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揭开治疗型乙肝疫苗的面纱

来源:长江证券 作者: 2007-2-16
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摘要: 事件描述治疗型疫苗代表了当代生物技术应用最前沿的发展方向,面对如此高技术壁垒的新生事物,我们拟从原理、应用等方面进行最深入的分析,揭开治疗型乙肝疫苗的神秘面纱。本文是我们系列报告之首,从技术层面介绍治疗型乙肝疫苗的设计原理等情况。文中信息均参考最新的研究文献,深入分析慢性乙肝的病理及两类治疗型疫苗......


  事件描述



  治疗型疫苗代表了当代生物技术应用最前沿的发展方向,面对如此高技术壁垒的新生事物,我们拟从原理、应用等方面进行最深入的分析,揭开治疗型乙肝疫苗的神秘面纱。



  本文是我们系列报告之首,从技术层面介绍治疗型乙肝疫苗的设计原理等情况。文中信息均参考最新的研究文献,深入分析慢性乙肝的病理及两类治疗型疫苗的研究进展,并对相关上市公司的技术及临床进展进行点评。



  后续我们将分析产业化层面治疗型乙肝疫苗面临的重大机遇和挑战,并对相关重点公司进行深入完整的挖掘和梳理,请投资者持续保持关注。



  事件评论



  一、慢性乙型肝炎的病理



  乙型肝炎病毒(hepatitis  B  virus,  HBV)是一种噬肝病原体,它的感染会引起急、慢性肝炎,肝硬化,肝实质性细胞癌。HBV在人体内以2种形式存在:游离在血液中的病毒颗粒,生活在宿主细胞中。HBV感染成人往往会造成急性感染,这种情况下,病毒会被宿主的免疫系统识别并清除。但是仍有5%的可能性会转变成慢性感染,如果不及时清除体内的病毒,慢性感染会引发肝硬化和肝实质性细胞癌。HBV感染儿童或者是直接的母婴传播则往往会引起慢性感染,比例高达95%。



  主要有2种学说解释造成这种现象的成因:第一种是婴幼儿的免疫系统处在一个不成熟的时期,这个时期的感染不会被机体免疫系统识别为外源物质,从而无法引起免疫反应将病原清除;第二种则认为HBV病毒本身带有的蛋白质(参与这个效应的病毒蛋白被认为是HBV的表面蛋白HBsAg),具有调节免疫系统的能力,使淋巴细胞更强的向体液免疫分化而减弱了细胞免疫的比例和活力,这种情况导致游离在血液中病毒颗粒可以被体液免疫清除,而生活在宿主细胞中的病原则因为宿主细胞的保护而存活,这部分病原的长期感染配合较低能力的细胞免疫应答造成对肝组织的损伤甚至是癌变。因而,能否彻底清除HBV,除了要利用体液免疫清除血液中的病毒颗粒之外,还需要激发强烈的细胞免疫将感染HBV的宿主细胞歼灭清除。



  二、免疫清除HBV的机理体液免疫可以简单的理解为以抗体作为识别中介



  随后进行免疫清除的免疫反应,细胞免疫则可以简单的理解为以激活的免疫细胞行驶识别和清除的免疫反应。清除感染病原的肝细胞,主要是被激活的免疫细胞识别并接合,而后肝细胞在免疫细胞的作用下被穿孔破裂或诱导调亡等方式杀伤清除。应该说,只有机体的体液免疫和细胞免疫都同时发挥作用,HBV在体内才能得以清除。体液免疫在HBV感染中常常能够被激活并行驶功能,而细胞免疫则没有明显的效应,使得病毒在细胞内逃避免疫清除。所以乙型肝炎治疗型疫苗的核心就是上调机体的细胞免疫,在生物学上就是上调Th1细胞的活化数量和CTL细胞的功能。



  三、表位和MHC对免疫效应的影响



  那么如何能达到这样的效果呢?首先应该了解细胞免疫被激活的过程。



  Th1细胞和CTL细胞都是活化的细胞,他们的活化需要一种叫做APC细胞的参与,而不能直接被外源的物质激活。可以简单的理解为:



  1、APC细胞摄取了外源的物质并在细胞内对外源物质进行处理,被处理后的外源物质的片断被APC细胞呈现到细胞表面。此时,这些片断配合“抓持并呈现”(生物学上叫做递呈)它的APC细胞,再加上其他的细胞分子,三者联合刺激并激活免疫细胞,这里面就包括了Th1、Th2和CTL细胞。



