全 文 ：第24卷 第2期
2012年2月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 24, No. 2
Feb., 2012
文章编号：1004-0374(2012)02-0174-07
表位疫苗的设计及应用研究进展
赵　德1，冯　磊1，张　强2，郭建宏2，高凤山1,2*
(1 大连大学生命科学与技术学院，分子免疫学实验室，大连 116622；2 中国农业科学
院兰州兽医研究所，家畜疫病病原微生物国家重点实验室，兰州 730046)
摘　要：表位疫苗相对传统疫苗拥有较多优势，其最大的优点就是可以克服传统疫苗造成的毒力恢复或散
毒的可能。另外表位疫苗本身无毒、稳定，符合未来疫苗发展的方向。表位疫苗的设计需要从表位的筛选、
优化及表位的组合等多方面展开。现对表位疫苗的设计策略及应用作一介绍。
关键词：表位疫苗；筛选 ; 优化；抗原
中图分类号：Q78 文献标志码：A
Design and application of epitope-vaccines
Zhao De1, Feng Lei1, Zhang Qiang2, Guo Jian-Hong2, Gao Feng-Shan1,2*
(1 Laboratory of Molecular Immunology, College of Life Science and Technology, Dalian University, Dalian 116622,
China; 2 Veterinary Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730046, China)
Abstract: Comparing to traditional vaccines, epitope-vaccine displays many advantages. The most outstanding
advantage for epitope-vaccine is that it can avoid the disadvantages of virus-excretion and virulence recovery. In
addition, the epitope-vaccine is atoxic and stable. Therefore, the epitope-vaccine meets to the developing direction
of future vaccine. Design of epitope-vaccine needs to carry out from epitope-screening, optimization and
assemblage of epitopes, etc. Presently, we will give an introduction to designing strategy and application of epitope-
vaccine.
Key words: epitope-vaccine; screening; optimization; antigen
收稿日期：2011-08-21； 修回日期：2011-12-02
基金项目：国家自然科学基金项目(30972169, 3117-
2304)；家畜疫病病原生物学国家重点实验室开放基金
(SKLVEB2009KFKT007)
*通信作者：E-mail: gfsh0626@126.com；Tel: 0411-
87402310
表位疫苗是近年来发展起来的一种新型疫苗，
它是利用基因工程手段，体外表达或人工合成病原
微生物的表位，将其作为一种疫苗使用 [1]。表位
(epitope)又称抗原决定簇 (antigenic determinance)，
是抗原分子中决定抗原特异性的化学基团，它能够
与 T细胞抗原受体 TCR或 B细胞抗原受体 BCR特
异性结合，最终刺激机体产生免疫反应，形成对病
