A组链球菌疫苗研究进展

吴永祥 王嘉睿 刘金来

【摘要】A组链球菌是（GAS）一种常见的革兰阳性病原菌，人是其唯一自然宿主。GAS感染人体后可导致一系列感染性疾病，还可引起一些自身免疫性疾病，严重危害人体健康，同时也给社会带来巨大的经济负担。目前，GAS对青霉素仍然敏感，但对其他抗生素的耐药率不断增加。预防GAS感染最好的方法是研制安全、有效的疫苗。GAS疫苗的研究已经持续了近百年，但迄今还没有商品化的疫苗研制出来。现在有多种疫苗正处于不同的研发阶段之中，该文就GAS疫苗的研究进展进行概述。

【关键词】A组链球菌；疫苗；M蛋白；非M蛋白

Research progress on group A streptococcus vaccineWu Yongxiang， Wang Jiarui， Liu Jinlai Department of Cardiology， the Third Affiliated Hospital of Sun Yatsen University， Guangzhou 510630， China

Corresponding author， Liu Jinlai， Email： ljlai@medmailcomcn

【Abstract】Group A streptococcus（GAS） is a common grampositive pathogenic bacterium Human is the only natural host of GAS GAS infection can lead to a wide spectrum of infectious diseases and several autoimmune diseases， which seriously damages human health and brings significant economic burden to the society Currently， GAS is still sensitive to penicillin， but it yields increasing resistance to other antibiotics The best strategy to prevent GAS infection is to develop a safe and effective vaccine Even though investigated for almost 100 years， no commercial vaccine for GAS has been developed worldwide Multiple types of vaccine candidates are being investigated in different stages In this paper， recent research progress on GAS vaccine was reviewed

【Key words】Group A streptococcus； Vaccine； M protein； NonM protein

A組链球菌（GAS）又称酿脓链球菌，是一种致病性很强的革兰阳性球菌，通过呼吸道和皮肤接触感染。GAS有多个亚型，在全球不同地区的分布情况各异，在发达国家，GAS主要以emm1型、emm12型、emm28型为主，而在非洲和太平洋地区，则没有某个特定分型的GAS明显占优势[1]。GAS感染人后可导致一系列疾病，包括常见的链球菌咽炎、猩红热、脓皮病及致命的败血症、坏死性筋膜炎、链球菌毒性休克综合征，还可引起自身免疫性疾病如风湿热、风湿性心脏病、急性链球菌感染后肾小球肾炎。

GAS给全世界带来沉重的负担。WHO的一项研究估计，全球至少有1 800万GAS相关疾病患者，每年有517万患者死于严重的GAS感染所致的疾病，其中又以风湿性心脏病最为严重，全球至少1 560万患者，每年导致233万人死亡[2]。另一种较为严重的疾病是侵入性感染，每年有663万新发病例，导致163万人死亡[2]。链球菌咽炎、猩红热、脓皮病等疾病通常情况下虽不致命，但由于其反复流行，波及范围更广。据估计，每年有6亿人患链球菌咽炎，162亿人患脓皮病[3]。美国一项研究显示，在美国单是链球菌咽炎每年造成的社会经济学损失就高达（224～539）亿美元[4]。虽然GAS对青霉素类抗生素仍然敏感，但对抗GAS的最好方法是研究GAS疫苗。

GAS疫苗的研究已经进行了近百年，迄今仍未有可行的疫苗被制造出来，主要原因有两个：一是GAS最主要的候选抗原M蛋白与人心肌肌球蛋白、原肌球蛋白结构类似，M蛋白源性疫苗可能会导致自身免疫性疾病；二是GAS亚型很多，不同地区流行的亚型各异，而不同亚型GAS之间又缺乏交叉免疫，使得GAS疫苗难于推广[5]。上世纪70年代，在美国一项M蛋白疫苗临床试验中，3名受试者接种了疫苗后出现风湿热，FDA因而禁止了GAS疫苗的临床研究，直至2006年才解禁。目前主要的疫苗可分为两类：M蛋白疫苗和非M蛋白疫苗。

一、M蛋白疫苗

1M蛋白

GAS疫苗有多个候选疫苗表位，包括M蛋白、多糖抗原、C5a肽酶等，其中M蛋白是研究最多的候选表位。M蛋白由两条多肽链聚合而成，呈α螺旋卷曲结构，其羧基端（C端）锚定于细菌表面，氨基端（N端）游离。从N端到C端可分为A、B、C、D 4个重复区。A区为高变区，能诱导机体产生特异性抗体，但这种抗体对异型GAS无作用。A区氨基酸序列可用于鉴定GAS的M分型，近来M分型被更实用的编码M蛋白基因（emm）分型法取代，现已鉴定出200多个emm亚型[6]。B区为半可变区，C区和D区为保守区。能诱导人体产生自身免疫病的抗原表位位于B区，而A区和C区则存在着与人体组织无交叉免疫且能诱导人体产生调理型抗体的抗原表位。据此，形成了两种研究思路，一是将多个GAS的N端片段组合起来构建多价疫苗，二是构建以C端保守区序列为基础的疫苗。