  Th2细胞随后可以刺激并激活体液免疫。递呈片断的分子在生物学上叫做主要组织相容性复合物(MHC),人的MHC分子叫做HLA。MHC分子有两种分别是Ⅰ型和Ⅱ型。



  2、APC细胞同时含有Ⅰ型和Ⅱ型两种MHC,肝实质细胞一般也有并只有MHC-Ⅰ型分子。虽然被APC处理的片断、MHC分子加上其他的细胞分子三者联合同时刺激免疫细胞才能使其活化,但是在具体作用过程中,因为小片断分子的理化性质差异和不同类型的MHC分子的组合,导致了不同的免疫细胞的活化。这种具有一定理化性质的小片断分子在生物学上定义为表位(epitope)。÷  



  需要注意的是:与MHC-Ⅰ型分子组合激活Th1细胞的表位通常叫TH表位,代表分子有破伤风类毒素的通用TH表位;与MHC-Ⅰ型分子组合激活CTL细胞的表位通常叫CTL表位,目前没有通用表位,但是在HBV中普遍认为HBV的核心蛋白HBC的18-27肽是CTL表位;与MHC-Ⅱ型分子组合激活Th2细胞并最终激活B细胞的表位通常叫做B细胞表位,目前也没有通用表位,但是在HBV中普遍认为HBV的表面蛋白HBSAG的前体蛋白中含有B细胞表位。



  被激活的Th1细胞和CTL细胞在体内杀伤感染病原的功能细胞之时,需要对带毒细胞先进行识别(即MHC-Ⅰ型分子需要将HBSAG递呈到肝实质细胞表面,才能使得Th1细胞和CTL细胞识别被感染的肝实质细胞),否则如果不识别则会对正常细胞误伤,引发新的疾病。这种识别同样必须有MHC分子和相关表位的参与,而且与激活的情况一样,Th1和CTL细胞的杀伤识别都需要MHC-Ⅰ型的辅助。肝实质细胞一般也有并只有MHC-Ⅰ型分子,所以肝实质细胞在被病原感染之后,只要细胞膜表面同时出现MHC-Ⅰ和相关表位,就能够接合免疫细胞并被免疫细胞施效。否则,如果缺少这些分子,就算免疫细胞被激活,也不能产生免疫效应。



  四、免疫原性复合物疫苗



  免疫原性复合物疫苗(immunogenic  complex,IC),成分是酵母表达的HBsAg全长蛋白质免疫亲和乙型肝炎免疫球蛋白的重链Fc片段,在治疗时还需要同时配以氢氧化铝作为佐剂。前面提到,HBsAg可能是引发HBV免疫耐受的一个原因,经实验证明,HBsAg确实含有相当强烈的B细胞表位,可在体内诱导相关免疫细胞向体液免疫方向分化。



  真核细胞酵母表达的HBsAg蛋白质,在理化性质上比原核细胞表达的同源蛋白质要更加接近其在人体内的天然状况,因而选择用酵母表达HBsAg可以大量得到更加接近天然状况下的免疫抗原。乙型肝炎免疫球蛋白的重链Fc片断通过纯化相关血液制品得到,是人体免疫系统中的一种自然分子,对人体不会有毒副作用。不过这里选择Fc片断是因为在人体APC细胞表面含有Fc片断的相关受体蛋白,而且当该受体蛋白与Fc相互接合的时候,APC细胞被这种接合所刺激,会产生较强烈的摄取活动,将Fc及与其免疫亲和的HBsAg抗原一并摄取到细胞内。随后HBsAg在APC细胞内被处理成不同的表位。特定的表位被MHC-Ⅰ或MHC-Ⅱ分子递呈,最终激活不同的免疫细胞和免疫反应。IC选用HBsAg和Fc的免疫亲和复合物的原理就是通过提高APC细胞摄取HBsAg的活力,大量递呈表位,对免疫细胞形成强烈刺激,从而达到免疫清除HBV的作用。



  HBsAg上是否含有CTL表位或TH表位尚没有得到实验证实,但是IC对转基因动物模型的实验结果显示在一定的免疫佐剂辅助下能引发明显的细胞免疫反应。不过因为HBsAg上含有B细胞表位,所以这种方法能够较好的清除血液中的病毒颗粒。因为HBsAg的高分泌性使得其在肝实质细胞内停留时间极短,所以肝实质细胞的细胞膜表面几乎检测不到HBsAg蛋白,也几乎检测不到被肝实质细胞自身MHC-Ⅰ递呈的相关HBsAg表位。这种缺陷可能会导致即使体内得到强烈激活的免疫细胞,不过因为无法对感染病原的肝实质细胞进行识别而导致无法产生相关的免疫杀伤。