原微生物的免疫能力。相比较于传统疫苗，表位疫
苗安全、无毒、稳定，可以直接刺激机体产生特异
性免疫反应。因此，表位疫苗更符合未来疫苗的发
展方向。下面就表位疫苗的设计和应用按照图 1展
开介绍。
1　表位筛选
研制表位疫苗，首先要筛选出需要的表位。表
位包括 T细胞表位和 B细胞表位。T细胞表位由 T
细胞受体 (TCR)识别，B细胞表位由 B细胞受体
(BCR)识别。T细胞表位在细胞内由主要组织相容
性复合体 (major histocompatibility complex, MHC) I
或 II分子识别并递呈到细胞表面，然后分别被 CD8+
细胞毒 T细胞的 TCR识别和辅助性 CD4+T 细胞的
TCR识别。被 CD8+细胞毒 T细胞的 TCR识别的
细胞表位称为细胞毒 T细胞 (cytotoxic T leukocyge,
赵　德，等：表位疫苗的设计及应用研究进展第2期 175
CTL)表位，后者称为辅助性 T细胞 (helper T cell,
Th) 表位。B 细胞表位被 BCR识别，同时也能够
被 MHC II类分子递呈，属于可溶性蛋白质抗原构
象决定簇，其与MHC II分子结合后的复合物在细
胞表面被 BCR识别。关于三类细胞表位的区别见
表 1。
因此，表位的鉴定可以利用与其相关的免疫
反应来实现，Ｔ细胞表位利用细胞免疫应答鉴定，
Ｂ细胞表位利用表位与抗体的特异反应鉴定 [2]。
1.1　酶、化学降解法
酶法主要是用酶水解蛋白抗原，其原理是利
用胰蛋白酶、胃蛋白酶等降解蛋白质分子为小肽，
并筛选有功能的小肽用于抗原表位研究。化学降
解法是用一些化学物质或者酶将蛋白质降解成多
个多肽片段，然后从降解得到的肽混合物中分离
得到目的肽。利用化学降解法已成功从多种蛋白，
例如谷蛋白、细胞色素 b、珠蛋白、血清蛋白等
中分离得到抗原表位多肽 [3]。化学法与酶法确定
抗原表位的特异性高，但操作复杂繁琐，只能获
得线性表位。
1.2　串联重复多肽合成法
串联重复多肽合成法是最早使用的筛选抗原表
图1 表位疫苗的设计及应用示意图
表1 细胞表位的分类
表位类型 氨基酸数目 存在部位 递呈细胞 限制性 受体
细胞毒T细胞表位 8~10 有核细胞 抗原递呈细胞 MHC I类分子 T细胞受体
辅助性T细胞表位 13~21 有核细胞 抗原递呈细胞 MHC II类分子 T细胞受体
B细胞表位 20~40 B细胞 MHC II类分子 B细胞受体
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位多肽的方法，该方法根据已知病原基因的氨基酸
序列，合成连续重叠多肽，通过单纯的动物免疫学
实验筛选出阳性片段。这一技术要求明确抗原分子
的一级结构，只能检测抗原线性表位。另外该方法
有很大的局限性，不但工作量大、费用高，而且重
叠之间的表位有可能被忽略，所以不能够鉴定出目
的蛋白上所有 T细胞表位。
近来，该方法得到了改善，即不再依靠单纯
费时和费力的动物免疫实验进行筛选，而是利用多
肽表位在体内与MHC结合的原理，在体外筛选串
联重复多肽。Axelsson-Robertson等 [4]近来使用人
MHC I类分子 HLA-A*3001 和 HLA-A*3002 来筛
选结核分枝杆菌 TP104蛋白串联重复肽中的细胞表
位，结果筛选到了 3个与 HLA-A*3001结合的 TP104
多肽，和 22个与 HLA-A*3002结合的多肽。
1.3　噬菌体展示肽库技术
将编码表位多肽的寡聚核苷酸整合到编码噬
菌体表面蛋白的基因上，该基因表达后的蛋白含有
目的多肽，展示在噬菌体表面。通过设计出编码不
同多肽的寡聚核苷酸，可以在噬菌体表面展示多达
109以上不同的多肽序列，几乎可以涵盖所有的抗
原表位。利用抗原表位可以与抗体进行特异性结合
的特性，筛选出目的抗原表位。然后将抗体固定在
酶标板上，与肽库噬菌体结合，洗去未结合的噬菌
体，经过几轮筛选，就可以得到能够与抗体特异
性结合的噬菌体，通过 DNA序列分析，得出该噬
