结核抗体的研究进展

尤信信，杨争，刘新光

结核抗体的研究进展

尤信信，杨争，刘新光

523808 东莞，广东医科大学衰老研究所（尤信信、刘新光）；518020 广东，深圳市慢性病防治中心（杨争）

结核病是由结核分枝杆菌引起的慢性传染病。虽然近 10 年我国肺结核患者数呈缓慢下降趋势，但是近 5 年发病死亡率出现急剧回升。造成这种局面的原因首先在于耐药结核（DR-TB）、耐多药结核（MDR-TB）和广泛耐药结核（XDR-TB）的流行及其比例的上升；其次，近 50 年来抗结核新药凤毛麟角，耐多药结核病甚至达到无药可用的局面；再次，结核免疫机制复杂，新型高效疫苗的开发进展缓慢。因此，面对严峻的结核病防控形势，阐明结核免疫的关键机制，开发抗结核新药具有重要意义。除了化学药物和抗生素，结核分枝杆菌特异性抗体被报道具有防止感染、杀灭胞内细菌、降低菌载量、减轻病症等作用，然而结核分枝杆菌特异性单克隆抗体的研究比较少见，早期研究者开发出来的少数单克隆抗体应用效果不佳。由于没有理想的疫苗，目前控制结核病的主要策略是早期发现和早期治疗活动性结核患者。然而，我国已将近 50 年没有抗结核新药批准上市，链霉素（1944 年）、异烟肼（1952 年）、吡嗪酰胺（1954 年）、利福平（1965 年）、乙胺丁醇（1968 年）等抗结核一线药物以及一些常用的二线药物从 20世纪 60 年代开始一直被使用到现在，加上抗结核治疗疗程长、药物毒副作用大、病人依从性差，相当比例的患者（4.6%）因治疗失败而结核病复发，并产生多药抗性，以致发展为无药可用的严重耐多药结核和难治性结核病[1]。虽然 2000 年美国 FDA 批准的利奈唑胺对耐药结核的治疗效果显著，但是其价格昂贵，单药月费用接近 2 万元，而另一新药贝达喹啉在我国仍处于临床试验。因此，耐多药结核的流行传播成为严重危害人民健康的重大公共卫生问题，有效的结核菌中和抗体及新型抗结核药物的开发具有重要意义。

1 结核抗体的杀菌作用

与传统的抗生素或化疗药物不同，靶向宿主的定向治疗（host-directed therapy，HDT）作用于结核菌抑制或逃避宿主免疫机制中的重要环节，为结核病尤其是耐多药结核有效治疗提供了新的愿景。在过去的 10 年中，结核分枝杆菌的宿主免疫机制研究主要集中在 T 细胞免疫方面，体液免疫被认为是无效或者效率低下而常常被人忽视，特别是 2011 年开始，WHO 不建议用血清抗体检测法来诊断结核感染[2]，更加剧了这种不平衡。然而，结核分枝杆菌特异性抗体并不是无效的。首先，以健康人 IgG 为主要成分的丙球蛋白对结核患者治疗具有显著效果[3]，而且丙球蛋白在结核病小鼠模型中能显著降低肺部菌载量并减轻症状[4-6]；其次，随着单克隆抗体技术的发展，TB 特异性抗体被先后开发出来，并被发现能显著降低小鼠肺部活菌量[7-9]。接着，2016 年 10 月，报道 TB 潜伏感染者体内的多克隆抗体能有效协助巨噬细胞杀灭胞内细菌，控制结核分枝杆菌的增殖，而活动性结核患者体内的多克隆抗体却没有类似功能[10]。Zimmermann 等[11]发现针对结核菌 HPHA 的人单克隆 IgA 能有效预防结核菌在上皮细胞的感染和增殖，证实了结核分枝杆菌杀菌单克隆抗体的存在。最近，2017 年，Olivares 等[12]发现血浆 IgG 能显著增强化疗药物针对耐多药结核小鼠模型的治疗效果、降低肺部菌载量、减轻肺部病变；而且单独使用血浆 IgG 也能显著降低小鼠肺部菌载量。因此，结核分枝杆菌特异性的抗体具有防止感染，杀灭胞内细菌，降低菌载量，减轻病症等作用。虽然结核抗体并不具备病毒性抗体那样的完全杀菌作用，但是根据最近的文献报道的结果，我们有理由相信在机体产生的众多抗体中，某些针对特定抗原的单克隆抗体具有显著抑制细菌感染或促进胞内细菌杀灭的作用。由于结核杀菌抗体的杀菌抑菌机制与传统抗结核治疗药物作用机制完全不同，不存在交叉耐药的风险，为结核病尤其是耐多药结核有效治疗提供了新的愿景。随着体液免疫在结核病中的重要作用日益凸显，加上全人源单克隆抗体技术在其他传染性疾病中的成熟应用，结核菌杀菌抗体的开发和研究必将成为一个新的热潮。

