DNA 疫苗

1.2.1 DNA 疫苗之發展起源

免疫反應於對抗病原的作用上，主要分為體液性免疫反應與細胞性 免疫反應，過去的疫苗通常只能引起體液性免疫反應，無法引起細胞性 免疫反應來對病原作有效的清除，減毒疫苗雖然能誘發有效的細胞性免 疫反應，但其安全性依然令人顧慮。在1990 年 Wolff 等人首先以報告基 因 (reporter gene)注射到肌肉內，發現報告基因能夠在肌肉細胞表現，啟 動了DNA 疫苗研究的序幕 (Wolff et al., 1990)。1993 年 Ulmer 等人證明 以 DNA 免疫小鼠可同時產生對抗感冒病毒 (influenza virus)之體液性及 細胞性免疫反應 (Ulmer et al., 1993)。此後許多過去在於免疫或治療上困 難的疾病也慢慢地以DNA 疫苗的形式來進行研究，例如：瘧疾、結核病、

麻疹、B 型肝炎、C 型肝炎、後天免疫缺乏症候群，乃至於過敏、自體 免疫和癌症……等疾病，不只是預防，DNA 疫苗在某些特定的疾病上更 可達到治療的效果 (Gurunathan et al., 2000b)，此外，DNA 疫苗可完整地 誘發體液性及細胞性免疫反應，目前尚無實驗證據顯示其在生物體內具

有危害性。而 DNA 的保存成本較低，無須冷藏運輸鏈的考量。此外，

DNA 較蛋白質安定，較不會有變性、變質的風險。在未來，DNA 疫苗 的研究及應用勢必會更加的深入及普遍，改善現有傳統疫苗的缺點，提

供更佳品質的疫苗。

1.2.2 DNA 疫苗之作用機制

DNA 疫苗之作用機轉至今仍未十分明朗，目前有三種假說來解釋 DNA 疫苗是如何誘發免疫反應 (Gurunathan et al., 2000a)：

第一種假說是將DNA疫苗以肌肉注射入肌肉細胞或以基因槍打入 皮膚細胞時，DNA進入肌肉或皮膚細胞內經由轉錄及轉譯作用，製造出 抗原蛋白，抗原蛋白進入proteosome中被分解成小片段的peptide，這些小 片段的peptide便被送往內質網中與MHC class I分子結合，形成MHC class I-peptide複合體，MHC class I-peptide複合體經過高基氏體再送至細胞膜 表面，與Tc cell (cytotoxic T cell)之TCR (T cell receptor)結合，活化Tc cell，

進而驅動免疫系統。然而此假說有其破綻，由於肌肉細胞或皮膚細胞與T 細胞接合時，除了MHC class I-peptide複合體與TCR接合外，尚須B7-1 與 B7-2……等分子存在與T細胞之CD28 分子結合才能完全活化T細胞，但 肌肉細胞或皮膚細胞並不表現B7-1、B7-2 分子及MHC class II分子，因此 無法活化CD4^＋ TH cell，免疫系統的驅動便受到限制。

第 二 種 假 說 是DNA 可 能 直 接 進 入 到 肌 肉 組 織 中 的 巨 噬 細 胞 (macrophage)與樹突狀細胞 (dendritic cell)或皮膚組織中的蘭氏細胞 (langerhan cell)此等抗原呈現細胞 (antigen presenting cell，APC)中，讓抗

原呈現細胞表現出抗原蛋白質，進而與MHC class I和MHC class II分子結 合，送至細胞表面，活化TH cell，進而驅動免疫系統。

第三種假說是DNA進入到肌肉細胞或皮膚細胞中，經轉錄、轉譯作 用製造出抗原蛋白，抗原蛋白會主動分泌至細胞外或表現抗原的細胞壞 死而釋出抗原蛋白，APC再經由吞噬作用 (phagocytosis)將抗原蛋白吞噬 到細胞內，以endosome的形式包覆抗原蛋白，endosome繼而再與溶酶體 (lysosome)結合形成endolysosome，將抗原蛋白分解成小片段的peptide，