菌体携带的外源序列，进而得出目的表位的氨基酸
序列。
Gazarian等 [5]最近利用噬菌体展示技术，构建
了展示 7肽至 12肽的猪伪狂犬病毒的噬菌体展示
库，最后筛选出一个由10个抗原肽组成的共有基序，
免疫 C57BL/6小鼠后发现在小鼠中产生了伪狂犬病
毒的血清中和抗体；攻毒试验表明除了 2只小鼠外，
其余小鼠都能够存活。利用噬菌体展示肽库技术可
以筛选出优势的抗原表位。然而，由于噬菌体展示
库技术采用抗体结合原理，因而只能用于MHC II
类分子递呈的 B细胞或 Th细胞表位的筛选，而不
适用于MHC I类分子结合的 CTL表位的筛选。
1.4　计算机表位预测
计算机表位预测是指通过计算机软件，预测 B
细胞表位或者 T细胞表位。在已知抗原蛋白结构的
基础上，可以做到既能预测构象表位，又能预测线
性表位，并能够用图直观的表示出来。在已知氨基
酸序列的基础上，可以利用氨基酸的理化数据特征，
预测可能含有表位的区域。目前，已有多种软件可
以预测目标蛋白的 B细胞或 T细胞表位，比如
EpiTOP、NetMHCpan 2.4 Server等。Karosiene等 [6]
最近报道了几种最新的MHC I类分子结合的表位
肽预测软件，包括 NetMHC、NetMHCpan 和 Pick-
Pocket。经过实验比较发现，NetMHCpan 在预测的
准确率方面要好于其他预测软件，并且可以适用于
预测任何动物MHC I类分子结合的多肽表位。另外，
El-Manzalawy和 Honavar [7]最近报道了 B细胞表
位的预测方法，包括预测线性表位和构象表位。
B 细胞线性表位的预测方法包括 Propensity Scale
methods、Improved Scale methods和Machine learning
methods等。前两者用到的预测软件有 PREDITOP、
PEOPLE、BETITOPE和 BcePred，而后者所用的软
件为 ABCPred。B细胞构象表位的预测方法有 se-
quence-based prediction methods、structure-based predic-
tion methods和Mimotope analysis-based prediction me-
thods。构象表位预测所用到的软件分别有 CEP、Dis-
coTope、Ellipro、PEPITO等。
1.5　MHC单链分子结合法
多肽与MHC I复合体结合的研究开始于 1992
年，Godeau等 [8]采用一个富含甘氨酸 -丝氨酸的
15个氨基酸接头将小鼠 H-2Kd胞外区和 β2m进行
拼接后，转入杆状病毒载体并在昆虫细胞中进行表
达，表达的蛋白在体外可以结合 H-2Kd限制性片段，
表明重构的复合体蛋白具有结合多肽的活性。
Oleksiewicz等 [9]将一段猪瘟病毒 (CSFV)表位肽与
猪的MHC分子即猪的白细胞抗原 (swine leukocyte
antigen, SLA) I类分子的 SLA-I重链基因及轻链基
因 β2m进行共价连接，并通过 pET-22b进行表达。
ELISA检测表明，原核表达的 SLA-I-peptides-β2m
重组蛋白复合体在体外能够部分正确折叠。2006年，
本课题组也报道了利用体外构建具有开放抗原多肽
结合槽的猪 SLA-I复合体以结合和筛选口蹄疫病毒
9肽的研究 [10]。最近，Kim等 [11]报道了将 HLA-A2
重链基因、轻链 β2m及一段包含西尼罗病毒 (West
Nile virus, WNV)表位的多肽用柔性接头连接，免
疫转基因小鼠后能够针对病原产生强烈的保护性的
CD8+T细胞反应，攻毒后小鼠能够健康存活。
2　表位疫苗的载体
由于表位多肽只是一段氨基酸残基，免疫原性
较差，且容易被降解，因此在实际使用过程中需要
借助一定的载体才能发挥免疫作用。
赵　德，等：表位疫苗的设计及应用研究进展第2期 177
2.1　脂质载体
脂质分子本身不具备免疫原性，但可以作为载
