超抗原及其应用研究进展

李秀景，尹俭俭，向冬喜，陈娜娜，郑丛龙

(1.大连大学医学院 病原生物学教研室，辽宁 大连116622;2.迪肯大学医学院，澳大利亚)

超抗原是20 世纪60年代末，Bergdoll 等首先在金黄色葡萄球菌中发现，到1989年，Marrack 等才首次提出了超抗原的概念。超抗原是功能非常活跃的蛋白质分子，不需要抗原呈递细胞的处理，没有MHC 的限制，具有强大的刺激T、B 淋巴细胞活化的能力，其激活T 细胞的效率是普通抗原的数千倍至数十万倍，大约可激活机体20%的T 淋巴细胞。

1 超抗原的分类

根据产生超抗原的病原体的不同，超抗原分为细菌性超抗原和病毒性超抗原。细菌性超抗原有金黄色葡萄球菌产生的葡萄球菌肠毒素、化脓性链球菌产生的致热外毒素A，C，G2M 和链球菌丝裂原外毒素1，2(SMEZ1，2)等;病毒性超抗原有小鼠乳腺病毒产生的次要淋巴细胞刺激抗原、EB 病毒产生的超抗原成分，近期发现扎伊尔埃博拉病毒也产生超抗原成分［1］。根据超抗原作用的细胞种类不同，超抗原分为T 细胞超抗原和B 细胞超抗原。T 细胞超抗原有葡萄球菌肠毒素、A 族链球菌M 蛋白、致热外毒素A，C，G2M 和链球菌丝裂原外毒素1，2 等。B 细胞超抗原是一种新发现的超抗原，能与某些B 细胞亚群的B细胞受体(B cell receptor，BCR)结合，刺激B 细胞增殖;B 细胞超抗原包括人类肠道相关涎蛋白Fv 蛋白，人类白细胞分化抗原CD4、CD5 和引起冷凝集素的红细胞膜抗原、葡萄球菌肠毒素D 和人类免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 等。

2 超抗原激活T、B 细胞的机制

2.1 超抗原激活T 细胞

超抗原具有强大的刺激能力，能在较低的浓度下即可刺激大量表达T 细胞受体(T cell receptor，TCR)Vβ序列的T细胞增殖。与普通抗原相比，超抗原无需抗原提呈细胞(antigen presenting cells，APC)的处理，以完整的形式直接与APC 的主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类分子的抗原结合沟槽外侧结合形成配体;然后该配体与T 细胞受体的Vβ 区结合形成TCR Vβ-超抗原-MHC II 类分子复合物激活T 细胞且T 细胞的激活频率很高。TCR Vβ 基因共有64个片段，并分为24 型。一种超抗原分子通常特异性地结合某些Vβ 型，Keun Seok Seo 等［2］利用荧光实时定量PCR 测得葡萄球菌肠毒素A、B、C1(staphylococcal enterotoxin A、B、C1，SEA、B、C1)等特异性结合一种或几种Vβ 型，从而激活T 细胞;如SEA 能够结合Vβ1、5、6、7、15、16、18、21、22、24。

2.2 超抗原激活B 细胞

B 细胞抗原受体或抗体识别普通抗原需要VH、D、JH、VL、JL 等片段形成相应于抗原决定簇的对位，涉及决定簇互补区CDR1、CDR2，尤其是CDR3的参与。B 细胞超抗原的识别模式不同于普通抗原识别模式，B 细胞超抗原的识别仅取决于BCR 或抗体分子上某一或某几个家族的VH 片段，与D、JH、JL 等片段无关。现已证实，葡萄球菌A 蛋白和人类免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 等B 细胞超抗原特异识别VH 3［3-4］，葡萄球菌肠毒素D 特异识别VH 4［5］。

