許多細菌表面多糖,如莢膜多糖、胞外多糖、肽聚糖以及脂寡糖等都被不同程度的氧乙?;揎?。以莢膜多糖為例,它是一種重要的毒力因子,也是細菌性多糖疫苗和結合疫苗的主要成分。有研究表明在腦膜炎球菌 A、C、Y、W135、H、I、K 以及 29E 群莢膜多糖,大腸桿菌 K1 型莢膜多糖,金黃色葡萄球菌5 型和 8 型莢膜多糖,腸道沙門菌傷寒 Vi 多糖,肺炎球菌 1、7F、9V、11A、15B、17F、18C、20、22F 和 33F型莢膜多糖,B 群鏈球菌 Ia、Ib、II、III、V 和 VI 型莢膜多糖中都存在不同程度的氧乙?;揎梉1].以莢膜多糖為主要成分的疫苗,在莢膜多糖的純化、衍生、結合過程中,氧乙?;资苤行曰驂A性 pH 環境的影響而缺失,導致不同批次疫苗多糖中氧乙?;看嬖诓町?。對細菌多糖中氧乙?;匦缘难芯坑兄诶斫庋跻阴;揎棇毦δ芎投嗵敲庖咴缘挠绊?。
1 細菌多糖合成機制及氧乙?;揎椂嗵菣C理
1. 1 細菌多糖合成機制 細菌莢膜多糖、胞外多糖以及脂多糖 O 抗原有著相似的合成途徑,根據轉運機制和糖基轉移酶的差異,可以分為 3 種機制: Wzy依賴途徑,合成酶依賴途徑和 ABC 轉運體依賴途徑。其中 Wzy 和合成酶是指相應合成機制的聚合酶,這兩種多糖合成機制廣泛存在于革蘭陰性菌和陽性菌中,而 ABC 轉運體依賴途徑目前只發現存在于革蘭陰性菌中[2].
1. 1. 1 Wzy 依賴途徑 這一途徑主要發生在脂多糖 O 抗原的合成過程中[3].除 3 型和 37 型外,其他血清型的肺炎球菌莢膜多糖也都以此機制合成。
以 2 型肺炎球菌莢膜多糖為例[2],其合成途徑分為三個階段。起始階段以胞質中糖核苷酸為供體,脂載體十一異戊烯磷酸( Und-P) 為糖受體,糖基轉移酶 Cps2E 催化反應。接下來單糖單元通過翻轉酶Wzx 從細胞內膜表面翻轉到外周質空間,以非漸進性聚合酶 Wzy 聚合形成長鏈的重復單位。最后共價鏈接到肽聚糖或者細胞膜表面。脂多糖 O 抗原的合成過程和上述途徑類似,但是最后鏈接的是外膜脂質 A 的核心區域[3].
1. 1. 2 合成酶依賴途徑 與 Wzy 途徑不同,該途徑最顯著的特點是在多糖合成的起始階段、聚合階段以及轉運過程中只有一種酶參與。3 型和 37 型肺炎球菌莢膜多糖[4]、透明質酸以及纖維素均由該途徑合成。以 3 型肺炎球菌莢膜多糖合成為例,參與反應的合成酶是一種漸進性 β-糖基轉移酶,在多糖鏈的延伸過程中伴隨著長鏈轉運出細胞膜。相比Wzy 途徑,由該途徑合成的多糖重復單位都較為簡單,一般只含有一種或兩種單糖,糖鏈最后鏈接的是磷脂酰甘油而不是肽聚糖。
1. 1. 3 ABC 轉運體依賴途徑 該途徑主要發生在腦膜炎球菌莢膜多糖,部分型別的大腸桿菌 O 抗原的合成過程中[5].與前兩種合成途徑不同,在該途徑中多糖鏈的合成是在細胞內膜胞質面完成的,通過 ABC 轉運體將合成的糖鏈轉運至細胞膜表面。
ABC 轉運體有許多細胞學功能,包括運送營養物質、蛋白質以及多糖。其結構主要包括兩對跨膜結構域 TMs 和 NBDs 以及兩對輔助蛋白 KpsE 和KpsD.NBDs 結合的 ATP 水解后誘導 TMs 結構改變,從而將合成的多糖鏈運送至胞外。KpsE 和KpsD 促進多糖鏈從內膜胞質面翻轉到細胞膜表面。
在多糖鏈的合成過程中,不同型別的腦膜炎球菌莢膜多糖糖基轉移酶并不相同。B 群和 C 群腦膜炎球菌糖鏈的延伸是通過一種單一結構域的多聚唾液酸轉移酶完成的,而 Y 群和 W135 群糖鏈的延伸是通過一種含有兩個結構域的糖基轉移酶完成的,分別為氨基端的己糖基轉移酶和羧基端的唾液酸轉移酶[6].