2N端疫苗

美国学者Dale等将26种GAS的M蛋白N端片段及串联到4条多肽链上，研制了26价多肽疫苗。动物实验显示，动物接受免疫后对26种GAS中的25种产生了较高滴度的抗体。目前该疫苗已完成了临床Ⅱ期实验，显示了较好的免疫原性和安全性[7]。在此基础上，Dale等[8]又研制了30价的多肽疫苗，以求覆盖北美和欧洲主要的GAS血清型，免疫动物产生了针对这30种GAS的高滴度抗体，让人意外的是，免疫血清竟对26种不包含在疫苗中的GAS也有调理作用。虽然机制未明，但这有可能扩展了多价M蛋白疫苗的覆盖范围。随后有学者提出了一种新的GAS分类方法，emm簇（emmcluster）分类法。根据M蛋白结构的不同和与宿主蛋白结合能力的差异，将200多种emm分型归入到48个emm簇，同簇的GAS的M蛋白性质相似，因而其所诱导产生的抗体对簇内其他emm型的GAS也有作用，用于解释30价疫苗的“额外”调理作用[9]。目前30价疫苗正在进行临床Ⅰ期试验[10]。N端疫苗的缺陷在于，GAS的血清型太多，针对某一地区优势血清型研制的疫苗在其他地区的覆盖率可能大大降低，如26价疫苗能覆盖发达国家72%的血清型，但只能覆盖非洲地区39%的血清型，而在太平洋地区覆盖率只有24%，限制了其推广[11]。为扩大多价疫苗的覆盖率，Dale等[12]研制了Mrp蛋白疫苗。Mrp与M蛋白属同一家族，其N端氨基酸序列变异程度较M蛋白低，据此可将Mrp分为3型，每型包含若干个不同emm分型的GAS。Mrp疫苗诱导产生的抗体对同一Mrp分型下多种不同emm分型的GAS都有作用[12]。三价Mrp疫苗的覆盖范围比30价M蛋白疫苗的范围还要广，被称为新一代GAS疫苗[13]。

3C端疫苗

澳大利亚学者Good等从M5型GAS的M蛋白C端提取了一段12个氨基酸的序列，在这段短肽前后加上一段无关多肽以保持α螺旋卷曲结构，命名为J8。为增强其免疫原性，将J8与白喉类毒素（DT）连接起来组成J8DT疫苗，J8DT疫苗免疫小鼠后，能诱导产生调理型抗体，在GAS攻击实验中，免疫组小鼠生存率比对照组更高[14]。其后的研究显示J8DT疫苗还可诱导产生特异性记忆B细胞，在GAS感染时只需初始T细胞的协助即可启动记忆性免疫应答，对抗感染[15]。J8DT的临床前期试验显示了良好的安全性[16]。该疫苗在2013年进入临床Ⅰ期试验[10]。另一个保守区疫苗是巴西学者Guilherme研制的StreptInCor。Guilherme团队从M5型GAS的M蛋白保守区筛选出一个B细胞表位和一个T细胞表位，将其串联起来形成一条长为55个氨基酸的序列，命名为StreptInCor[17]。StreptInCor免疫不同遗传背景的动物，都能诱导长效的抗体，且不引起自身免疫反应[18]。在链球菌攻击试验中，StreptInCor免疫后的近交系小鼠30天生存率达100%，优于对照組[17]。目前StreptInCor疫苗将要开始临床Ⅰ期试验[10]。C端序列虽然保守，但J8DT疫苗和StreptInCor疫苗也不能覆盖所有亚型的GAS。

二、非M蛋白疫苗

除了M蛋白外，GAS还表达其他毒力因子。出于对M蛋白疫苗会导致自身免疫病的担心及其诱导的抗体不能对异型GAS起作用的顾虑，一些学者研发了非M蛋白疫苗，主要有以下几种。

