甲基苯丙胺疫苗的研究進展

朱 喆 廖泫棟 曾發(fā)明 李映波

近年來，濫用合成精神藥物對社會造成了巨大的健康負擔(dān)。甲基苯丙胺(methamphetamine, METH)是合成苯丙胺類藥物的一種，苯丙胺類興奮劑濫用是一個全球性的現(xiàn)象，在過去的10年里，苯丙胺類興奮劑的使用明顯增長。METH和其他苯丙胺類興奮劑對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響包括情緒增強、自尊改變、警覺性增加、攻擊性和性欲加強等；此外，濫用METH導(dǎo)致心血管和腦血管病變的發(fā)生率增加[1]。METH對多巴胺信號通路的影響主要是由于其強大的獎賞效應(yīng)即成癮性[2]。

METH作為一種新型合成毒品，是世界上濫用十分廣泛的非法藥物。目前沒有批準可用于治療METH成癮的藥物，而主要采用行為療法進行治療，但效果欠佳。關(guān)于METH成癮的藥物研發(fā)主要靶向于受METH影響的受體或神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)。潛在的藥物治療通常因嚴重的藥物相互作用和藥物不良反應(yīng)譜而復(fù)雜化，以及METH成癮者由于使用METH而導(dǎo)致的結(jié)果例如睡眠中斷、飲食行為改變等而在臨床評估時降低了其藥物依從性和功效[3]。此外，METH戒斷患者的復(fù)發(fā)率高，這對METH成癮的有效治療是一個重大的挑戰(zhàn)。迄今為止，針對可卡因、尼古丁及阿片類藥物疫苗的研究已被證明能夠有效衰減相關(guān)藥物的反應(yīng)，并且關(guān)于可卡因及尼古丁疫苗的臨床試驗也正在進行[4, 5]。這些疫苗的研究成果也激勵了METH疫苗的研發(fā)。

一、疫苗作為治療METH成癮的策略

能夠使機體產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)的抗原的最小分子質(zhì)量是10000。而METH的相對分子質(zhì)量小，不能被免疫系統(tǒng)識別，因此其本身不具免疫原性。將其進行結(jié)構(gòu)修飾即通過一段連接的基團與大分子的蛋白偶聯(lián)后，免疫系統(tǒng)能夠識別并產(chǎn)生特異性抗體。當(dāng)METH進入機體，抗體可與METH結(jié)合，在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)形成抗體-METH復(fù)合物，形成的復(fù)合物相對分子質(zhì)量大以至于無法穿過血-腦脊液屏障，因此，會降低METH進入大腦的速率和數(shù)量，然后抗體結(jié)合的藥物再在平衡狀態(tài)下從抗體結(jié)合緩慢釋放作為殘留的游離藥物被代謝和消除。降低METH進入大腦的速率和數(shù)量應(yīng)該減弱其引起的行為效應(yīng)，包括獎賞效應(yīng)。研究顯示血液中的抗METH抗體通過減少和減慢METH進入血-腦脊液屏障，阻斷由METH誘導(dǎo)的自發(fā)活動、體溫調(diào)節(jié)和精神運動，并抑制其自我給藥[6～9]。

此外，疫苗不同于傳統(tǒng)的治療藥物成癮的藥物，其不會阻止藥物與特定的神經(jīng)元受體結(jié)合以對抗藥物的效應(yīng)，與此藥效學(xué)的方法相反，抗藥物抗體是降低多器官系統(tǒng)特別是大腦中可用藥物濃度的藥代動力學(xué)拮抗劑[10]。由于抗METH抗體本身不調(diào)節(jié)腦內(nèi)或周圍的藥物受體，它們的不良反應(yīng)是最小的[11]。疫苗免疫可以通過免疫系統(tǒng)提供長期的抗體保護，其刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的IgG抗體半衰期長，它們的作用時間比小分子長得多[12]。盡管對于微生物疫苗這種保護可以維持數(shù)年到數(shù)十年，而小分子疫苗的研究目前顯示每次加強免疫后僅能維持幾周到幾個月，但相比其他治療方法，疫苗僅需數(shù)次接種便可以替代每日的藥物劑量，更為經(jīng)濟有效且具有最好的患者依從性[12]。類似METH的結(jié)合疫苗是通用的，理論上可以設(shè)計為靶向任何藥物或藥物組合。