1. 2 氧乙?;揎椂嗵菣C理
1. 2. 1 細菌肽聚糖氧乙?;?OatA 和 PatA /PatB途徑 肽聚糖是細菌細胞壁的主要成分,也是宿主細胞固有免疫系統中溶菌酶的主要目標。肽聚糖氧乙?;梢员Wo細菌不被溶菌酶降解,從而在宿主體內誘導一系列病理生理學行為,如激活補體、發熱反應等[7].其氧乙?;稽c是 N-乙酰胞壁酸殘基的 C-6 羥基。氧乙?;潭纫蚓N和培養條件不同而有差異,在 20% ~70%之間。
細菌肽聚糖氧乙?;羌毦墒斓臉酥臼录?,兩種不同的酶系統都參與了這一事件。革蘭陽性菌通過一種跨膜的肽聚糖氧乙?;D移酶( OatA 或OatB) ,將乙?;鶑陌|內乙酰輔酶 A 轉移至細胞膜外肽聚糖相應的乙?;稽c上[8].在革蘭陰性菌中也發現了類似的由兩種蛋白構成的酶系統,跨膜的肽聚糖氧乙?;D移酶 A ( PatA) 作為乙?;霓D運蛋白,周質的肽聚糖氧乙?;D移酶 B( PatB) 則負責將乙?;鶑?PatA 轉移至肽聚糖相應的乙?;稽c上[9].
1. 2. 2 腦膜炎球菌莢膜多糖乙?;D移酶特性乙?;D移酶可以將乙?;鶑囊阴]o酶 A 轉移至許多原核和真核系統的相應乙?;孜锷?。不同的細菌,其乙?;D移酶大多數分屬兩類蛋白質家族,一類是內在膜蛋白家族,另一類是 NodL-LacA-CysE 蛋白質家族。W135 群和 Y 群腦膜炎球菌莢膜多糖的乙?;D移酶 OatWY 和 NodL-LacA-CysE蛋白質家族存在序列同源性,而 C 群腦膜炎球菌莢膜多糖的乙?;D移酶 OatC 和任何已知的蛋白質之間沒有序列同源性[10].
A 群腦膜炎球菌莢膜多糖的乙?;D移酶 My-nC 不同于 OatWY 和 OatC,是一種新型的乙?;D移酶。其利用乙酰輔酶 A 作為乙?;w,修飾莢膜多糖的氮乙酰甘露糖胺殘基( ManNAc) C-3 和 C-4的氧乙?;?,MynC 對 C 群腦膜炎球菌莢膜多糖沒有作用[11].
1. 2. 3 wcjE 基因調控肺炎球菌莢膜多糖氧乙?;痺cjE 基因是一個高度保守的調控肺炎球菌莢膜多糖氧乙?;幕?,目前已在 14 種血清型的肺炎球菌莢膜多糖中發現,包括 9V、11A、11D、11F、15F、20、31、33A、35A、35C、42、43、47A 和 47F 型血清型[4].wcjE 基因編碼的氧乙?;D移酶和肽聚糖、脂多糖的氧乙?;D移酶同屬于蛋白質家族PF01757[12].