  五、治疗型多肽疫苗(表位疫苗)



  1、设计进展



  第一次设计的表位疫苗成分是HBV核心抗原(HBcAg)18-27位氨基酸组成的CTL表位键合破伤风类毒素TH表位构成多肽,并在两端各修饰一个棕榈酸分子而成。棕榈酸能大幅度提高多肽分子在体内的稳定性。这种多肽能够在体内明显激活CTL细胞和Th2细胞,产生强烈的细胞免疫。HBcAg是HBV的一种蛋白质,不论其功能如何,关键是在感染HBV的肝实质细胞表面能够检测到HBcAg的存在。有些实验结果甚至显示肝实质细胞通过MHC-Ⅰ能部分递呈HBcAg表位。这样感染病原的肝实质细胞就自动为免疫细胞提供了作用的靶点使得细胞免疫反应得以正常的体现和发挥。



  但是同时这个第一次设计的表位疫苗又具有一些缺陷。该设计主要强调针对体内的细胞免疫,确实可以对感染病原的肝实质细胞进行杀伤。但是因为缺乏B细胞表位,使得血液中游离的病毒颗粒不能被机体清除,所以在实验初期,尽管检测到强烈的CTL反应,但是体内HBV的遗传物质(DNA)却仍然可以被检测到。这样严重影响了表位疫苗的疗效。



  新一代的表位疫苗在前人的基础上,在多肽分子内部加入了新的设计:连接子(Linker)和B细胞表位。原先的设计中表位与表位通过肽键连接,这种连接方式可能因为一些分子间作用力而导致表位的分子柔性减弱,不易于释放表位的活性表面而减弱了免疫效应。新的设计引入的连接子是一些实验证实的不具有任何免疫原性的三肽,它们能够强烈增强多肽的分子内柔性,充分暴露自己的活性表面。B细胞表位选用的HBV的PreS2蛋白的18-24位氨基酸组成。PreS2蛋白是HBsAg蛋白的一个前体。引入B细胞表位设计能够在原先设计的基础上同时加强体内的体液免疫反应,达到清除感染的宿主细胞同时清除游离病毒颗粒的治疗效果。



  多肽在体内是很不稳定的,尽管两端设计棕榈酸分子保护,其半衰期与药效仍然是一个较大的矛盾。随着新的理论和技术出现,新的设计通过增强药效的方法来解决这一矛盾,实验结果显示良好。新的理论和技术是指:



  氨基酸密码学说和分子模拟对接(molecular  simulation  docking)技术。氨基酸密码学说可以简单的理解为,多个氨基酸不同排列形成的短肽其生物学功能不同,一定顺序的氨基酸构成的短肽具有特定的功能。氨基酸分子的主体碳架结构相同,差别在于一个生物学上定义为R的基团,常见的20种氨基酸有20种R基团。多个氨基酸不同的排列可以粗略的理解为多种R基团的不同排列,就像钥匙的齿一样。表位可以理解为具有特定功能的多肽,其实起决定作用的就是表位中的R基团的排列组合,形成不同的“钥匙”,开启不同的免疫反应。R基团的化学成分主要包含C、H、O三种元素,所以在构成上不同R基团比较相似。



  2、分子模拟对接



  不同原子间的作用力是不同的,这种原子间的作用力又构成了分子间作用力的基础,很多时候生物学上把分子间的作用力定义为分子间的亲和力。这种亲和力是可以通过实验测定的,不过比较麻烦。随着科技的进步,分子的结构得到了物理学的解析,分子间的作用力也得到详细的确定和测定,研究显示这种作用力符合量子力学的原理。随着量子力学原理算法的成功编译,在设定合理参数的条件下,分子的结构以及基于结构的相互作用力在计算机水平得到了模拟!模拟分子的相互作用定义为对接,相互作用力的表现方式称作亲和力。这就是分子模拟对接的定义和内容。



  提高药效的机理就是通过提高表位多肽与递呈分子间的亲和力,提高递呈效率,增强药效。表位多肽可以被计算机模拟,在对接计算之后可以得到表位与受体分子的亲和力。因为这里的受体分子除了免疫细胞表面的受体外,还包括负责递呈的MHC分子,所以原理上需要同时满足两个高的亲和力,就需要对表位进行修改或修饰。



  调整后的表位再用新一轮的模拟对接测定亲和力,直到筛选到最佳分子。这样得到的修订表位具有最强的生物学功能,理论上具有最好的药效潜力,但是最终的药效还是要通过实验结果的证明才能最终确定。