二、 METH疫苗的研究現(xiàn)狀

1.以血藍蛋白作為載體蛋白：Miller等[13]研究發(fā)現(xiàn)以鑰孔血藍蛋白(keyhole limpet hemocyanin, KLH)為載體蛋白偶聯(lián)METH半抗原(MH6)的抗METH疫苗(MH6-KLH)免疫大鼠，可以阻斷由METH誘導(dǎo)的體溫調(diào)節(jié)和精神運動，并且減少由METH引起的自發(fā)活動；對疫苗組與對照組大鼠的藥代動力學(xué)研究顯示其血清中METH濃度更高，且腦內(nèi)METH濃度更低，并且每只小鼠中METH的濃度與其自身抗體效價相關(guān)。之后研究人員用該候選疫苗接種大鼠模型，發(fā)現(xiàn)其能夠抑制METH的自我給藥，并且在維持期間產(chǎn)生了瞬時的和劑量依賴性的自我給藥效應(yīng)。與對照組比較，MH6-KLH接種大鼠血液中METH濃度在急性METH注射后更高，且與抗體效價呈正相關(guān)[9]。表明主動免疫能夠減弱METH的生理和行為效應(yīng)。

Hambuchen等[2]合成一種新的類METH半抗原METH-SOO9，和免疫血藍蛋白單體(immunocyanin monomers of Keyhole limpet hemocyanin, ICKLH)偶聯(lián)制成METH偶聯(lián)疫苗ICKLH-SOO9，然后和抗METH單克隆抗體mAb7F9聯(lián)合使用，在大鼠中檢測其安全性和潛在的治療效果，聯(lián)合抗體治療安全地實現(xiàn)早期的高抗METH抗體應(yīng)答，并且在整個研究中一直存在，即使在4個月后，METH疫苗抗體仍能顯著降低由0.56mg/kg劑量產(chǎn)生的METH腦內(nèi)濃度[2]?？筂ETH單克隆抗體雖然昂貴但卻是有效的，它在人體內(nèi)的半衰期為3～4周，通過加量控制能夠?qū)崿F(xiàn)可預(yù)測的抗體濃度來對METH引發(fā)的效應(yīng)產(chǎn)生潛在的即時保護作用[14]。通過2～3個月或者更長時間的METH偶聯(lián)疫苗的定時主動免疫可延長血液循環(huán)中抗METH多克隆抗體的濃度[4]。然而，在主動免疫所需的時間段內(nèi)，患者沒有達到有效的抗METH多克隆抗體的保護水平，甚至在血液中的最大抗METH多克隆抗體最終濃度也遠低于用單克隆抗體實現(xiàn)的水平[15]。事實上，不穩(wěn)定的多克隆抗體濃度被認為是尼古丁和可卡因結(jié)合疫苗2期臨床試驗失敗的主要原因[16, 17]。結(jié)合由抗METH單克隆抗體藥物提供及時高水平的保護以及由METH結(jié)合疫苗提供長時間持續(xù)的多克隆抗體反應(yīng)可為患者提供互補的治療優(yōu)勢，在METH復(fù)發(fā)的關(guān)鍵時間由兩種治療方式共同增加免疫應(yīng)答。在可卡因及尼古丁疫苗研究中，在大鼠中聯(lián)合主動免疫和單克隆抗體的治療方式與單種治療方式比較，其總體療效均有所提高[5, 18]。METH疫苗與抗METH的單克隆抗體適時適當(dāng)?shù)穆?lián)合使用來治療METH成癮可能比單獨的疫苗使用效果好，可以成為一種較好的治療策略。

2.以破傷風(fēng)類毒素(tetanus toxoid, TT)作為載體：研究人員通過半抗原的設(shè)計、佐劑、載體蛋白和配方的優(yōu)化，得到其效果最佳的疫苗。最優(yōu)的半抗原設(shè)計是通過METH結(jié)合H-Gly-OtBu后脫保護得到的，然后與TT偶聯(lián)，與鋁佐劑或者CpG ODN聯(lián)合免疫，在小鼠中產(chǎn)生強大的抗METH免疫反應(yīng)，減少由METH誘導(dǎo)的運動活性[8]。Haile等[7]合成METH半抗原琥珀酰METH(succinyl-methamphetamine, SMA)，與破傷風(fēng)類毒素偶聯(lián)為SMA-TT，然后吸附于氫氧化鋁制成METH疫苗，其選用破傷風(fēng)類毒素作為載體蛋白，用氫氧化鋁作為佐劑的目的是可用于人類。將疫苗免疫小鼠來評估其產(chǎn)生抗METH抗體、改變條件位置反射獲得和恢復(fù)以及阻止METH腦滲透的能力。研究發(fā)現(xiàn)該疫苗刺激產(chǎn)生抗體，減弱條件位置反射的獲得和恢復(fù)，并且疫苗組小鼠很大比例表現(xiàn)出條件位置厭惡，并且，與對照組比較降低了METH腦內(nèi)的水平。該研究結(jié)果支持可進一步開發(fā)能夠應(yīng)用于人類的METH疫苗。

