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基因组学与医学生物学
(
网络版
), 2012
年
,
第
1
卷
,
第
7
-
17
页
Jiyinzuxue Yu Yixue Shengwuxue (Online), 2012, Vol.1, 7
-
17
http://gmb.5th.sophiapublisher.com
10
的番茄比未成熟番茄中的表达量
(2.5% TSP)
降低了
90% (Zhou et al., 2008)
。
2007
年，
Wurbs
等
(2007)
在研
究中也发现类似现象：叶绿体转基因番茄中类胡萝卜
素在叶子的表达量要远远高于成熟果实。由此推测：
在果实的发育过程中，质体基因表达呈下调趋势，而
以果实作为可食部分的作物并不适合可食疫苗的开
发。莴苣是当前转基因材料中的明星，能食用，再生
速度快，叶绿体转化与烟草类似，经研究者的优化，
已 成 功 表 达 了 许 多 药 物 蛋 白 和 疫 苗 抗 原
(Davoodi-semiromi et al., 2009)
，更成为目前叶绿体表
达可食疫苗抗原研究的焦点。总之，现在叶绿体基因
组遗传背景清楚的植物相对较少，而已知的像水稻，
小麦等农作物的叶绿体转化还处于开发期，许多物种
再生体系的研究也很滞后，这成为限制叶绿体转化技
术推广应用的主要瓶颈。
2.3
叶绿体遗传转化表达的疫苗抗原
通过叶绿体转化成功表达的化合物和蛋白质已
经很多，包括一些生物医药、疫苗抗原、酶、血浆蛋
白和抗体等。区别于大肠杆菌表达体系，植物的叶绿
体具备一定的蛋白质翻译后修饰和二硫键形成的条
件，能够使蛋白质形成功能性的三、四级结构。近年
来，利用叶绿体转化技术表达疫苗抗原已成为生物技
术领域研究的热点之一，且取得了一定的进展。通过
该技术成功表达的抗原主要有病毒疫苗和细菌疫苗
两大类，表
1
显示了
2008
年以来通过该技术表达的
各种病毒疫苗和细菌疫苗。
2.3.1
病毒抗原
(1)
猪瘟病毒
(CSFV)
：
CSFV
又称猪霍乱病毒，以
高烧和复合出血为主要临床特征，是全世界普遍分布
的疾病之一。叶绿体转化表达
CSFV
疫苗的研究已取
得一定进展：
2007
年，
He
等
(2007)
将
CSFV
结构蛋
白
E2
基因置于
P64E2
载体中获得衣藻转化子。
ELISA
定量分析显示重组蛋白表达量可达
1.5%~2% TSP
。小
鼠皮下注射疫苗后可检测到免疫反应，但口服疫苗后
并未检测到免疫反应。分析原因是低剂量疫苗口服后
发生了降解，不足于引起免疫反应。此后，
Shao
实验
室又成功将
E2
基因导入烟草叶绿体基因组获得转化
子
(Shao et al., 2008)
。也有研究者曾成功构建猪瘟病毒
E2
基因在百脉根叶绿体基因组中的定点转化载体
pAKE2
，为百脉根叶绿体的转化及用叶绿体生产可食
CSFV
疫苗奠定基础
(
杨宗岐等
, 2007)
。近来，
Li
等
(2011)
对传统
CSFV
疫苗的免疫性进行改善，将
VPIL6C
质粒
(
包含猪白细胞介素
-6
基因和
CpG
基序
)
与壳聚糖纳米粒进行离子交叉连接
(CNP)
后，间隔注
射出生
30 d
的小猪，并同时注射
CSFV
疫苗。发现猪
体液免疫和细胞免疫效果极佳，而此法也有望成为一
种成本效益型的辅助手段来提高猪对疾病的抵抗力。
(2)
人乳头瘤病毒
(HPV)
：全球每年约有
20
万妇
女死于宫颈癌，死亡率排名仅次于乳腺癌。
HPV (
人
乳头瘤病毒
)
是宫颈癌的重要致病因子，其中大约
70%
的恶性宫颈癌由
HPV-16
或
HPV-18
引起
(Smith et al.,
2007)
。目前市场上的
HPV
疫苗主要有预防性和治疗
性两种，在叶绿体中成功表达的多为预防性的亚单位
疫苗。
Millan
等
(2008)
在烟草叶绿体中成功表达
HPV-16 L1
抗原
(HPV
衣壳蛋白
)
，并在小鼠腹腔内检
测出高免疫性。衣壳粒促使疫苗抗原正确折叠并形成
显示免疫原性必须的准确构象。近来，
Waheed
等
(2011)
在上述基础上，将
L1
蛋白与衣壳粒组装基因一并导
入烟草叶绿体获得转化子，提出了热稳定的衣壳粒有
望成为预防宫颈癌的第二代疫苗。
(3)
人类免疫缺陷病毒
(HIV)
：自
1981
年
HIV
被
发现起，
HIV
一直被视为人类的天敌，且至今没有有
效的治疗方法。因此，开发有效疫苗预防
HIV
实属当
务之急。目前，已经有不同的
HIV
疫苗抗原在叶绿体
成功表达，但都没有检测到免疫性，原因可能是叶绿
体缺乏
HIV
抗原蛋白翻译后修饰机制，如糖基化等。
McCabe
等
(2008)
成功将两种不同
HIV-1
型病毒
—p24
载体：
pZSJH1p24 (rbcL
和
accD
基因间插入
p24cDNA)
和
pZF5 (trnfM
和
trnG
基因间插入密码子优化的
p24
基因
)
导入马里兰烟草品系，并检测了
p24
的表达量。
结果显示
: pZSJH1p24
转化烟草叶片为正常绿色，
p24
蛋白只在幼叶表达，可达
2.5% TSP
；
pZF5
转化
烟草叶片为黄色表型，
p24
蛋白在老叶或幼叶都表达，
可达
4.5% TSP
。
N-
末端排序和质谱分析显示：
p24
没
有发生糖基化、磷酸化修饰。近来，
Gonzalze-Rabade
等
(2011)
在烟草叶绿体中获得
p24-Nef (p24
负调节因
子
)
融合蛋白，并利用霍乱病毒
B
亚基为辅助，在对
小鼠进行皮下注射
p24
蛋白和口服
p24-Nef
蛋白的测
试中取得突破，检测到特异性血清
IgG
免疫反应，为
防治
HIV
的研究提供进一步的帮助。但要做到有效预
防
HIV
，研究者还需克服许多困难，例如：
HIV
基因
的高变异性，缺乏相关的动物模型等。
(4)
丙型肝炎病毒
(HCV)
：目前，我国
HCV
感染者
出现了临床表现，在国家传染病报告中，对
HCV
传染
病还没有一种有效的治疗手段
(
魏来和杨瑞峰
, 2008)
。