摘要

盡管人們在開發抗結核疫苗方麵做出了廣泛的努力，但迄今為止還沒有出現比卡介苗更好的有效疫苗。這可能是由於專業抗原呈遞細胞(apc;單核/巨噬細胞和樹突狀細胞)殺死內化感染結核分枝杆菌(MTB)以及隨後MTB衍生抗原的處理和呈遞(與MHC-II相關)，以刺激疫苗生成的記憶CD4 Th1細胞對抗MTB。文獻記載，當MTB衍生抗原被處理並呈遞刺激抗結核疫苗產生的記憶CD4 Th1細胞，誘導細胞介導的免疫以保護宿主後，APCs可觸發自噬以殺死入侵的MTB。在本通訊中，有人認為重複誘導(在一定時間間隔內)APCs的自噬可能有助於維持抗結核疫苗產生的抗結核杆菌感染的保護性免疫。

關鍵字

肺結核;疫苗;自噬;麻風病;艾滋病

縮寫

T-bet: T-box轉錄因子;Rγt:維甲酸R受體相關孤兒受體γt

結核病疫苗的需要

結核病是一種通過空氣傳播的致殘傳染病，主要由細胞內的傳染性病原體引起，結核分枝杆菌(MTB)。它被認為是僅次於獲得性免疫缺陷綜合症(艾滋病)的導致任何單一感染源死亡的主要原因。世界衛生組織[1]最新報告的數據表明，結核病是引起公共衛生關切的最致命原因。由於目前還沒有有效的抗結核疫苗，因此正在加緊努力，使用抗結核藥物來克服結核病這一全球健康問題。然而，耐藥(多重耐藥和廣泛耐藥甚至完全耐藥，實際上沒有有效藥物)結核分枝杆菌株和結核-艾滋病毒合並感染的出現似乎是通過現有藥物治療實現全球控製[1]結核的重大障礙。涉及以下方麵的費用:(i)結核病診斷(ii)發現耐藥結核病病例(iii)獲得抗結核藥物(包括藥物敏感結核病和耐藥結核病)和(iv)向結核病患者提供藥物;也成為了巨大的經濟威脅，使結核病控製無法進行，特別是對發展中國家而言。據估計，通過結核病治療本身控製全球結核病流行的費用每年超過80億美元。此外，絕大多數結核病病例屬於工作年齡(15-54歲)群體，他們因疾病而無法工作。因此，由於結核病患者不工作而造成的生產資源損失進一步削弱了經濟。 The cost involved towards treatment and care of sick individuals also adds to the burden on the economy of the families of the patients [1-3]. Eventually, a high financial (about trillion of US dollars) burden on global economy and existing global TB scenario alarm us about the difficulties to be faced in meeting the challenge of global TB control. All this has compelled the health managers and scientific community to evolve some cost effective preventing and treatment strategies for global control of TB.

曆史表明，疫苗已被證明是減少和控製人類幾種傳染病的最具成本效益的工具[4]。同樣，人們預期並一致認為，擁有抗結核疫苗可能在控製和隨後消除甚至可能從世界上根除結核病方麵發揮關鍵作用。通過一種成功的抗結核疫苗，治療費用負擔可顯著降低[1-3]。目前，一種減弱的菌株牛結核分枝杆菌被稱為Bacille Calmette-Guérin(卡介苗)的疫苗發現於近一個世紀以前，是唯一獲得批準的針對[5]型結核病的疫苗。然而，它的保護效率並不充分，值得商榷。因此，迫切需要一種更好的結核病疫苗和/或疫苗接種方法。在過去的15年裏，人們在這方麵做出了大量努力，並報道了根據各種策略設計的各種有前途的候選疫苗(它們處於評估的不同階段)[1,2,4,6]。盡管如此，目前還沒有出現足夠有效的疫苗。為了開發更有效的疫苗或改進現有疫苗/候選疫苗的性能，還需要更多創新的方法。本文提出了在專業抗原呈遞細胞(APCs)即單核/巨噬細胞和樹突狀細胞的自噬水平上提高抗結核疫苗的保護效果的建議。

抗結核疫苗誘導CD4+ Th1細胞免疫

在接觸結核分枝杆菌後，約90-95%的健康人不會發展為活動性結核，而是在固有免疫細胞殺死結核分枝杆菌後從侵入的組織中消除，或在免疫的遏製下在宿主中持續存在，導致發展為無症狀潛伏結核感染(LTBI)。其餘(5-10%)受感染的健康受試者發展為活動性疾病，表明這些人缺乏預防結核分枝杆菌的免疫力。此外，大約5-10%的LTBI患者在一生中有轉變為活動性結核病的風險[7,8]。活動性結核病患者是結核分枝杆菌向他人傳播的主要來源。因此，抗結核疫苗的目的應該是防止結核分枝杆菌感染後發生活動性結核，從而防止結核從這類人傳播。這反過來又將為結核病的全球控製做出巨大貢獻。