3.其他載體：Carroll等[19]合成巰基半抗原(S)-(+)-3-(9-羧基甲氧基)甲基苯丙胺，與馬來酰亞胺激活的蛋白偶聯(lián)生成METH疫苗，半抗原在卵清蛋白和牛血清蛋白兩種載體上具有高度可控的表位密度，在小鼠中產(chǎn)生較好的免疫反應(yīng)，并且由該疫苗在小鼠中產(chǎn)生的單克隆抗體顯示出非常高的親和力。該半抗原顯示出的與活性載體蛋白的高效共價偶聯(lián)表明，該方法對大規(guī)模生產(chǎn)METH疫苗具有成本效益。

一種METH疫苗是通過將METH半抗原通過共價連接到包含了構(gòu)象位移的，選擇性反應(yīng)的分子佐劑YSFKPMPLaR (EP54)的肽結(jié)構(gòu)上而設(shè)計的。將包含有EP54佐劑的METH疫苗免疫大鼠后產(chǎn)生了METH特異性的血清抗體，這是改變METH自我給藥的首要條件；免疫增加了METH自我給藥的藥代動力學(xué)拮抗作用；在METH自我給藥期間和不久之后免疫血清結(jié)合METH修飾的靶蛋白的能力顯著下降，說明游離的METH被有效結(jié)合[20]。

三、影響METH疫苗效力的因素

任何小分子活性疫苗的成功是由3個因素密切決定的：抗體特異性、親和力和抗體效價[12]；而疫苗制劑的功效可通過幾個參數(shù)改變，包括用于刺激免疫反應(yīng)的載體蛋白、加強免疫原性的佐劑、半抗原的設(shè)計以及與載體蛋白偶聯(lián)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

METH疫苗由一個METH類似半抗原與載體蛋白偶聯(lián)形成。METH類似半抗原由METH骨架分子結(jié)構(gòu)在一個位點連接間隔基團，連接體的另一端終止于能容易形成抗原載體蛋白的共價連接的官能團。連接體還用于將半抗原與載體蛋白間隔在最佳距離，以最大限度地提高對METH的親和力和特異性[19]。連接體兩端形成的化學(xué)鍵和該間隔臂的長度(如9個碳原子)對免疫應(yīng)答的質(zhì)量[親和力和特異性(METH)和數(shù)量(即抗體量)]至關(guān)重要[21]，因此半抗原的設(shè)計就顯得尤為關(guān)鍵，需要盡可能保留藥物的天然化學(xué)結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生具有最高藥物親和力的抗體，顯然，連接體的加入改變了其結(jié)構(gòu)，但可以進行戰(zhàn)略性的設(shè)計最大限度地減少關(guān)鍵藥物功能的破壞。在METH中，保留仲胺是獲得高親和力抗METH抗體的必要條件，含有叔胺或酰胺的半抗原未能產(chǎn)生有效的藥物結(jié)合抗體，此外，對于連接體的選擇更偏向肽段而不是采用烷基連接[8,22,23]。

研究人員合成一系列的METH半抗原，利用一段不同氨基酸，不同肽鏈長度的一段多肽與載體蛋白相連，來研究連接器的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)中的每一個的獨立變化都會導(dǎo)致疫苗接種誘導(dǎo)的抗體的數(shù)量和質(zhì)量的改變；結(jié)果發(fā)現(xiàn)包含一種結(jié)構(gòu)簡單的氨基酸連接器的METH疫苗有利于限制METH通過血-腦脊液屏障進入腦[24]。Moreno等[25]通過分子模擬系統(tǒng)生成一系列靶向最穩(wěn)定的METH構(gòu)象的半抗原設(shè)計，然后將合成的半抗原與KLH偶聯(lián)，免疫小鼠后進行血清學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)不同的半抗原設(shè)計所產(chǎn)生的抗體效價與抗體親和力均不同。一系列的比較研究證明了半抗原設(shè)計對于藥物濫用疫苗的重要性，半抗原的設(shè)計對于免疫識別至關(guān)重要，因為它影響靶抗原的遞呈，進而影響免疫反應(yīng)的質(zhì)量；半抗原必須能夠代表真正的小分子藥物，其誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)才能夠針對目標藥物。