9V 型肺炎球菌莢膜多糖有 6 個氧乙?;稽c,其中 β-N-乙酰甘露糖胺基上 C-6 和 α-糖醛酸上 C-3存在氧乙?;揎?。研究表明,去除 wcjE 基因的9V 型肺炎球菌突變菌株,其莢膜多糖 β-N-乙酰甘露糖胺基上的 C-6 不存在氧乙?;?,說明 wcjE 基因表達的氧乙?;D移酶在其中發揮了重要的作用[13].
2 氧乙?;鶎毦嗵敲庖咴缘挠绊?/p>
2. 1 氧乙?;鶎Ψ窝浊蚓v膜多糖免疫原性的影響 肺炎球菌是肺炎、中耳炎、腦膜炎、菌血癥等侵襲性疾病的主要致病菌。目前已發現超過 90 種的肺炎球菌血清型,莢膜多糖是其分型依據,其中 1、7F、9V、11A、15B、17F、18C、20、22F 和 33F 型肺炎球菌莢膜多糖存在氧乙?;揎?。
11A 型肺炎球菌莢膜多糖平均每個重復單位上存在 2. 6 個氧乙?;?,研究表明去除氧乙?;?1A 型肺炎球菌莢膜多糖免疫原性降低[14].去除氧乙?;矔е?15B 型肺炎球菌莢膜多糖抗原結構改變,誘導的功能性抗體活性損失[15].對 18C型肺炎球菌的研究表明,氧乙?;コ那v膜多糖,誘導的免疫原性并沒有變化[16].
2. 2 氧乙?;鶎δX膜炎球菌莢膜多糖免疫原性的影響 腦膜炎球菌是腦膜炎和腦膜炎球菌血癥等侵襲性細菌感染的主要致病菌。根據莢膜多糖生物組分的不同可以分為 13 個血清型,A、B、C、W135、Y、和 X 是主要的致病血清型。其中 A 群莢膜多糖的C-3 和 C-4,C 群莢膜多糖的 C-7 和 C-8,Y 群莢膜多糖的 C-7 和 C-9 以及 W135 群莢膜多糖的 C-7 和 C-9 都存在氧乙?;揎梉17].在英國,對腦膜炎球菌感染的攜帶者和臨床診斷患者的研究發現,從患者體內分離出的腦膜炎球菌的莢膜多糖中 Y 群有79% 被氧乙?;?,C 群有 88% 被氧乙?;?,而 W135群只有 8%被氧乙?;痆18].
在小鼠中試驗的研究表明,氧乙?;揎椀?A群腦膜炎球菌結合疫苗和去氧乙?;慕Y合疫苗相比,其殺菌抗體滴度增長了32 倍。抑制 ELISA 檢測抗原性的結果同樣表明,大多數抗體特異性識別含有氧乙?;那v膜多糖,表明完全去除氧乙?;鶗p弱 A 群腦膜炎球菌莢膜多糖的免疫原性和抗原性[19].但在 2010 年對一種四價腦膜炎球菌結合疫苗的三期臨床試驗結果表明,3 種 A 群腦膜炎球菌莢膜多糖氧乙?;揎棾潭炔煌?( 68%、82%、92% ) 的結合疫苗的免疫原性沒有變化,表明 A 群腦膜炎球菌莢膜多糖的氧乙?;潭炔粫绊懡Y合疫苗的免疫原性[20].
早在上世紀 70 年代和 80 年代,就有臨床試驗表明氧乙?;鶎?C 群腦膜炎球菌多糖疫苗的免疫原性并非必須,并且建議在所有年齡組的接種人群中,以去除氧乙?;那v膜多糖替代氧乙?;揎椀那v膜多糖作為疫苗的有效成分[21].這一觀點在C 群腦膜炎球菌結合疫苗的臨床前小鼠研究中得到再次確認。研究對比了由不同氧乙?;康那v膜多糖和去除氧乙?;那v膜多糖分別制備的結合疫苗,結果表明,疫苗的免疫原性和莢膜多糖的氧乙?;乃骄哂胸撓嚓P性關系,血清殺菌滴度與去除氧乙?;v膜多糖特異性 IgG 抗體水平相關[22].