原則上，疫苗的目的是通過產生針對目標病原體[9]抗原的記憶細胞，產生持久的保護性免疫。在有效疫苗的情況下，接種後感染相應病原體將導致產生迅速和強烈、持久的免疫反應(通過刺激疫苗產生的記憶細胞)，最終導致產生參與保護宿主所需的效應細胞和生物分子。

眾所周知，對結核分枝杆菌的保護主要是由細胞介導的免疫引起的。根據對患者和實驗模型的研究，CD4⁺Th1 (T-bet⁺；原生CD4分化的主轉錄因子⁺T CD4⁺Th1)介導的MTB細胞免疫被認為是提供保護以防止結核發展的關鍵[10-12]。此外，已知使用抗結核候選疫苗有可能產生記憶細胞，以提供未來抗結核分枝杆菌感染的保護[13,14]。然而，據證實[15-18]，在結核病易發人群中，APCs不能殺死入侵的MTB杆菌。因此，MTB衍生抗原可能沒有/不足的處理和呈遞來重新刺激疫苗產生的記憶CD4⁺Th1細胞進一步參與誘導保護性免疫。因此，值得討論的是，對於這類人，抗結核疫苗可能無法成功地保護宿主[19]。

關於CD4⁺Th17細胞(RORγt;原生CD4分化的主轉錄因子⁺T CD4⁺Th17)和對MTB的免疫，有一些證據[20]描述CD4的參與⁺Th17細胞對結核分枝杆菌感染的保護作用。然而，對這方麵的認識還處於實驗階段，尚不完整，還在不斷發展。

自噬與MTB保護性免疫的產生

自噬[21,22]是一種基本的生物現象，存在於所有活的真核細胞中，參與降解細胞中普遍存在的舊的、多餘的、功能失調的、不需要的胞內大分子成分、細胞器和胞內微生物。降解產物反過來可作為替代代謝底物，用於新生物分子的從頭生物合成和在宿主體內產生能量。自噬也被認為是免疫的一個組成部分，在先天免疫和適應性免疫水平發揮作用。正常情況下，自噬總是在較低的基礎水平發生，以維持細胞內的代謝穩態。然而，在有壓力的情況下，這一過程可能會被上調，從而防止糖尿病、神經退行性變和肌病等疾病的發生。三種更好理解的自噬途徑是:(i)伴侶蛋白介導的自噬:具有特定五肽基序(KFERQ)的胞質可溶性蛋白在伴侶蛋白的促進下易位進入溶酶體;(ii)微自噬:溶酶體膜通過內陷直接內化細胞質物質。(iii)巨自噬:在這個過程中，通過在這些細胞質物質周圍形成膜狀囊泡(稱為吞噬體)，將被清除的細胞質成分(貨物)隔離在細胞內。由此產生的被覆蓋結構，稱為自噬體，隨後被引導與溶酶體融合，降解細胞內不需要的成分，隨後它們在細胞內循環或從細胞中移除。在三種類型的自噬中，宏自噬(在本文的其餘部分將用自噬來表示)是一種主要的和最常被研究的形式。

MTB杆菌進入宿主後，優先被單核/巨噬細胞和樹突狀細胞等apc吞噬[15,23]。在吞噬過程中，結核分枝杆菌被包裹在吞噬細胞細胞壁形成的膜層中。這種包絡的結構，包含結核分枝杆菌，被稱為吞噬小體。通常情況下，內化的MTB杆菌應該在經過以下步驟後被入侵的APCs殺死和清除:MTB吞噬體與溶酶體的酸化、成熟和融合。然而，在易感宿主中，細菌存活在吞噬小體中，通過抵抗(通過使用各種規避策略對抗抗菌機製)APCs內的抗微生物環境[15,23- 25]。在這樣的個體中，MTB可以成功地在APCs內生長，導致疾病的發展。