載體蛋白是偶聯(lián)疫苗的重要組成部分，因為它是T細胞表位的來源。這些表位是通過抗原遞呈細胞激活T細胞所必需的，而活化的T細胞可以刺激B細胞，即T輔助細胞。這些細胞之間的同源相互作用通過MHCⅡ遞呈與T細胞表位相關(guān)的半抗原而發(fā)生。MHCⅡ遞呈首先是免疫交聯(lián)物的攝取和胞內(nèi)蛋白水解消化，B細胞對免疫偶聯(lián)物的一個重要處理過程是半抗原對多個B細胞受體的交聯(lián)作用。所以需要足夠程度的載體蛋白半抗原，即表位密度，以誘導(dǎo)有效的B細胞受體交聯(lián)用于下游募集T輔助細胞[11]。很少有研究比較各種蛋白質(zhì)作為小分子半抗原載體的功效，在海洛因疫苗研究中發(fā)現(xiàn)免疫原性的趨勢為KLH<白喉類毒素

疫苗優(yōu)化的一個領(lǐng)域是佐劑的選擇，用于通過增加局部炎癥、刺激抗原遞呈細胞和充當(dāng)倉庫來增強局部免疫應(yīng)答。Arora等[23]用SMA-TT聯(lián)合氫氧化鋁佐劑誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生抗體并能夠減弱條件位置反射的獲得和恢復(fù)。該研究組又用相同的METH疫苗SMA-TT配伍E6020佐劑(一種Toll樣受體4激動劑)，在最適劑量下抗體的峰值水平較鋁佐劑增加了2倍，接種疫苗的小鼠水平活動明顯減少，但對垂直活動以及條件位置偏愛無明顯影響。在對ICKLH-SMO9疫苗佐劑的優(yōu)化研究中，分別用氫氧化鋁、SAS (Sigma adjuvant system, SAS)、GLA-SE (glucopyranosyl lipid A-stable emulsion, GLA-SE)作為佐劑比較有明顯差異，免疫效果GLA-SE>SAS>氫氧化鋁，但產(chǎn)生的抗體親和力沒有受到影響[11]。相同的疫苗與不同佐劑配伍的免疫結(jié)局是不同的，佐劑研究在METH疫苗的研發(fā)中是不可缺少的一部分。

METH疫苗需要相當(dāng)高的效價水平以達到有效性，因為必須阻斷大量的藥物以阻止藥物引起的效應(yīng)。相反，針對病原體的疫苗對阻止感染的滴度要求較低。因此，不僅需要考慮半抗原的設(shè)計以及載體蛋白的選擇，疫苗的免疫方式、劑量以及免疫時間表也會影響疫苗的效力。結(jié)合接種疫苗通常注射3次，每次注射間隔2～4周。效價在注射后2～4周達到高峰，在下一次注射前的2～3個月衰退。

四、展 望

疫苗為治療METH成癮提供了一個新的途徑，在無相關(guān)有效藥物治療的情況下，是一個很值得考慮的治療方法。雖然這些疫苗在臨床前顯示出較好的效果，但這些研究成果還未能轉(zhuǎn)化到臨床研究，所以努力提高疫苗的效力特別是疫苗的免疫原性是勢在必行的。發(fā)展新的半抗原合成策略，使用免疫原性更強并且特征良好的載體，更好的佐劑以及一些尖端的生物材料將會生產(chǎn)出更為有效的下一代METH疫苗。除了疫苗，其他生物制品如抗藥物單克隆抗體及其他藥物的研究也正在進行臨床前及臨床研究[10]。在研究中可以將疫苗、抗藥物單克隆抗體和(或)藥物作為聯(lián)合療法，以規(guī)避每個單獨的治療方法的缺點或針對特定患者群體的個體化治療。在研究和評估潛在候選疫苗時，研究人員應(yīng)該考慮性別對疫苗免疫原性的影響，這已經(jīng)在可卡因疫苗的相關(guān)研究中提出。此外，藥物遺傳學(xué)也可能影響疫苗的效果，例如，具有多巴胺β-羥化酶基因變體的個體(其降低胸徑水平)對可卡因疫苗的治療效果比具有正常多巴胺β-羥化酶水平更好。應(yīng)用藥物遺傳學(xué)原理并識別相關(guān)的遺傳亞群將在未來的試驗中發(fā)揮一定的作用。