隨后在英國對這種去除氧乙?;慕Y合疫苗進行了一系列臨床研究,研究結果表明,該去除氧乙?;慕Y合疫苗具有良好的耐受性,在成人、兒童、嬰兒體內的免疫原性均較高。NeisVac-C 疫苗( 百特醫療保健公司生產) 作為唯一被許可的去除氧乙?;苽涞?C 群腦膜炎球菌結合疫苗,在全世界32 個國家得到應用。
不同的氧乙?;稽c也會導致 C 群腦膜炎球菌莢膜多糖免疫原性的差異。有研究表明,C-7 和C-8 氧乙?;那v膜多糖的免疫原性并不相同。血清殺菌試驗的結果表明,C-7 氧乙?;那v膜多糖的免疫原性要高于 C-8 氧乙?;那v膜多糖[1],這可能是由于 C-7 氧乙?;亩嗵呛腿パ跻阴;亩嗵怯邢嗨频臉嬒螅?去氧乙?;?C 群腦膜炎球菌莢膜多糖的免疫原性更強,二者免疫原性相似) .
不同的氧乙?;稽c也會影響 Y 群腦膜炎球菌莢膜多糖的構象。C-9 氧乙?;?Y 群腦膜炎球菌莢膜多糖和去除氧乙?;那v膜多糖糖苷鍵鏈接的構象相似,而 C-7 氧乙?;那v膜多糖則在糖苷鍵鏈接上展現出明顯的構象差異[23].有假設認為這可能是由于 C-7 氧乙?;那v膜多糖可能會影響唾液酸糖苷鍵的扭轉,而 C-9 氧乙?;那v膜多糖氧乙?;稽c遠離糖苷鍵,不會影響糖苷鍵扭轉,對莢膜多糖構象沒有影響。氧乙?;鶎?Y 群腦膜炎球菌莢膜多糖免疫原性的影響并不明顯,氧乙?;鶗?C-7 向 C-9 遷移,而 C-9 氧乙?;那v膜多糖和去除氧乙?;那v膜多糖相比,二者糖苷鍵鏈接的構象相似,因此免疫原性差別不大。
W135 群腦膜炎球菌莢膜多糖由半乳糖和唾液酸的二糖重復單位構成。研究表明,去除氧乙?;鶎?W135 群腦膜炎球菌莢膜多糖的免疫原性沒有影響。相比氧乙?;那v膜多糖( OAc+PS) ,不存在氧乙?;那v膜多糖( OAc-PS) 以及用化學方法部分去除氧乙?;那v膜多糖( de-OAc PS) 制備的結合疫苗有更高的多糖蛋白比,結合效率更高。在結合過程中,OAc+的莢膜多糖相比 OAc-或 de-OAc的莢膜多糖,其半乳糖殘基更易受高碘酸鈉活化步驟的破壞[24].
2. 3 氧乙?;鶎?Vi 多糖免疫原性的影響 氧乙?;鶚嫵闪藗?Vi 多糖的部分免疫顯性表位,其氧乙?;稽c是多糖骨架上 N-乙酰半乳糖胺醛酸的 C-3.Rijpkema 等[25]的研究發現,氧乙?;潭鹊陀?25%的傷寒 Vi 多糖疫苗,其免疫原性明顯降低,表明疫苗的保護性依賴于 Vi 多糖上存在的氧乙?;?。
3 氧乙?;?/p>
20 世紀 90 年代,有研究報道[23]C 群、Y 群和W135 群腦膜炎球菌莢膜多糖在溶液中儲存時會發生氧乙?;钠?。C 群腦膜炎球菌莢膜多糖最初溶解時,其多糖結構中 N-乙酰神經氨酸殘基中 C-7和 C-8 氧乙?;壤秊?5∶ 1,多糖溶解液在 22 ℃放置數天后,這一比值為 1∶ 3.和 C 群莢膜多糖類似,Y 群和 W135 群腦膜炎球菌莢膜多糖在儲存過程中也會發生氧乙?;?。最初溶解的莢膜多糖和在室溫下放置數天后的莢膜多糖溶解液相比,氧乙?;鶑?N-乙酰神經氨酸殘基中 C-7 遷移到 C-9.