在各種抗菌過程中，自噬被認為是高效的殺菌係統[24]。在自噬刺激下，攜帶MTB的吞噬體被吞噬體包裹，隨後被包裹的吞噬體與溶酶體融合。接下來，存在於融合吞噬-溶酶體中的MTB杆菌被細胞內溶酶體內容物降解殺死。此外，在MTB降解成片段(包括免疫原性肽)後，自噬有助於(結合主要組織相容性複合體)將MTB衍生抗原呈遞給原始CD4⁺和CD8⁺T細胞[26]。關於CD4⁺T介導的細胞冥想免疫(CMI)，激活的APCs分泌的IL-12使受刺激的幼稚CD4極化⁺T細胞轉化為效應Th1細胞，而效應Th1細胞又參與了CMI的產生。在這種現象下，部分效應器CD4⁺Th1細胞轉化為記憶細胞。在CMI過程中，會產生腫瘤壞死因子-α (TNF-α)和幹擾素γ (IFN-γ)等細胞因子，進而觸發存在於APCs中的抗菌機製[10-12]，從而通過殺死入侵的MTB來保護宿主。

從自噬水平提高抗結核疫苗療效的觀點

我們認為，對於易患結核病的健康受試者，疫苗可能不能有效地保護宿主，這可能是由於沒有殺死感染的MTB，因此沒有/不足的MTB抗原表達來刺激疫苗產生的記憶CD4⁺細胞(15 - 19)。與此同時，有實驗證據表明，刺激自噬有助於消滅入侵的結核分枝杆菌[26-27]，並可增強卡介苗作為抗結核[28]疫苗的療效。Jagannath等[29-30]已經證明(i) BCG中抗原的過表達(在他們的研究中是Ag85B)可以增強這種抗原的自吞噬體的分類，從而增強抗原提呈和CD4的刺激⁺Th1細胞介導的免疫應答。這被認為是由於在APCs的細胞質中形成了過表達蛋白的不溶性聚集物，其中顆粒形式的抗原誘導自噬，並容易與MHC-II一起被處理呈遞。(ii)雷帕黴素可通過增加MHC-II分子的表達來改善抗原呈遞，並通過抑製被稱為哺乳動物雷帕黴素靶蛋白(mtor)的自噬誘導，從而增強卡介苗的療效。此外，自噬誘導產生的IL-1β(通過非常規方式)也能增強CD4細胞⁺T細胞通過促進CD4細胞的擴增介導對MTB的免疫應答⁺T細胞。然而，雷帕黴素(低劑量)與卡介苗一起反複給藥增強自噬可能是不可取的，因為卡介苗的反複給藥已知會引起免疫病理並發症[31]。

圖1:卡通描述了刺激記憶生成CD4的各種步驟⁺通過誘導抗原呈遞細胞(APCs)自噬Th1細胞

考慮到所有這些信息，我們有必要假設，抗結核疫苗的有效性可能會得到提高(在CD4水平上)⁺Th1介導的CMI)涉及自噬。在流行的國家，生活在那裏的人接觸結核分枝杆菌的頻率很高，因此可能會一次又一次地感染他們。考慮到自噬在保護宿主中的作用的現有信息[24,26,27]，我們很容易假設，居住在結核病流行地區的抗結核疫苗接種對象的apc中頻繁(在一定時間間隔內)觸發自噬，可能會保持apc中MTB殺傷能力的上調。由於誘導自噬作用，從被殺死的細菌中提取的抗原將被MTB侵襲apc，並與MHC-II結合呈現，以刺激疫苗產生的記憶CD4⁺Th1細胞。此外，自噬[32]誘導分泌的IL-1β也有助於促進抗原刺激CD4的進一步擴大⁺Th1，從而增強細胞介導的免疫應答[33]。

受刺激的CD4產生IFN-γ⁺Th1細胞可能反過來激活apc內的吞噬體，使其與溶酶體融合。最終，這可能導致吞噬體中被吞噬的結核分枝杆菌被殺死。此外，這一過程中產生的IFN-γ可能激活APCs的自噬，從而殺死被吞噬的MTB細菌[34]。因此，IFN-γ激活的自噬可能有助於進一步產生IL- 1β，而IL- 1β又有助於增強CMI。這樣，自噬和CMI之間就產生了一個反饋放大環路。IL-1β和IFN-γ的過度積累可能由於它們的促炎行為而引起一些免疫病理並發症。因此，自噬的頻繁激發(在一定的時間間隔內，但以一種可控的方式，在誘導劑的頻率和劑量方麵，使方法安全且副作用最小)可以反複刺激疫苗產生的記憶細胞(圖1)，否則，由於感染的MTB細菌沒有被殺死，因此，由於MTB衍生抗原沒有/不足的呈現來刺激CMI[19]，這些記憶細胞可能不會受到刺激。采用這種方法，疫苗產生的免疫反應可以保持持續和增強，以保護接種過的宿主免受MTB的未來入侵。這樣，抗結核疫苗的保護效力可能得以維持。

