Alphavirus-based DNA vaccine breaks immunological tolerance by activating

innate antiviral pathways

Leitner, W.W. et al. Nature Med. 9, 33-9 2003.                               唐中道

疫苗的發展史，早在1796年，英國醫生詹納(Edward Jenner)證明接種牛痘可預防天花而開始，之後，慢慢出現傳統的死毒.活毒疫苗，另外也包括了次單位疫苗，由於上述疫苗接種的奏效，使得許多的疾病受到控制。不過，隨著疫苗的研發，種種的問題逐一的浮上檯面，像是死毒性疫苗，由於缺乏內生性蛋白質的生成，因而誘發CTL免疫反應的能力較差，造成持久性差，需多次的施打，導致使用上的不便;活毒性疫苗，其可能會由於減毒的不完全而面臨安全上的問題:次單位疫苗，雖然較為安全但價格昂貴，並且抗原性可能不夠廣泛；所以，目前急需一種全新的疫苗來改良上述的問題。

DNA疫苗是現今全新一代的疫苗，它具有許多的優點，像易於製造，在常態下非常穩定，有利於保存及運輸等等，已有許多的研究報告指出，其可成功地在動物模式上，針對不同的病原體以及模式抗原，誘發免疫反應的攻擊能力，像是抗體反應.T-協助者細胞(T-helper cell)活化與CTL等等，因此，常被應用於防止病原體感染，或預防腫瘤細胞的生長。

雖然DNA疫苗具有上述的優點，不過特別是在對抗自體的腫瘤細胞時，會由於免疫系統的耐受性(immunological tolerance)而減低了疫苗發揮的效果，例如在老鼠的動物模式上，使用老鼠的目標基因當作攻擊的標的，可能會不引起免疫反應或導致自體免疫等問題。所以，目前最新的改良式DNA疫苗便是將目標的抗原利用alphavirus的病毒複製酵素來增強其功能，期望能打破以往免疫耐受性的問題。

Alphavirus是屬於Togaviridae科以及alphavirus屬的病毒，其具有+RNA並且基因體大小約為12kb左右，直徑約為60nm，感染此病毒會引起腦炎、發熱、關節炎、肌肉酸痛、出疹等臨床症狀，經由基因工程的改良，已將此病毒的基因改良成一種表現目標基因的載體，因此，在本篇文章中的作者選用了alphavirus的病毒複製酵素載體，其特性在於如此的病毒複製酵素可幫助製造插入的目標基因，以促進表現，來誘發免疫能力，並且加上老鼠自身的黑色素細胞瘤tyrosinase-related protein-1(TRP-1)來當作目標抗原，透過此材料作為DNA疫苗，希望能對於老鼠自身的黑色素細胞瘤具有預防的效果。

結果，經由腫瘤攻毒的試驗，如作者所預期，可以利用此種DNA疫苗的方式，對於黑色素細胞瘤，達到50%以上的預防成效，並且在作者觀察老鼠外觀發現了以往利用vaccinia virus帶有老鼠的TRP-1當作DNA疫苗，針對老鼠自身的抗原作攻擊，雖然對於腫瘤細胞的攻毒試驗有保護的效果，但會伴隨著自體免疫疾病-白斑(vitiligo)的產生，但在alphavirus的DNA疫苗上卻沒有此現象的產生，因而引發了作者想要看看究竟是什麼樣的分子調控這機制，經由一連串的抽絲剝繭，作者推想可能是dsRNA的涉及，以及其所引發的機制，導致了不同的結果。

所以，作者還想要更進一步去證實他們所看到的結果，看看究竟是什麼樣的機制在背後所造成的，經由PKR的活化實驗以及RNase L缺陷老鼠的實驗結果證明，他們證明出改良過後的DNA疫苗能經由double-stranded RNA (dsRNA)的產生，進而活化先天的抗病毒機制-PKR以及RNase L來增進DNA疫苗的能力，並且在實驗的結果顯示，具有alphavirus複製酵素的DNA疫苗的確能利用此機制來打破過去免疫耐受性上的問題，且對於黑色素細胞瘤提供保護的作用。

讀完本篇文獻後，使我們了解到，在過去DNA疫苗所遇到的免疫耐受性問題，竟可透過活化先天的抗病毒機制來避免，使得引發殺手T 細胞作用機制來殺死腫瘤細胞與以往的DNA疫苗大不相同，使得疫苗的效果大為增加，也不會產生過去所遇到的自體免疫問題。本篇文章也是首次從實驗中觀察到dsRNA的表現，發現這樣的產物能經由活化細胞先天抗病毒的方式，提供了增強疫苗效果的功能，所以，透過本篇文章提供我們一種新的觀念，如果在未來發展DNA疫苗時，可透過如此的作用方式，來針對自體抗原產生免疫反應，或許可以達到更好的效果。

References:

1.     Ying, H. et al. Cancer therapy using a self-replicating RNA vaccine. Nature Med. 5,823–827 (1999).

2.      Leitner, W.W., Ying H., Driver, D.A., Dubensky, T.W., and Restifo N. P. Enhancement of tumor-specific immune response with plasmid DNA replicon vectors. Cancer Res. 60, 51-55 (2000).

3.     Overwijk, W.W. et al. Vaccination with a recombinant vaccinia virus encoding a “self” antigen induces autoimmune vitiligo and tumor cell destruction in mice: requirement for CD4(+) T lymphocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 2982–2987 (1999).

4.     Leitner, W.W., Hwang, L.N., Deveer, M.J., Zhou, A., Silverman, R.H., Williams, B. R. G., Dubensky, T.W., Ying, H. & Restifo, N. P. Alphavirus-based DNA vaccine breaks immunological tolerance by activating innate antiviral pathways. Nature Med. 9, 33-9 (2003).