1C5a肽酶疫苗

C5a肽酶是GAS细菌表面的一种蛋白分子，在B组、C组和G组链球菌表面也表达。C5a肽酶能特异性地剪切补体C5a，使其灭活，从而干预补体介导的吞噬细胞募集，阻止GAS被清除。流行病学研究显示儿童感染GAS后体内产生C5a肽酶抗体[19]。用GAS或者B组链球菌的C5a肽酶作用疫苗免疫小鼠，都能加速GAS的清除[20]。由于不同组链球菌的C5a肽酶有很高的同源性，C5a肽酶疫苗可能对在B组、C组和G组链球菌也有作用。

2纤连蛋白结合蛋白疫苗

纤连蛋白结合蛋白（FBP）能与纤连蛋白结合，促进GAS与宿主细胞的黏附。GAS表面有多种FBP表达，其中研究较多的是血清浑浊因子（SOF）。SOF因能使血清变浑浊而得名。有研究表明皮下免疫SOF对GAS腹腔攻击有保护作用[21]。而另一个研究中，鼻腔免疫SOF虽能诱发动物产生抗体，但对GAS鼻腔攻击无保护作用[22]。我国学者也研制了一个FBP疫苗，命名为FbaA，在GAS攻击实验中，FbaA疫苗的保护作用与M蛋白疫苗类似[23]。

3多糖疫苗

M蛋白是GAS分型的基础，不同血清型的GAS表达不同的M蛋白；而多糖是链球菌分组的基础，即所有的GAS均表达相同的多糖抗原，因此多糖疫苗理论上对不同型的GAS都有作用。Sabharwal等[24]研制了一个多糖疫苗，免疫动物后能产生调理性抗体，有保护作用，而且抗体与人体组织无交叉免疫反应。但有其他研究发现GAS多糖的组分N乙酰D葡萄糖胺与人心肌蛋白有交叉反应[5]。多糖疫苗的安全性还需进一步研究。

4链球菌致热外毒素疫苗

链球菌致热外毒素A（SpeA）和外毒素C（SpeC）是一类超抗原，与链球菌毒素休克综合征密切相关。外毒素B（SpeB）是一种半胱氨酸蛋白酶，能够降解抗体，灭活补体。SpeB的功能片段是SpeB羧基端的一段短肽，将其与链球菌溶血素的一段序列结合起来构建多肽疫苗，该疫苗对非侵入性的和侵入性的GAS攻击都有抵抗作用[2526]。另外的一项研究中，研究者将SpeA的一段序列和SpeB一段序列串联起来形成多肽疫苗，免疫人HLADQ8转基因小鼠，在SpeA和GAS攻击实验中，免疫组小鼠的生存率更高[27]。

5其他非M蛋白疫苗

GAS表达众多蛋白，除上述几种外，其他一些非M蛋白也成了疫苗研究对象。借助于基因组学及蛋白质组学技术，很多新的蛋白也被鉴定出来。在一项研究中，研究者从GAS表达的40种蛋白中选出3种蛋白，组合成一个新的疫苗，命名为Combo，Combo免疫小鼠能对多种GAS产生抵抗作用[28]。也有研究者将5种非M蛋白疫苗组成一个新疫苗，用全M蛋白疫苗做阳性对照，该疫苗对GAS皮肤感染的保护作用与全M蛋白疫苗类似，而对深部感染的保护作用不如M蛋白疫苗[29]。目前尚未有非M蛋白疫苗进入临床试验。

三、结语

人们对GAS的研究持续了近百年，GAS在大部分国家的感染率已经下降，但在贫困国家及发达国家的土著地区，GAS依旧猖獗。近年来，GAS似有死灰复燃之势，可能与耐药性的增加及高致病性毒株的出现有关[30]。疫苗是对抗GAS最有效的方法。用分子生物学技术筛选出合适的抗原表位保证了疫苗的安全性，但不同地区GAS亚型的巨大差异性限制了疫苗的适用范围，迄今仍未有商品化的GAS疫苗问世。在候选疫苗中，M蛋白疫苗的研究走在最前列。根据当地流行亚型挑选出相应的M蛋白N端序列串联成多价疫苗，或者将多个M蛋白疫苗与非M蛋白疫苗组合成新疫苗，是今后的趨势。

我国学者早期也开展了GAS的研究，受制于流行病学资料的不足，GAS疫苗的研究较少[31]。Ma等[23]合成了纤连蛋白结合蛋白疫苗，喻刚等[32]合成了四价M蛋白疫苗，我们课题组[33]合成了二价M蛋白疫苗，但都没有进入临床试验。近年来我们的研究及其他研究显示，我国主要的GAS流行亚型是emm1型和emm12型，研制针对这两个亚型的多价疫苗，应有很大的应用前景[3436]。

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（收稿日期：20170506）

（本文编辑：杨江瑜）