實驗表明，人類免疫缺陷病毒(HIV)感染巨噬細胞(采用人類巨噬細胞係U937)可以破壞自噬[35]，從而使細胞內係統有利於其複製和入侵MTB。然而，一些有希望的報道大量出現[36,37]，描述了巨噬細胞誘導自噬殺死HIV和結核分枝杆菌。因此，在自噬水平上的調控似乎具有開發抗結核疫苗的巨大潛力，即使在HIV- MTB雙重感染的情況下，也能保護宿主對抗結核。

結論

從生理學、生物化學、微生物學和藥理學等方麵探討其免疫誘導(通過觸發自噬)活性和最佳自噬觸發時間間隔，以提高抗結核疫苗的療效，是非常必要的。找到一種有價值的無副作用或無顯著副作用的方法可能有助於提高抗結核疫苗的保護效力，從而通過預防耐多藥結核傳播在全球控製結核。此外，這種有效的方法可能與化療協同作用，以治療有活動性或潛伏型結核病的受試者。

關於麻風病，目前還沒有有效的疫苗。麻風杆菌，麻風病的病原體也是一種專性細胞內分枝杆菌，它再次侵入apc並在其中生長。如果上述改進抗結核疫苗性能的建議方法被證明對結核病是成功的，那麼它將值得擴展到開發和改進抗麻風病候選疫苗(s)。

確認

感謝英國倫敦國王學院醫學院和牙科學院蓋伊校區口腔醫學和病理學係Juraj Ivanyi提出的建設性建議。感謝荷蘭阿姆斯特丹的Infolep提供的科學文獻。感謝印度醫學研究委員會和阿格拉NJIL和OMD提供的常規設施。