  六、其他治疗方案



  医学上除了吃药治病之外,建立有效的治疗方案对疾病的控制也非常重要。有种方案引起了我们的注意。该方案先将病人的APC细胞纯化到体外,然后用理化方法刺激APC细胞增殖,而后将相关表位直接加入细胞培养液中,使增殖后表现为空的MHC分子直接在细胞表面载肽,饱和的APC细胞最后又回注病人体内直接激活免疫系统。这个方案比较繁琐,增加了操作的难度。但是这个方案和以上两种比较,具有明显的优势。HBV不会感染APC细胞,理论上不会下调免疫系统活力,所以该方案能得到激活的免疫系统。载入的表位可以是单独、高亲和力表位,这样的分子虽然稳定性不强,但是与MHC的快速细胞外亲和使得它的降解得以避免。载肽饱和的APC细胞还可以进行轻微纯化,去除大量外源杂质,将毒副作用减至最低。



  七、治疗型疫苗的局限性



  乙肝患者或携带者只要不发生炎症,在临床上医生不愿主动打破这种免疫耐受的状态。慢性乙型肝炎相关的病症从生物学上研究显示可能由HBV直接引起。而是因为HBV和免疫系统的博弈造成的一种长期免疫炎症伤害。所以尽管有高效的药物和方案,但是应用的前景大小还要仔细评估。



  这里提到的药物和方案都会引起体内强烈的CTL反应,会对肝组织造成一定程度的伤害,从而影响到病人的一些肝功能。对此,这些药物和方案就要根据病人的具体患病程度而适当调整。



  人的HLA分子有很多不同的类型,在模拟对接设计中选择的MHC受体一般都是受众人群中比例最高的类型。但是难免在临床应用时碰到少见的类型,因而疗效可能会受到不同的影响。这种情况下要么可以通过测定病人HLA类型的方法,重新设计针对性药物,走个体化治疗的路子,要么可以再回到疗效与半衰期的矛盾中,通过调整药物的稳定性支持疗效。



  八、关于重庆啤酒(41.76,-0.24,-0.57%)的治疗型多肽疫苗



  重庆啤酒的治疗型多肽疫苗的组成是:HBV核心抗原(HBcAg)18-27位氨基酸组成的CTL表位加破伤风类毒素TH表位连接B细胞表位构成的多肽,并修饰两个棕榈酸分子而成。



  该疫苗现在正处于Ⅱ期临床实验中,Ⅱ期临床实验一般是验证药品的有效性,成功率一般在30%-40%。对于治疗型疫苗,Ⅱ期临床实验有效性的测定,数据主要来源有三:第一,对应Ⅰ期临床,Ⅱ期临床是将药品注入病人体内,所以需要检查病人体内除病原检测之外的其他生化指标。目的是鉴定药品对病人的毒副作用。第二,需要检查病人体内的病原生化指标。包括蛋白质水平、核酸水平、抗体水平等的检测,这将作为药效的主要指标。



  第三,需要检查随访半年后病人的以上两方面数据,以排除疾病复发的危险。有了这三方面的数据并将之处理,才能得到有力的证据证实Ⅱ期临床实验的效果。



  重庆啤酒的治疗型多肽疫苗已经顺利通过Ⅰ期临床实验,充分说明该疫苗对正常人群没有毒副作用。配合HBV致病性的研究背景,我们判断病毒不会对人体免疫系统造成明显破坏、对正常组织没有致细胞病变效应(CPE),所以该疫苗在病人体内应不会引起不良的毒副反应。至于Ⅱ期临床实验的最终结果要得到随访后的检测数据才能最终判定。所以我们判断,就目前而言,在原理上,该疫苗设计合理,具有潜在的成功可能性,但毫无疑问,临床实验仍可能面对失败的风险。



  治疗型疫苗可以简单的看成刺激免疫系统行驶免疫清除的免疫原性抗原。而在慢性乙型肝炎这个模型中,治疗型疫苗的核心功效是激活免疫系统的细胞免疫反应,即Th1细胞的活化数量和CTL细胞的反应。从理论上讲,较强烈的激活细胞免疫反应可以达到对感染病原的肝实质细胞的杀伤和清除,但是如果反应过于强烈同样也会引起一定程度的肝组织损伤,造成ALT(肝细胞特有的转氨酶,是肝损伤的重要指标)水平的增高,这可能会增加治疗型疫苗在应用层面的风险。从疫苗的设计背景分析,人HLA分子具有多种类型,这可能会在一定程度上影响到疫苗的药效,从而也增加其在应用层面的风险。

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