体连接在抗原肽的末端，能帮助肽分子被抗原呈递
细胞识别，不仅使表位多肽在机体内能够稳定存在
而不被降解，而且可以增强免疫应答反应。因此，
脂质分子是一种较为理想的表位疫苗载体。
Zeng等 [12]最近报道了将流感病毒的 T细胞表
位经脂质体 S-[2,3-二 (棕榈酰基氧基 )丙基 ]-半胱
氨酸包裹，接种实验动物后证实，脂质体能够促进
表位肽产生良好的免疫反应。另外，其他病毒如抗
艾滋病病毒的脂肽疫苗的研究已经取得了一定的进
展，并且在临床应用上收到了良好的效果 [13]。
免疫刺激复合物 (the immunostimulating complex,
ISCOM )是 20世纪 80年代发明的一种脂质体，其
主要成分是一种皂角素 (Quil A)，它可以包裹病原微
生物的抗原蛋白或者多肽，在体内缓慢释放并诱导
机体产生免疫反应。目前 ISCOMs应用较为广泛。
最近，Solano-Parada等 [14]将寄生在美洲狮哥斯达
黎加亚种的血管圆口线虫的一段多肽表位与 ISCOM
混合应用接种小鼠，结果免疫小鼠获得了 100%的
保护，而比应用磷脂酰 B簇维生素及胆固醇作为脂
质的免疫组分别高出 40和 20个百分点。该实验充
分证明 ISCOM确实能够提高多肽表位的免疫效果。
2.2　蛋白载体
乙肝病毒的核心蛋白能够允许一定程度的缺失
和插入，并且能够将外源序列高密度地暴露在蛋白
颗粒表面。英国 Acambis公司研制的针对流感病毒
所有 A型株的表位疫苗 ACAM-FLU-A(TM)，以乙
肝病毒的核心蛋白氨基端 163个氨基酸作为载体来
递送流感病毒离子通道蛋白M2的胞外结构域M2e，
并经过临床试验证明该疫苗具有很好的耐受性和免
疫原性 [15]。另外，Zhou等 [16]最近报道了将来自于
IL-10的一段多肽通过基因重组的方法插入到乙肝
病毒核心抗原 (HBcAg)中，从而制成了一种 HBcAg
作为载体，并与 IL-10相关的疫苗，该疫苗能够诱
导动物机体产生高滴度的 IL-10特异性的 IgG，该
疫苗可以用于治疗 IL-10缺乏相关疾病。
热激活蛋白 HSP也可作为表位疫苗的蛋白载
体，在肿瘤免疫中发挥着重要作用，通过分子载体
的作用将抗原肽呈递 APC表面，激活 CD8+T，达
到杀伤肿瘤细胞的目的。HSP70根据相对分子质
量的不同分为 4类，即 HSP90家族、HSP70家族、
HSP60家族和最小的 HSP家族。现在认为，HSP90
家族和 HSP70家族与外来抗原的摄入及参与MHC-I
类分子的结合有关。HSP70家族的成员还参与新生
肽的折叠，并协助表位肽与 TAP (transporter associated
with antigen processing)的结合。Ren等 [17]将 HSP与
人乳头瘤病毒 HPB-16E7的 CTL表位多肽偶联，并
以腺病毒作为多肽 DNA的载体，形成的 DNA疫
苗能够很好地清除动物模型中的肿瘤细胞，并可诱
导 CTL细胞的活化。
另外，卵清蛋白 (OVA)[18]、牛血清蛋白 (BSA)[19]、
钥孔血蓝蛋白 (KLH)[20]等也可作为表位疫苗的蛋白
载体。
2.3　佐剂
为了加强多肽疫苗的免疫效果，有时候使用佐
剂与多肽疫苗一起进行免疫。目前最常用的是弗氏
佐剂和氢氧化铝佐剂。
弗氏佐剂是一种经典的免疫佐剂，分为完全
弗氏佐剂 (CFA)和不完全弗氏佐剂 (IFA)。Tigno-
Aranjuez等 [21]将两种MHC I类分子限制性的多肽
经 CFA乳化后接种 C57BL/6J小鼠，然后检查细胞
因子分泌、增殖、体内的细胞毒性反应以及迟发型
变态反应 (DTH)。结果表明 CFA作为佐剂能够诱
导 CD8+T细胞产生明显的增殖和 DTH，并能诱导
产生 γ-干扰素、IL-2和 IL-17。氢氧化铝可以吸附
表位多肽，也可作为一种载体用在表位疫苗的研
制上。最近，Wang等 [22]报道将 C型肝炎病毒抗原
多肽与氢氧化铝佐剂混合免疫 BALB/c小鼠，结果
显示氢氧化铝佐剂能够诱导明显的抗体滴度产生，
