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领衔攻坚:一项针对致癌性人类肝吸虫的疫苗研究

BMC系列博客:BugBitten

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原文作者:Daniel Parsons

翻译作者:Miao YU


经过多年的努力,一项新的研究进一步支持使用四跨膜蛋白来开发针对致癌性人类肝吸虫(Opistorchis viverrini)的疫苗。

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后睾吸虫病

后睾吸虫病(Opisthorchiasis)是一种由扁平状寄生虫(吸虫类)感染所导致的疾病,特别是东南亚肝吸虫(Opistorchis viverrini)和猫后睾吸虫(Opistorchis felineus)。在这两个物种中,人类肝吸虫(O.viverrini)是绝大多数吸虫病病例的罪魁祸首。在泰国、老挝、越南和柬埔寨有6700万人面临感染风险。


肝吸虫寄生在两种中间宿主体内——豆螺属的水生蜗牛(在螺体内形成自由游动的尾蚴)以及鲤科鱼类(如鲤鱼和鲦鱼),侵入鱼体皮肤或肌肉中形成囊蚴。然后,哺乳动物宿主可以通过食用受感染的未加工生鱼而被感染。一旦成熟,肝吸虫就会驻留在宿主肝脏的胆管内,引起慢性炎症和严重的肝胆损伤,从而导致胆管癌(Cholangiocarcinoma)。


由于卫生条件差和污水清除基础设施条件不理想,寄生虫卵被释放到环境中从而感染水生蜗牛宿主,因此这种生命周期通常会持续下去。


目前的治疗方法是有效的,但在很大程度上也是不够的,因为它们不能防止食用被感染的鱼后被再次感染。


寻找疫苗候选抗原

在寄生虫的分泌物中以及这些吸虫体表膜上发现的蛋白质已被证明,它们对寄生虫在宿主体内的生存和发病机制起着至关重要的作用。因此将这些蛋白质作为开发治疗和控制感染的新型疫苗靶点变得非常有吸引力。

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Tetraspanin-2(TSP-2)的三维蛋白质模型。绿色=跨膜区,红色=大细胞外环(LEL)区域,蓝色=小细胞外环(SEL)区域。该图由PyMOL创建。


在肝吸虫O.viverrini和其他几种吸虫属(如血吸虫)中有一种蛋白质叫做四跨膜蛋白-2(TSP-2)。四跨膜蛋白(Tetraspanins)是一类表面膜锚定蛋白质超家族,大量存在于吸虫胞外囊泡(EVs)的表皮和膜上。


TSP有两种特征性的环结构,分别称为小外环(SEL)和大外环(LEL),它们与其他跨膜蛋白相互作用来稳定、维持和修复寄生虫的表皮。特别是TSP-2的LEL区已被确定为宿主对寄生虫免疫反应的主要靶点,甚至与寄生虫操纵和躲避宿主免疫系统的能力有关。


Sujittra Chaiyader及其同事先前的研究甚至表明,与寄生虫表皮和胞外囊泡结合的TSPs会被人类胆管细胞(胆管内壁细胞)积极内化,并且一种针对寄生虫分泌胞外囊泡TSPs的亚单位疫苗可在感染了肝吸虫的仓鼠身上产生抗体。此外,该研究小组还发现,针对这些TSPs的抗体可以阻止宿主胆管细胞对寄生虫胞外囊泡的摄取。


在泰国孔敬大学该小组最近的研究中,他们研究了宿主肝吸虫四跨膜蛋白-2抗体(称作anti-Ov-TSP-2抗体)在保护感染仓鼠方面的作用。具体而言,他们测试了IgM单克隆抗体1D6和3F5对Ov-TSP-2暴露LEL区域的保护能力。


在用1D6、3F5或对照物进行免疫接种后,仓鼠感染了肝吸虫(激发感染)。为了解决这个问题,用Ov-TSP-2-LEL蛋白免疫小鼠的脾细胞与骨髓瘤细胞融合,产生抗体杂交瘤克隆。基于对Ov-TSP-2-LEL的强反应性,筛选出两个产生IgM(单克隆)抗体的克隆(1D6和3F5),并纯化以用于仓鼠的被动免疫。

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杂交瘤克隆和单克隆抗体产生示意图。© Phumratanaprapin et al., (2021)


监测免疫仓鼠血清中的单克隆抗体

分别从免疫前、激发感染前和激发后的仓鼠血清中测定靶向Ov-TSP-2 LEL区域的IgG、IgM和IgA抗体,以确定仓鼠对肝吸虫感染的特异性抗体反应。

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仓鼠免疫和激发感染方案。© Phumratanaprapin et al., (2021)


与寄生虫感染前相比,1D6或3F5免疫的仓鼠在激发感染后血清中IgG和IgM水平显著升高,这表明肝吸虫感染后宿主对Ov-TSP-2-LEL产生了主要的免疫应答。


然而,目前尚不清楚两种IgM单克隆抗体1D6和3F5是否与Ov-TSP-2-LEL上的不同表位结合,这需要在未来的工作中进行研究。


免疫接种可部分预防肝吸虫感染

激发感染后7周,收集仓鼠粪便以测定寄生虫卵数量。一周后,对仓鼠实施安乐死并摘除它们的肝脏,以确定成虫积存量。


与对照组相比,用1D6克隆免疫的仓鼠成虫数量减少了19.8%,而用3F5免疫的仓鼠则显著降低,寄生虫数量减少了74.5%。此外,与对照组相比,3F5免疫的仓鼠释放的虫卵数量显著减少(67.4%)。另一方面,1D6免疫的仓鼠没有显示出明显的虫卵数量减少。但值得注意的是,1D6在高于3F5的浓度下或许可以产生保护作用。

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1D6、3F5与对照组之间的成虫数量(A)和粪卵数(B)变化。**p<0.01、***p<0.001和****p<0.0001。© Phumratanaprapin et al., (2021)


与免疫前水平相比,体外宿主胆管细胞对寄生虫胞外囊泡的摄取在1D6(减少97.5%)和3F5(减少97%)中都显著减少,治疗对照组亦然。宿主细胞对寄生虫胞外囊泡摄取的抑制提供了一种可能的机制,即这种疫苗策略可以通过阻断囊泡介导的宿主-寄生虫相互作用发挥免疫功能。


朝着正确的方向前进

这项工作阐明了抗体在感染肝吸虫的仓鼠体内针对TSP-2产生的保护作用,并首次报道了对人类肝吸虫感染的成功被动免疫。


本文所介绍的工作与该小组已经开展的杰出研究一致,表明Ov-TSP-2是一种很有前景的疫苗候选抗原,并进一步支持使用抗体作为一种有效的治疗策略来对抗吸虫四跨膜蛋白。


daniel-parsons-1.jpg作者Daniel Parsons:

Dan在伦敦金斯顿大学获得了遗传学和分子生物学学士学位,然后在伦敦卫生和热带医学院获得了医学寄生虫学硕士学位。他目前是伦敦金斯顿大学、自然历史博物馆和皇家兽医学院的博士生,研究重点是亚洲血吸虫和日本血吸虫的分子流行病学及种群遗传学。


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