小片段的抗原peptide再與endosomal lysosome中的MHC class II結合，形成 MHC class II-peptide複合體，之後再被送至細胞表面以接合TH cell，刺激 免疫系統的驅動。

此外有研究報告顯示，將DNA 疫苗以肌肉注射的方式免疫老鼠後，

在10 分鐘內將免疫部位的肌肉細胞切除，並不會影響免疫的效果。相對 地，將 DNA 疫苗以基因槍 (gene-gun)免疫老鼠的皮膚細胞，在 24 小時 內將免疫部位的皮膚細胞切除，結果老鼠的抗體則會降低。這兩項實驗 顯示，DNA 疫苗在不同的免疫途徑下，受免疫的組織在免疫初期存在的 必要性也不同，可見不同的免疫途徑所誘發出的免疫作用機制也有所不 同 (Klinman et al., 1998)。

還有研究報告指出，無論是以肌肉注射或基因槍的免疫途徑，皆是 由源自骨髓細胞的抗原呈現細胞 (bone marrow-derived APC)呈現出抗原

來活化T 細胞，而非由免疫部位的細胞執行抗原呈現的工作 (Corr et al., 1996; Iwasaki et al., 1997)。此結果間接地否定了第一種假說，因此目前研 究者較接受第二或第三種假說。

1.2.3 配合 DNA 疫苗所使用之佐劑

如同其他形式的疫苗一般，DNA 疫苗亦可使用佐劑來增加免疫反 應，例如CpG motif (CpG Oligodeoxynucleotide，CpG ODN)或細胞激素 (cytokine)是常用於 DNA 疫苗中之佐劑。

CpG motif是特定的DNA序列含有未甲基化的 (unmethylated) CG，

因為原核生物的基因普遍存在未甲基化的CpG motif，而哺乳類的基因鮮 少有CpG motif，即使存在CpG motif也是有甲基化的現象，因此哺乳類之 免疫系統會辨識出未甲基化的CpG motif而將之視為原核生物入侵的訊 號，活化先天性免疫 (innate immunity)，包括：自然殺手細胞 (NK cell) 與巨噬細胞……等。研究指出將未甲基化的CpG motif插入質體DNA中免 疫小鼠可增強毒殺型T細胞 (TC cell)的反應及增加INF-γ的產生，使免疫 反應趨向Th1 反應 (Sato et al., 1996)。此外，以含未甲基化的CpG motif 的DNA疫苗與腫瘤抗原一起免疫老鼠之脾臟細胞 (splenocyte)，IFN-γ及 IgG2a的產生亦會增加，顯示CpG motif對蛋白質疫苗亦有增加免疫反應 的效用 (Wooldridge et al., 1997)。

細胞激素在免疫系統中扮演調節免疫反應的角色，適當地運用不同 的細胞激素可增強或抑制免疫反應，將免疫反應導向Th1 或 Th2 反應路 徑。細胞激素IL-6 (intertleukin-6)由巨噬細胞 (macrophage)、纖維母細胞 (fibroblast)、內皮細胞 (endothelial cell)、T 細胞、B 細胞、角質細胞 (keratinocyte)、血管系膜細胞 (mesangial cell)、膠質細胞 (glial cell)、軟 骨細胞 (chondrocyte)及某些腫瘤細胞所分泌 (Van Snick, 1990)，主要的 生理功能為刺激B 細胞產生抗體 (Hirano et al., 1986)；誘發肝臟內急性期 蛋白 (acute phase protein)的生成 (Gauldie et al., 1987)；活化 T 細胞 (Tosato and Pike, 1988)；刺激 myeloma、hybridoma 及 plasmacytoma 增生 (Ikebuchi et al., 1987; Ishibashi et al., 1989; Van Damme et al., 1988)。因此 以IL-6 做為疫苗之佐劑可增進免疫反應的作用。