抗体效价达到 1 : 51 200，而且还能引起 CD19+CD38
产生，及引起 IL-6和 IL-10分泌产生。最后得出结论：
氢氧化铝作为佐剂能够引起一种潜在的由 Th2细胞
介导的免疫反应，同时表现为特异性的脾脏抗体分
泌性细胞增加以及 CD19+CD27+ 细胞比率的增加。
3　表位疫苗的设计
在实际的应用中，为增强表位疫苗的免疫活性，
还需要采用各种方式对表位疫苗进行优化设计。
3.1　抗原表位线性串联
抗原表位线性串联是指采用人工合成的方法将
多个不同的抗原表位串联起来，构建具有多种表位
肽的复合多价表位疫苗，该方法可以有效增强抗原
表位多肽的免疫原性，同时也能够避免载体的引
入可能造成的不确定影响。吴绍强等 [23]报道利用
分子生物学软件分析了 FMDV结构蛋白 VP1~VP3
上可能的抗原表位，并人工合成了 8条表位多肽。
通过采用 SATⅡ型 FMDV阳性血清进行 ELISA反
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应，检测其反应原性，然后通过采用与载体蛋白偶
联的合成肽免疫小鼠，测定小鼠血清中抗体效价，
检测合成肽的免疫原性。结果表明，合成的 8条多
肽均能与 SATⅡ型 FMDV阳性血清结合，其中的
6条多肽免疫小鼠后能产生针对多肽的抗体。最新
的研究报道，当表位串联时一般要串联 30个以上
的氨基酸才具有较好的免疫原性 [24]。
3.2　MAP空间构象结合模式
多价抗原肽 (multiple antigen peptide, MAP)是
将病原微生物蛋白表面的多种 B细胞或 T细胞表位
的氨基酸连接于树枝状的多聚赖氨酸结构上，构建
一种立体结构的多价表位疫苗，这种方式链接的表
位多肽具有较好的方向性，但是赖氨酸骨架的化学
合成成本较高。Mahajan等 [25]最近报道了恶性疟原
虫MAP疫苗的设计策略。他们设计了恶性疟原虫
三种MAP疫苗，这些疫苗的多肽表位分别来自于
疟原虫的孢子阶段、肝组织和血液等生命周期中表
达的蛋白。分别在 C57BL/6、BALB/c和 A/J系的
小鼠，HLA-A2基因转导的 C57BL/6小鼠和杂交品
系 (CD1)小鼠展开抗体和细胞免疫反应检测。结果
显示所有三种MAP疫苗均能诱导明显的抗体和细
胞免疫反应，但由于小鼠的MHC背景不同，免疫
效果有所区别。其中，MAP-1可以阻断 Plasmodium
alciparum sporozoites在 HepG2肝细胞的入侵 (在
HLA-A2 C57BL/6小鼠中最高，达到 95.16%；在
BALB/c小鼠中最低，达到 11.21%)，而MAP-2和
MAP-3疫苗均能够不同程度减少疟原虫在血液阶段
的繁殖。该研究为今后开展人类抗疟原虫MAP表
位疫苗的研制提供了丰富的数据。
3.3　表位修饰
在表位串联时，可能会在连接处产生新的表位，
从而影响原表位的免疫活性。娄加陶 [26]把结核
杆菌抗原 Rv0309、Rv0173的 HLA-A~*0201限制性
CD8+CTL表位与其他已知抗原表位优化组合，并引
入 PADRE及“木马肽”序列，采用 furin肽酶识别
基序 RVKR作为接头，构建并重组表达、纯化“串
珠式”表位肽疫苗，并在细胞水平上对其免疫原性
进行分析。结果表明：重组表达的“串珠式”表位
肽在细胞水平上能诱导出更强的 CTL保护性应答
反应。石统东等 [27]研究发现，设计 HBV治疗性表
位多肽疫苗时，在 CTL表位的基础上引入“Th+ B”
细胞表位以及三个丙氨酸的间隔序列，可以增强
CTL表位肽的免疫原性。虽然MHC分子与表位的
结合是特异性的，但这种特异性不是指只能与单一
的肽段结合，而是指可以识别一系列具有某些共同
特性的肽段，其中包括一些经过修饰的非天然肽段，
即修饰的肽配体 (altered peptide ligand, APL)。通
过对肽分子进行修饰，在特定的位置替换成与MHC
有较高亲和力的氨基酸，有利于表位肽与MHC分
