寄生虫病是严重危害养殖业的重要疾病。在长期的生产实践中,寄生虫病主要靠化学药物进行防控。随着使用时间的延长,许多寄生虫已经产生抗药性,如球虫、锥虫、巴贝斯虫、疟原虫、捻转血矛线虫、古柏线虫、铜绿蝇等,使得传统的化学药物防治方法受到了严重挑战。随着公众对公共卫生关注程度的提高以及人们对绿色食品的需求不断扩大,药物残留与药物污染问题也成为限制药物使用和开发的重要因素。因此,通过注射疫苗来防控寄生虫病,始终是人们追求的目标。在过去的几十年中,随着科学技术的不断进步和对寄生生物学认识的不断深入,兽医寄生虫疫苗研究取得了重大进展,并出现了新的研究趋势。本文将就有关情况进行简单介绍。
一、兽医寄生虫疫苗研究现状
(一)已商品化的兽医寄生虫疫苗(见表1) 目前商品化/工厂化生产/政府组织公布的寄生虫疫苗,主要集中于原虫,包括球虫、弓形虫、新孢子虫、巴贝斯虫、梨形虫和贾第虫,而线虫、绦虫和体外寄生虫疫苗还很少。
(二)兽医寄生虫疫苗的获得手段 从目前使用的兽医寄生虫疫苗类型来看,致弱活疫苗占有绝对优势,其保护机理主要是模仿自然感染,刺激机体产生免疫应答。主要采取以下几种途径筛选:(1)通过特殊动物传代或在体外培养使毒力降低,如牛巴贝斯致弱苗就是通过在切除脾脏牛体内反复传代获得的。(2)筛选缺少某一生活阶段的虫株,如刚地弓形虫S48株就不能形成包囊。(3)筛选生活周期缩短的虫株,如早熟艾美尔球虫苗。(4)辐射致弱。
(三)兽医寄生虫疫苗存在的问题 虽然目前已经有若干寄生虫疫苗上市或在局部地区应用,但使用并不广泛。影响寄生虫疫苗推广和应用的主要因素有:(1)安全性问题。目前的寄生虫疫苗主要为活苗,虽然可以产生一定的免疫保护,但毕竟是活的虫体,在特定的情况下,仍有致病的可能。(2)免疫保护效果。有些寄生虫可以感染多种动物,其疫苗往往对某种动物保护效果较好,对另种动物效果较差,或者对不同年龄的动物保护效果不一致。(3)经济效益。尽管有些疫苗免疫保护性好,但生产成本高、免疫方法复杂、与抗寄生虫药的广谱性相比具有较窄的保护范围均限制了疫苗在生产中的应用。正是由于上述问题的存在,在一定程度上制约了寄生虫疫苗的使用,同时,促使人们去研究和开发新的疫苗。
二、兽医寄生虫疫苗展望
(一) DNA疫苗 DNA疫苗是近几年发展起来的一种新型疫苗。因其操作简便, 既具有重组亚单位疫苗的安全性,又具有减毒活疫苗高效、持续诱导全方位免疫应答的优点,该疫苗问世以来,引起了全世界的研究热潮,科学家们纷纷将这种免疫接种手段应用于感染性疾病及肿瘤的防治研究中,1995年4月被美国纽约科学院称为疫苗学的新纪元。
目前对DNA疫苗免疫机理的认识还仅仅是个开始,许多实验现象还不能用现有的理论进行解释。就最近的研究资料,可以将DNA疫苗的免疫机理概括为3个方面。(1)DNA疫苗在非淋巴系统的组织细胞,如肌细胞内表达抗原,再被分泌或被损伤的细胞释放到组织间隙,最终被抗原提呈细胞捕获、加工、提呈给T细胞,诱生免疫应答。(2)抗原提呈细胞直接摄取DNA疫苗,表达抗原并提呈给T细胞,触发免疫应答。以任何途径接种DNA疫苗,抗原提呈细胞都可能直接摄取质粒DNA,表达外源蛋白,以内源性抗原的加工、提呈方式诱导细胞和体液免疫应答,尤其能诱导强的细胞免疫应答。(3)质粒DNA 能刺激抗原提呈细胞分泌多种细胞因子,从而调节T、B细胞功能,发挥强大的免疫佐剂作用。有学者从功能上将DNA疫苗分为2个部分,即转录单位和佐剂单位。
在抗寄生虫感染方面,DNA疫苗研究已展开了积极的探索。在日本分体吸虫、绦虫、疟原虫、利什曼原虫、隐孢子虫、弓形虫、锥虫、球虫等疾病中,DNA疫苗研究中取得了较好的结果,其中疟疾DNA疫苗已获准生产。
(二)树突状细胞苗 树突状细胞(DC)是专职抗原提呈细胞(APC),广泛分布于全身各个组织器官。病原体感染机体后,不成熟DC经模式识别受体(如Toll 样受体,TLR)识别病原体抗原并成熟,虽吞噬活性下降,但细胞表面分子(如MHC-1、Ⅱ类分子)、共刺激分子(CD40、CD80 、CD86、CD54)、黏附分子以及细胞因子(IL-12、IL-10、IFN-α)表达增强,能有效地刺激初始性T细胞的增殖反应,因此在启动机体免疫应答中发挥重要作用。