B 细胞超抗原在结构上与非胸腺依赖性抗原相似，具有重复出现的结构，通过该结构B 细胞超抗原桥联BCR 从而激活B 细胞，如人类肠道相关涎蛋白Fv 蛋白有6 个Fab 结合部位，葡萄球菌A 蛋白有2 个或2 个以上的VH 3Fab 结合部位，人类免疫缺陷病毒的外膜糖蛋白gp120 则聚集在病毒体或感染细胞膜上［6］。但B 细胞超抗原激活相应B 细胞仍需 T 细胞或其他的辅助信号的辅助。Domiati-Saad 等［5］研究发现，在有T 细胞的混合培养中，葡萄球菌肠毒素D 可致多克隆B 细胞增殖、分化和分泌免疫球蛋白，反之则不能，说明葡萄球菌肠毒D 诱导B 细胞增殖分化呈T 细胞依赖性。葡萄球菌A 蛋白在体外刺激人B 细胞时，必须加入IL-2或其他细胞因子才能刺激B 细胞活化［3］。

3 超抗原的应用

3.1 超抗原的免疫佐剂作用

免疫佐剂又称非特异性免疫增生剂，免疫佐剂本身不具抗原性，但同抗原一起或预先注射到机体内能增强免疫原性或改变免疫反应类型。抗原物质混合免疫佐剂注入机体后，改变了抗原的物理性状，使抗原物质缓慢地释放，延长了抗原的作用时间。免疫佐剂能刺激吞噬细胞对抗原的处理，提高机体初次和再次免疫应答的抗体滴度。目前乙肝病毒慢性感染的治疗成为人们关注的焦点，有学者选用超抗原中的SEA 作为乙肝DNA 疫苗的免疫佐剂并得到较好的结果［7］。该学者构建了227 位氨基酸突变的SEA(D227A)真核表达载体(pmSEA)与乙肝DNA 疫苗肌肉注射免疫小鼠，证实pmSEA 可明显提高机体对乙肝DNA 疫苗的免疫应答。

3.2 超抗原提升白细胞数量的作用

合理应用超抗原制剂，可提升正在进行放、化疗肿瘤患者外周血白细胞的数量［8］。放疗和化疗在肿瘤的治疗过程中(尤其是恶性肿瘤)起着重要的作用，大多数肿瘤患者在病程的不同时期因不同目的会接受放疗或化疗。临床证明:放疗和化疗在抑制或杀伤肿瘤细胞的同时，对机体的正常细胞也有毒害作用，尤其是分裂、增殖比较快的细胞如骨髓造血细胞、胃肠道粘膜上皮细胞等。放化疗对骨髓造血细胞的毒害表现为骨髓抑制，引起白细胞降低和免疫功能低下等，严重影响患者的生存质量。目前的升白细胞药物的持续时间短，一般24 h 后就会逐渐降低，超抗原在注射24 h 后才产生最大效应并能持续48 甚至72 h 才逐渐减低。现有实验［8］证明:超抗原口服液剂量在1 ～10 ng/mL 时，就能刺激T细胞增殖达到最大应答反应;4 ng/mL 以上可促进小鼠体内白细胞显著提高;5 ng/mL 以上可使小鼠脾脏细胞和人外周血淋巴细胞增殖。且临床实验中使用超抗原制剂的放化疗患者的外周血白细胞显著提高，免疫功能增强。