子的结合。唐艳 [28]将黑色素瘤相关抗原MART1/
MelanA(27-35)(AAGIGILTV)表位的 P1位由 L替换为
A，提高了表位的免疫原性。
4　表位疫苗的应用现状
与传统疫苗相比，表位疫苗有着明显的优势。
目前，表位疫苗在肿瘤以及病毒性疾病的预防方面
已经有了较广泛的应用，同时在细菌、寄生虫等引
起的疾病的防治中也取得了一定的进展。
4.1　肿瘤多肽疫苗
肿瘤多肽表位疫苗是来自肿瘤特异性抗原、病
毒相关抗原、癌基因或癌基因突变蛋白的多肽组成
的疫苗。Thomann等 [29]最近将 ErbB2 p63-71 细胞
毒性 T细胞及 HA307-31辅助性 T细胞表位及 TLR
蛋白用脂质体包裹后免疫小鼠，结果发现在表达
ErbB2蛋白的肿瘤细胞上产生了明显的抗肿瘤效果。
最近Mine等 [30]报道，关于治疗癌症和黑色素瘤的
多肽表位疫苗在日本出现，目前已进入临床应用阶
段。但肿瘤表位疫苗目前由于宿主的免疫逃避机制
等，其临床应用效果仍然不是特别理想。
4.2　病毒表位疫苗
20世纪 80年代，Strohmaier等 [31]发现口蹄疫
病毒含有免疫学位点的氨基酸序列，即病毒表位，
从而开始了病毒表位疫苗的研究。目前，病毒表位
的研究已经在国内外广泛展开，并且取得了很大的
进展。最近，Zhou等 [32]报道了典型猪瘟病毒表位
疫苗的研究。该研究小组将猪瘟病毒 E2糖蛋白的
两个线性 B细胞表位在大肠杆菌中表达，制成多表
位疫苗。然后接种 15头 6周龄的 SPF小猪，所有
接种的小猪都能表现出抗体再生反应，抗体滴度达
到 1 : 16至 1 : 256。经 106个 TCID50剂量的 CSFV
强毒攻毒，疫苗免疫组小猪全部健康存活，并且未
表现出任何典型猪瘟症状，而对照组的小猪发病严
重。今后，猪瘟病毒的免疫防疫有可能从传统疫苗
过渡到表位疫苗阶段。另外，病毒表位疫苗在
HIV、HCV等的研究也取得了进展，并逐渐向临床
应用阶段发展。
4.3　细菌表位疫苗
表位疫苗在抗菌方面的应用也较为广泛。周维
赵　德，等：表位疫苗的设计及应用研究进展第2期 179
英等 [33]构建了幽门螺旋杆菌黏附素和尿素酶 B亚
单位双亚基多表位疫苗，免疫检测有较好的免疫原
性。另外，Chen等 [34]构建了铜绿假单胞菌多表位
MyD88基因疫苗，成功地刺激小鼠产生高度特异性
的抗体，气管接种该疫苗的小鼠肺匀浆细菌计数明
显低于对照组。
4.4　寄生虫表位疫苗
抗寄生虫的表位疫苗相对较少，但关于寄生虫
表位疫苗的研究已经展开。最近，Curtidor等 [35]通
过表位预测及化学合成恶性疟原虫的高结合性多肽
表位从而制成初步的表位疫苗，该疫苗接种夜猴后
能够引起高的、持久的抗体滴度。另外，抗日本血
吸虫病表位疫苗的研究也正在开展。
5　面临的问题和展望
表位疫苗的研究尽管近年来发展迅速，但其应
用仍面临一些亟待解决的问题。(1)表位多肽分子
较小，免疫原性较弱，临床免疫效果与常规疫苗仍
然有一定的差距；(2)目前表位疫苗的研究多集中
于线性表位，而缺乏对构象表位的研究和筛选；(3)
佐剂的使用一定程度上会增加表位疫苗的副作用；
(4)多肽合成以及纯化技术的局限性也增加了表位
疫苗的使用风险；(5)表位研究的不均衡也是目前
表位疫苗研究中存在的一个主要问题，尤其对于动
物病毒。譬如口蹄疫病毒，此前过多的表位研究主
要集中于 B细胞表位和 Th细胞表位，而缺乏对
CTL细胞表位的研究，导致表位疫苗中表位的组成
缺乏必要的 CTL表位。
针对上述问题，表位疫苗在今后的研究中还需
要开展多方面的工作，包括要探索新的更加有效的
筛选表位的方法，同时开展表位组合免疫及更加安
全有效的分子佐剂的研究，另外要更加注重构象表
位研究及 CTL表位的研究。
尽管存在一些问题，但表位疫苗作为一种新型
疫苗，其安全、无毒、稳定等优势非常明显，可以
预见表位疫苗在今后的应用前景将越来越广阔。
[参　考　文　献]
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