N-乙酰神經氨酸的 C-7 和 C-9 上也存在氧乙?;芠26].C-7 氧乙?;?N-乙酰神經氨酸溶解液在 pH 5. 0 環境下相對穩定,而在 pH 7. 5 環境下幾乎全部轉變為 C-9 氧乙?;?,pH 4 ~ 6 之間的環境可以避免 C-7 氧乙?;?,同時可以保護氧乙?;槐凰?。在 50 mmol/L Tris/HC1 緩沖液,pH8. 0 條件下,當儲存溫度由 0 ℃ 上升到 37 ℃ 時,超過 70%氧乙?;鶑?C-7 漂移到 C-9.
4 WHO 和《歐洲藥典》對細菌性多糖疫苗氧乙?;抠|控要求
WHO 生物制品標準化專家委員會建議 A 群腦膜炎球菌結合疫苗中莢膜多糖氧乙?;痆27],并建議使用由國家監管機構批準的已驗證方法,如比色法,核磁共振氫譜法(1H NMR) ,高效陰離子交換色譜-電導測定法( HPAEC-CD) 等來測定結合疫苗中氧乙?;暮?。氧乙?;馁|量摩爾濃度應不低于 2mmol / g莢膜多糖( 或每一多糖重復單位中氧乙?;哪柗謹怠?61. 5%) ,以保證生產過程中批間的一致性。同時建議,如果 C 群腦膜炎球菌結合疫苗中莢膜多糖含有氧乙?;?,那么氧乙?;馁|量摩爾濃度應不低于 1. 5 mmol/g 莢膜多糖[28].專家委員會也建議對肺炎球菌結合疫苗中 1、7F、9V、11A、15B、17A、17F、18C、20、22F、33F 型莢膜多糖氧乙?;窟M行質控,并且提出了相應型別莢膜多糖氧乙?;恐笜薣29].
《歐洲藥典》8. 0 版也對疫苗中氧乙?;刻岢鲆骩30].腦膜炎球菌莢膜多糖疫苗中 A 群莢膜多糖氧乙?;馁|量摩爾濃度應不低于 2 mmol/g莢膜多糖,C 群不低于 1. 5 mmol/g 莢膜多糖,Y 群和 W135 群均不低于 0. 3 mmol/g 莢膜多糖。23 價肺炎球菌莢膜多糖疫苗中,1 型莢膜多糖氧乙?;哪柗謹怠?. 8% ( 每一多糖重復單位中氧乙?;浚?,11A 型莢膜多糖氧乙?;哪柗謹怠?% .傷寒 Vi 多糖疫苗中氧乙?;馁|量摩爾濃度應不低于 2 mmol/g 莢膜多糖。
5 結 語
莢膜多糖是許多病原微生物的主要毒力因子,也是細菌性多糖疫苗的主要成分。氧乙?;揎棸l生在莢膜多糖合成后,依賴于乙?;D移酶和相應的乙?;w的參與。有研究報道部分型別福氏志賀菌的乙?;D移酶基因來源于噬菌體同源性轉化,但是在其他細菌中沒有觀察到此類現象[31].氧乙?;揎椀木G膿桿菌黏液狀胞外多糖可以幫助綠膿桿菌抵抗宿主的免疫應答[32],但細菌多糖氧乙?;揎椀墓δ苋匀淮嬖跔幾h。不同細菌多糖的氧乙?;揎?,不同程度的氧乙?;揎?,不同位點的氧乙?;揎棇毦嗵敲庖咴缘挠绊懘嬖诓町?。
腦膜炎球菌莢膜多糖氧乙?;片F象則表明氧乙?;瘜W性質不穩定,細菌性多糖疫苗中對氧乙?;考把跻阴;稽c的質控還有待完善。