical studies indicate that CpG ODN are safe and well-tolerated when administered as adjuvants to humans, and that they can support increased vaccinespecific immune responses.

Key Words：CpG oligodeoxynucleotides；Mechanism；Adjuvant；Mucosal adjuvant 免疫佐剂概念最早在1924年由Ramon提出，至今已有近百年的深入研究，但是临床应用的疫苗佐剂还仅限于几种如弗氏佐剂，铝佐剂等，人用疫苗佐剂主要还是铝胶佐剂。新型佐剂的开发利用已成为现代疫苗研究中一个非常重要的领域。

CpG ODN是指具有免疫刺激作用的含非甲基化的CpG寡居核苷酸的DNA序列。1984年，Tokunaga等人[1]首次发现结核分枝杆菌的DNA除了是一种遗传物质外，还具有抗肿瘤特性。1995年，Krieg等人[2]证实这些DNA中含有的非甲基化的CpG基序是与其免疫激特性密切相关的结构。随后，Tokunaga等人通过研究发现：以未甲基化CG二聚核苷酸为核心的特定核苷酸序列是DNA具有免疫学活性的重要特性，免疫系统通过对这些特定序列的识别来诱发免疫应答。Krieg等人认为使CpG具有强的免疫刺激作用的充要条件：（1）碱基数目不能少于8个，否者不能引起免疫刺激。(2)CpG核心序列的两侧需要2个5，嘌呤和2个3，嘧啶，且当5端为GpA、3，端为TpC或TpT时活性最强。（3）硫代磷酸酯修饰后

的CpG，因增强了CpG ODN抗核酸酶降解的能力，延长了其半衰期，而相应的增强其免疫活性。CpG ODN既存在于细菌病毒等原核生物中，又存在于脊椎动物中。但是该序列在病毒和原核生物基因组中出现的频率远高于脊椎动物，且脊椎动物中60%--90%的胞嘧啶通常是甲基化的，这种差异使脊椎动物的免疫系统把未甲基化的CpG ODN作为一种免疫原，并通过特定受体诱导增强免疫反应。本文就CpG ODN的作用机制以及其作为佐剂增强系统免疫和黏膜免疫的研究进展做一简单综述。

1、 CpG ODN的生化特征及其作用机制

CpG ODN是由含未甲基化的CpG二核苷酸为核心的回形序列组成，其基本骨架为5’-PuPuCGPyPy-3’。

2 CpG ODN的结构和分类

通常CpG ODN的每一条DNA单链具有2～4个CpG双核苷酸，每条主链有两种磷酸化的修饰方式：磷硫酰(phosphorothioate，PTO)主链或磷酸二酯(phosphodiester，PO)主链。每种CpG ODN的结构和免疫激活作用均不同。根据CpG ODN的结构及其对不同免疫细胞的激活作用，可将CpG ODN分为3类。[abc] (1)A型CpG ODN(A-Class CpG ODN，CpG-A ODN)也称D型CpG ODN：在ODN的3’和5’末端主要由PO主链及PTO多聚G序列构成。CpG-A ODN可以刺激浆细胞样树突状细胞产生大量α干扰素进而激活NK细胞并引起γ干扰素的分泌。但CpG-A ODN对刺激B细胞活化的作用较弱。(2)B型CpG ODN(B-Class CpG ODN，CpG-B ODN)也称K型CpG ODN：CpG-B ODN完全由PTO主链构成，有很强的刺激B细胞活化的作用但刺激浆细胞样树突状细胞产生α干扰素的作用较弱。(3)C型CpG ODN(C-Class CpG ODN，CpG-C ODN)：CpG-C ODN也完全由PTO主链构成，兼具CpG-A ODN和CpG-B ODN的作用。Kanellos等[4]通过研究发现脊椎动物免疫识别系统对CpG基序的识别有一定的差异。通过改变化学结构和碱基等，人工合成的CpG ODN 结合了三种类型的优点,同时客服了种属间的差异。

免疫应答的过程即病原体相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）与天然免疫细胞上的模式识别受体（pattern recognition receptor,PRR）相结合，从而激活免疫应答的过程。细菌CpG ODN便是一个PAMP，其受体是PRR中的一种Toll样受体9(TLR9)。TLR9存在于B细胞，巨噬细胞等免疫细胞的内质网内表面中，但是T细胞中不存在这种TLR9。因此，CpG ODN可以引起直接的Th1型免疫反应，通过细胞因子，IFN—α等可以引起间接的Th2型免疫反应。