2 结核抗体的抗结核作用机制

抗体在结核病程中的作用机制的研究并不多见。有文献报道：结核抗体可以有效封闭结核分枝杆菌的细胞受体，从而能够阻止其感染上皮细胞[11]；抗体通过 Fab 与游离结核菌结合，通过细胞表面的 Fc 受体，促进结核菌的吞噬（ADCP），从而利用细胞内的吞噬溶酶体对结核菌进行降解和杀灭[10]；结核菌细胞壁组分能够进入溶酶体胞吐途径，从而与巨噬细胞膜融合[13]，完成抗原的表面展示，从而被抗体识别，并通过结合 FcrRs 激活 NK 细胞，完成对感染细胞的杀伤[10]；也有文献报道结核抗体随着菌体进入细胞后，能被细胞质内的受体识别，启动泛素化途径对细菌抗原进行降解[14]。此外，潜伏感染者体内的抗体能显著增强巨噬细胞吞噬溶酶体的成熟以及非焦亡依赖性的炎性小体激活[10]，而炎性小体的激活被证明与细菌控制紧密相关[15-17]。再有，我们知道肉芽肿中含有巨噬细胞等一系列的免疫细胞[18-19]，功能性抗体的终极作用极有可能是引导巨噬细胞中细菌的命运并参与局部细胞微环境的合作行动。上述研究表明，抗体可能通过多种途径实现结核菌的控制，然而首先，细菌免疫远比病毒免疫复杂，至今为止没有找到一条占主导作用的结核菌体液免疫机制；其次，上述针对结核抗体杀菌机制的研究大多是基于多克隆抗体而进行的，其杀菌效果是多种抗体产生的综合结果，其对杀菌机制的解释仍然缺乏说服力；再次，上述抗体杀菌机制的研究大多局限于对预设通路的验证，缺乏系统性的研究。抗体识别并杀灭胞内结核菌的机制，募集良性天然免疫细胞的功能的研究，特异性结核菌抗体靶标的鉴定都将对抗菌活性研究具有至关重要的意义。

3 结核分枝杆菌单克隆抗体

由于多种细胞受体都可以与结核分枝杆菌结合，结核分枝杆菌进入细胞的方式多种多样，因此，结核分枝杆菌的感染机制仍不十分明确。即使进入吞噬细胞以后，结核分枝杆菌还利用众多的毒力因子来抑制感染细胞的抗菌机制，从而为自身的复制和传播创造条件。因此，不同于 HIV 和流感分别有 gp120 和 HA 作为既定的中和抗体靶标，结核分枝杆菌的杀菌抗体筛选首先面临着关键靶标的筛选，也正是由于这种靶标的不确定性和复杂性，导致结核抗体的发展进展缓慢。

过去20 年，虽然陆续有针对结核分枝杆菌的单克隆抗体的研究，但并未取得突破性进展。已鉴定的功能性单克隆抗体的靶标主要包括阿拉伯甘露糖脂（LAM）[9, 11, 20]、肝素连接血凝素（HBHA）[21]、热激蛋白ACR[7, 22]、细菌表面脂蛋白 MPB83[8]和分泌型蛋白 MPT51[23]等。然而，这些抗体虽然在体外细胞实验中或小鼠感染模型中具有一定的功效，如降低早期菌载量、减轻肺部病变、延长生存期、抑制感染等，但是这些抗体的保护效果并没有达到预期。首要原因在于抗体的作用靶标可能并不是细菌感染、复制和传播的关键；其次，这些抗体针对靶标的亲和力并不强，导致其功效受到限制；另外，可能由于结核分枝杆菌感染机制及胞内互作机制的复杂性，单一靶标的抗体功效很难对结核菌进行有效抑制和杀灭。

4 展望

1921 年，卡介疫苗（bacillus Calmette-Guérin，BCG）开始用于婴幼儿结核病预防，该疫苗在结核领域的主导地位至今都没有被动摇。然而 BCG 疫苗本身来自牛结核分枝杆菌，其介导的保护效果不稳定，对不同类型结核病以及不同人群保护效应也有所不同。另外，在免疫缺陷病人如 HIV 患者其还有可能造成感染风险。因此，新型高效结核疫苗的开发需求非常迫切。目前正在进行的结核疫苗临床试验有 14 个，其中包括全菌灭活疫苗 DAR901（非结核分枝杆菌来源）[24]、Vaccae（Mycobacterium vaccae）[25]、Mw（Mycobacterium indicuspranii）和 RUTI（Mycobacterium tuberculosis），全菌活疫苗 VPM1002 和 MTBVAC，亚单位疫苗 MVA85A（Ag85A）、H1（Esat-6）、H4（TB10.4 + Ag85B）和 M72（Rv1196 + Rv0125）等。虽然这些疫苗的临床结果显示不同程度的保护作用，但是目前并没有一个疫苗的保护功效超过 BCG。而且目前亚单位疫苗研究也是极具挑战性，首先，结核菌没有明确的感染机制，从而难以找到关键的抗原分子用于疫苗设计；其次，目前在研的亚单位疫苗大部分还是以诱导 T 细胞反应为主要目标，抗体诱导效应仍然不被重视。最近几年，越来越多的研究已证实结核杆菌中和抗体和杀伤性抗体的存在。高效的结核菌亚单位疫苗无疑需要综合利用机体的细胞免疫和体液免疫。高效杀菌抗体的抗原表位鉴定可能有助于疫苗关键抗原的确定。以体液免疫为基础，先获得高效杀菌抗体，然后再确定其杀菌表位。这样可以有效避免资源在非关键抗原靶标上的浪费，将目标集中在具有诱导杀菌抗体能力的抗原上，为以高效杀菌抗体为目标的亚单位疫苗设计开通快捷通道。

近年来，单克隆抗体生产方法的进步使人们能够直接从病人来源的质粒或记忆 B 细胞中快速克隆出大量单克隆抗体[26-27]。新一代测序也有助于阐明抗体对感染和疫苗接种的反应。这些进展可能会帮助了解抗体反应在活动性结核感染期间如何发展，再利用目前的一些新技术，可以为接下来结核抗体的研究提供有利基础。高效杀菌抗体可以应用于诊断型试剂的开发和治疗性单克隆抗体药物的开发。杀菌抗体的作用靶标的鉴定，不仅可以阐明结核菌感染和免疫逃逸的关键机制，还可用于高效亚单位疫苗的开发。

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10.3969/j.issn.1673-713X.2019.05.012

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2019-05-24