的利益衝突

關於這份手稿沒有利益衝突。

參考文獻

1. 世衛組織(2014年)《2014年全球結核病報告》。世界衛生組織，日內瓦。［Ref。］
2. 69. AERAS(2013)結核疫苗研究與開發:投資的商業案例。［Ref。］
3. 結核病聯盟(2015)結核病的經濟影響。［Ref。］
4. Khader SA, Kolls JK(2014)編輯概述:疫苗:傳染病疫苗:我們到了嗎?免疫學雜誌28:9-10。［Ref。］
5. Luca S, Mihaescu T(2013)卡介苗疫苗曆史。Maedica (Buchar) 8: 53-58。［Ref。］
6. Parkash O (2015) T調節細胞和卡介苗作為結核病疫苗:綜述。WJV 5: 96 - 105。［Ref。］
7. Andrews JR, Noubary F, Walensky RP, Cerda R, Losina E(2012)再次感染結核分枝杆菌後進展為活動性肺結核的風險。臨床感染指數54:784-791。［Ref。］
8. Jereb J, Etkind SC, Joglar OT, Moore M, Taylor Z(2003)結核病接觸調查:1999年美國選定地區的結果。Int J結節性肺疾病7:S384-S390。［Ref。］
9. LanzavecchiaA, Sallusto F(2005)了解記憶T細胞亞群的產生和功能。免疫學雜誌17:326-332。［Ref。］
10. Yoshikai Y(2006)對結核分枝杆菌感染的免疫保護。暴擊免疫26:515-526。［Ref。］
11. Cooper AM(2009)結核病的細胞介導免疫應答。免疫學雜誌27:393-422。［Ref。］
12. del Mar Casal M, Casal M(2011)對分枝杆菌的免疫應答。免疫學評論7:13-18。［Ref。］
13. Kaufmann SH(2013)結核病疫苗:是時候考慮下一代疫苗了。免疫學報25:172-181。［Ref。］
14. Kaufmann SH, Hussey G, Lambert PH(2010)結核病新疫苗。《柳葉刀》375:2110 - 2119。［Ref。］
15. Wolf AJ, Linas B, Trevejo-Nuñez GJ, Kincaid E, Tamura T(2007)結核分枝杆菌在體內高頻率感染樹突狀細胞並損害其功能。中華免疫學雜誌19:2509-2519。［Ref。］
16. 薛爾，賈亞錢德蘭R，穆勒P, Pieters J(2009)。結核分枝杆菌對巨噬細胞反應的幹擾。印度實驗生物學47:401-406。［Ref。］
17. Gupta A, Kaul A, Tsolaki AG, Kishore U, Bhakta S(2012)結核分枝杆菌:免疫逃避、潛伏期和再激活。免疫生物學217:363 - 374。［Ref。］
18. 董永春，歐婷，蔡永昌(2013)結核患者單核細胞結核分枝杆菌抗原呈遞缺陷。肺結核雜誌17:1229-1234。［Ref。］
19. Parkash O(2014)結核病疫苗:觀點。中華醫學微生物雜誌63:777-779。［Ref。］
20. Monin L, Griffiths KL, slim S, Lin Y, Rangel-Moreno J，等(2015)結核分枝杆菌對保護性Th17回憶反應的免疫需求。黏膜免疫8:1099- 1109。［Ref。］
21. Mallikarjun B(2012)自噬機製、調節、功能和紊亂。ISRN細胞生物學2012:11。［Ref。］
22. Kundu M, Thompson CB(2008)自噬:基本原理和與疾病的相關性。年刊病刊3:427-455。［Ref。］
23. Hussain BK, Mukhopadhyay S(2014)結核病中巨噬細胞接管和宿主-杆菌相互作用。未來微生物學10:853- 872。［Ref。］
24. Gomes LC, Dikic I(2015)自噬在抗菌免疫中的作用。Mol Cell 54: 224-233。［Ref。］
25. Ehrt S, Schnappinger D(2009)分枝杆菌在吞噬小體中的生存策略:抵禦宿主壓力。細胞微生物學11:1170- 1178。［Ref。］
26. Gutierrez MG, Master SS, Singh SB, Taylor GA, Colombo MI，等(2004)自噬是一種抑製感染巨噬細胞中卡介苗和結核分枝杆菌存活的防禦機製。細胞119:753 - 766。［Ref。］
27. Ní Cheallaigh C, Keane J, Lavelle EC, Hope JC, Harris J(2011)自噬在結核病免疫應答中的作用:臨床視角。臨床經驗免疫學164:291-300。［Ref。］
28. Khan A, Singh CR, Soudani E, Bakhru P, Saikolappan S，等(2014)自噬增強卡介苗療效。在:Jackson WT, Swanson MS(編)自噬，感染，和免疫反應。John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, NJ，美國。［Ref。］
29. Jagannath C, Lindsey DR, Dhandayuthapani S, Xu Y, Hunter RL Jr(2009)自噬增強ef!通過增加小鼠樹突狀細胞內的肽遞呈來增強卡介苗的囊性。Nat Med15: 267 - 276。［Ref。］
30. 賈甘納特C, Bakhru P(2012)雷帕黴素誘導的小鼠疫苗療效增強。方法Mol Biol 821: 295-303。［Ref。］
31. Cruz A, Fraga AG, Fountain JJ, Rangel-Moreno J, Torrado E，等(2010)結核分枝杆菌感染後反複接種卡介苗小鼠白細胞介素17的病理作用。中華醫學雜誌207:1609-1616。［Ref。］
32. Dupont N, Jiang S, Pilli M, Ornatowski W, Bhattacharya D，等。(2011)基於自噬的IL-1β細胞外傳遞的非傳統分泌途徑。Embo j 30: 4701-4711。［Ref。］
33. Ben-Sasson SZ, Hu-Li J, Quiel J, Cauchetaux S, Ratner M，等(2009)IL-1直接作用於CD4 T細胞，增強其抗原驅動的擴增和分化。美國科學院學報106:7119-7124。［Ref。］
34. Matsuzava T, Kim BH, Shenoy AR, Kamitani S, Miyake M等(2012)IFN- γ通過p38 MAPK信號通路誘導巨噬細胞自噬。免疫雜誌19:813-818。［Ref。］
35. 周D, Spector SA(2008)人免疫缺陷病毒1型感染抑製自噬。艾滋病22:695 - 699。［Ref。］
36. Campbell GR, Spector SA(2012)維生素D誘導自噬抑製結核分枝杆菌和人類免疫缺陷病毒1型。自噬8:1523 - 1525。［Ref。］
37. Campbell GR, Spector SA (2012) toll樣受體8配體激活維生素D介導的自噬反應，抑製人類免疫缺陷病毒1型。PLoS Pathog 8: e1003017。［Ref。］

在此下載臨時PDF

條信息

文章類型:迷你回顧

引用:Om Parkash(2015)抗結核疫苗和自噬:提高疫苗性能的可能平台。J感染Pulm Dis 1(2): doi http://dx.doi.org/10.16966/2470-3176.106

版權:©2015 Om Parkash。這是一篇開放獲取的文章，根據創作共用署名許可協議(Creative Commons Attribution License)發布，該協議允許在任何媒體上不受限製地使用、分發和複製，前提是注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2015年9月01

接受日期:2015年11月2

發表日期:2015年11月6日