将树突状细胞作为疫苗载体,在寄生虫病中已取得了可喜进展。Tsagozis等用利什曼原虫gp63和spl蛋白冲击BALB/c鼠的树突状细胞,结果发现免疫小鼠的抗原特异性免疫应答获得了高水平的激发,荷虫量和病理损伤明显降低。导致人和动物Chagas病的枯氏锥虫(T.cruzi)虫体蛋Tc52是该原虫在体内生存及毒力的关键因子,在体外以Tc52冲击DC可通过CCR2介导诱导其成熟、高表达趋化因子MCP21、MIP21α及IL28,并呈现较强的T 细胞共刺激功能。以上述DC疫苗免疫小鼠能减轻T.cruzi急性感染导致的免疫抑制并诱导保护性免疫应答。因此,Tc52对研究高效抗锥虫DC疫苗有重要价值。Urban等以纯化的疟原虫色素Pfs25冲击髓源性DC能促进其成熟,当Pfs25与疟原虫DNA疫苗联合应用时还能促进小鼠抗原特异性抗体IgG2a形成。
(三)细胞因子佐剂 细胞因子是机体免疫细胞或非免疫细胞产生的一组具有广泛生物学活性的异质性肽类调节因子,在体内能激活和调节免疫活性细胞,对免疫应答的产生和调节具有重要作用。DNA疫苗产生之前就有人把细胞因子作为佐剂与疫苗联用,但由于细胞因子在体内半衰期太短且造价昂贵,未能在传统疫苗中广泛应用。
受DNA疫苗以质粒作为抗原载体的启发,将细胞因子基因作为佐剂,克服了原有的弱点,在DNA疫苗这个领域中得到更多的重视和研究。已发现多种细胞因子具有佐剂效应,在DNA疫苗领域研究的最为活跃的是IL-2、IL-12、IL-18、GM-CSF和IFN-γ。
一般情况下,接种某种类型的细胞因子(Th1或Th2类)可促进相应类型的免疫反应。在利什曼原虫病中,Th1型免疫反应有助于控制感染,Th2型免疫反应却使机体易感。Yamakami等以可溶性利什曼原虫抗原SLA和IL-12表达质粒共免疫,在易感的BALB/c小鼠体内诱导出显著的Th1型保护性免疫反应,血清中抗原特异性IFN-γ和IgG2a显著升高。免疫7天后以利什曼原虫攻击感染,发现局部损伤痊愈,淋巴结中荷虫数显著降低。存活小鼠获得长期免疫力,对再次以致死量原虫感染具有完全的抵抗力。IL-12基因和疟原虫环子孢子蛋白基因联合免疫后,小鼠获得了71%的抗疟疾感染抵抗力,保护率较单独使用抗原基因显著提高。IL-2作为免疫佐剂在日本分体吸虫、球虫等寄生虫病DNA疫苗免疫中均起到了明显的免疫增强作用。
(四)特异性抗体亚型刺激性抗原 在一些寄生虫病中,起主要保护性作用的往往是某一亚型的抗体,因此,通过筛选能够刺激这一亚型抗体的抗原,可以研究高效的疫苗。如在疟疾病人中,抗感染作用(免疫保护作用)以IgG1和IgG3型抗体及其介导的细胞免疫为主, IgG4亚型抗体一般认为无保护性。通过体外培养从疟疾病人分离的B淋巴细胞,筛选能够刺激产生特异性亚型抗体(IgG1、IgG3)的蛋白分子(组分)作为疫苗候选抗原,对研究抗疟原虫疫苗具有重要意义。
(五)T细胞刺激性抗原与多克隆活化因子 在抗球虫免疫中,多采用抗血清筛选抗原,但往往不能激发保护性免疫应答。Breed等以抗原对T细胞的激发能力为标准来筛选鸡球虫抗原,取得了良好的效果。这一思路无疑为筛选保护性抗原,构建抗球虫和其他寄生虫基因工程疫苗提供新的方法和途径。国内已经开展了有关这方面的研究。
另外,寄生虫感染后,往往能够活化或抑制某一类型的免疫细胞。这些由寄生虫分泌的物质称作多克隆活化因子。因此,对能够活化机体免疫系统的寄生虫分子进行分离和鉴定,对筛选有效的寄生虫疫苗抗原,具有重要意义。这已成为寄生虫疫苗研究的又一方向。
(六)细胞凋亡 细胞凋亡(apoptosis,programmed cell death, PCD)在正常组织发育、保持机体平衡、清除肿瘤及损伤细胞上起着关键性作用。PCD负责在胚胎发育过程中对潜在有害或无用的细胞进行非炎性生理性剔除,并保证成熟组织中连续的细胞更新系统正确地行使其功能。最近研究表明,细胞凋亡在机体防御病原入侵中亦发挥着重要作用。
寄生于细胞内的微生物和寄生虫,不但可以获得繁殖代谢所需营养,而且可以逃避免疫系统的清除作用。然而细胞死亡后,仍然能被吞噬细胞清除,所以,有些胞内寄生虫在进化过程中,获得了抑制其感染细胞凋亡的能力。其抑制机理主要有两方面:(1)感染时诱导机体产生热休克蛋白,从而干扰细胞凋亡途径III;(2)激活NF-κB,使抗凋亡分子得到转录。因此对寄生虫能够促进或抑制宿主细胞凋亡分子及其作用模式的研究将对控制寄生虫病起到重要作用。
上述方面的研究为寄生虫疫苗的研制提供了宽阔的空间和思路,尽管有些研究才刚刚起步,相信随着对寄生虫-宿主相互作用的深入研究,在免疫学和分子生物学技术迅速发展的有利条件下,兽医寄生虫疫苗将会取得更大的突破。