3.3 超抗原抗肿瘤作用

超抗原可以大量激活细胞毒性T 淋巴细胞和NK细胞，从而增强细胞毒性T 淋巴细胞和NK 细胞参与的免疫细胞介导的杀伤肿瘤细胞的活性，快速地增强了免疫反应，从而提高机体免疫力，在治疗肿瘤方面得到了不错的疗效。有实验证明:经超抗原活化的淋巴细胞能明显抑制喉癌细胞的生长，实验组用SEA激活的淋巴细胞对人喉鳞癌Hep -2 细胞的生长具有明显的抑制作用，抑制率为42.68%，高于对照组4.82% (P ＜0.01);并且不同浓度的SEA 对喉癌细胞的生长均有抑制作用，当浓度为1 μg/mL、培养72 h时其抑制率达到最高即82.83%［9］。已用于临床的高聚金葡素，是从金黄色葡萄球菌变异株的代谢产物中提取的超抗原物质——金黄色葡萄球菌C 型肠毒素，主要用于治疗恶性肿瘤、病毒感性疾病及癌性胸腹水;朱慧华等［10］经临床疗效观察:将高聚金葡素与吡柔比星联合进行膀胱灌注化疗，用于预防浅表性膀胱癌的复发，其疗效优于单独用吡柔比星或高聚金葡素，并且联合应用提高了患者对化疗的耐受性。但是，当超抗原的用量掌握不准确时，就可能使机体的免疫调节功能发生紊乱，导致一些急慢性疾病的发生［11］。因此，探究一种安全有效的超抗原抗肿瘤的方法成为了超抗原抗肿瘤研究的热点，人们便提出了超抗原疫苗的设想。

3.4 超抗原疫苗

设想超抗原疫苗能够失去或降低天然超抗原的毒性作用，但其还能刺激产生与天然超抗原结合并具有保护作用的特异性抗体。通过诱变或修饰超抗原分子，降低超抗原分子与MHCⅡ类分子和TCR Vβ 区的亲和力，改变了超抗原分子对T 细胞的刺激效应，不再以超抗原而以普遍抗原的方式诱导对T、B 细胞的刺激，并产生抗体［12］。有学者证实，超抗原SEA 的突变体SEA-H61D 在极低浓度时能够明显抑制肿瘤细胞的生长，且当给予肿瘤患者125 ～500 μg/kg SEA - H61D 时 能 大 量 激 活CD4+和CD8+，T 细胞从而抑制肿瘤的生长［13］。还有学者证实，超抗原SEC2 突变后的SAM -1 在体外能够抑制H22 和Hepal-6 肿瘤细胞的生长，在体内能够抑制结肠癌-26 固体瘤的生长，且与天然的SEC2相比SAM-1 的毒性减低［14］。还可以将超抗原基因与肿瘤标志物的基因进行重组制得超抗原疫苗，有研究者，将227 位氨基酸突变SEA (D227A)和CD80 分子跨膜区序列基因重组，成功设计了特异性表达于肝癌细胞膜的减毒超抗原疫苗，并用RT -PCR 和间接免疫荧光技术证实SEA 表达于人肝癌细胞HepG2 细胞表面，HepG2 -SEA 强烈刺激产生特异性CTL 且增强CTL 对HepG2 细胞毒性杀伤作用［15］。也可将单克隆抗体与超抗原耦合，有研究证实:BDI -1 单克隆抗体与SEA 的耦合蛋白通过上调Bax 蛋白和下调Bcl-2 蛋白，增加人膀胱癌细胞BIU-87 的凋亡，从而起到抗肿瘤作用［16］。

4 展 望

超抗原非特异性激活多克隆T、B 细胞，可增强机体免疫力，但在超抗原应用中可能会产生免疫活化后的免疫抑制作用等副作用，引起一些自身免疫性疾病，因此避免超抗原自身毒性问题成为超抗原疫苗应用中的关键。随着对超抗原构效关系研究的不断深入，通过对其结构进行修饰保留其强大的免疫活化作用并消除其副作用，构建安全有效的超抗原疫苗成为现在研究的热点与难点。近期，Radcliff FJ 等［17］通过overlap PCR 使链球菌丝裂原外毒素Z-2的TCR 结合位点发生突变，获得的一种疫苗载体M1，将M1 与卵白蛋白结合后免疫缺乏MHC II类分子的小鼠，产生了高水平的抗卵白蛋白的免疫球蛋白IgG，并且其效价是对照组的1 000 ～10 000倍。以超抗原为载体的超抗原疫苗，可增强机体对抗原的免疫应答，将对肿瘤、艾滋病、乙肝等慢性疑难疾病的治疗有重要的意义。

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