Targeting Dendritic Cells with Vaccines and TLR Adjuvants Leads to Protective Multi-Functional T Cell Immunity

今天的演講者是美國國家衛生研究院的細胞免疫組主任，Dr. Robert Seder。Dr. Seder從Johns Hopkins University畢業後，進入Tufts醫學院並且畢業後在Cornell醫學中心完成他的住院醫師訓練。

Dr. Seder講了有關在疫苗研發中樹突細胞 (Dendritic Cell, DC)與T cell所扮演的角色與因果關係。他首先以一張表格闡述DC跟Toll-like receptor/TLR之間的關連：

	CD141/BDCA-3 DC	conventional DC	pDC
cytokine	IL-12/IFN-b	IL-12	Type I IFNs
TLR3	+ (poly I:C)	-	-
TLR4	-	+ (LPS)	-
TLR7	-	-	+ (imiquimod)
TLR8	-	+ (R-848)	-
TLR9	-	-	+

(括弧內表示用實際上可用來刺激的佐劑名稱)

這張表格說明人體中大致上有三大類的DC細胞，除了傳統認知上的conventional DC和抗病毒作用中很重要的plasmacytoid dendritic cells/pDC之外，還有另一群細胞膜上具有CD141表面抗原的DC群，這三類的DC除了產生的細胞激素有種類的不同，在產生的激素濃度上也不一樣，而不同的細胞激素種類及濃度會刺激不同的下游細胞進而產生不同的免疫反應。另外，這三類DC各自表現的TLR也不盡相同，TLR是這些DC的接受器之一，想要活化某種DC就得給予相對應的TLR刺激，這時佐劑的選擇就很重要了。

在研究佐劑的過程中他們發現將佐劑利用化學反應連接起來的aggregated protein比起monomer更能引起DC的活化，讓DC更能吞噬抗原。

因此為了讓疫苗有效果，必須要活化T cell的免疫反應，如果活化後的DC並不能有效的激發下游的T細胞免疫反應，那麼疫苗的研發也會功虧一簣，Dr. Seder舉例，活化後的pDC只有相當低程度的抗原呈現功能，讓T細胞活化的效果不高，然而活化pDC卻是Type I IFN的主要供應來源之一，而Type I IFN是身體第一線用來抵抗病毒入侵的細胞激素，但Type I IFN被認為是比較屬於先天性免疫保護功能的一類。

然而Dr. Seder的研究成果發現給予TLR7 aggregated的佐劑可以有效的活化pDC，並產生大量的Type I IFN，Type I IFN又可以活化其他的DC，讓其他的DC聚集到感染區域並活化他們的吞噬及抗原呈現能力。所以活化T細胞的過程Type I IFN與先前已知的IL-12都是必須的。

在瘧疾原蟲侵入紅血球之前

開頭的影片是瘧疾原蟲的生活史及入侵途徑。瘧原蟲在人體內有兩個繁殖方式，一是有性的產生公母配子，像精卵受精方式，長成一個完整的原蟲個體; 另一是無性生殖，主要發生在紅血球內。如下圖所示：

(圖片來源: 
Nature Genetics 42 ,284–285(2010))

很顯然地，紅血球在瘧原蟲的繁殖過程中扮演不可或缺的角色，如果能阻止瘧原蟲進入紅血球，也許就能給瘧原蟲一點苦頭吃？澳洲墨爾本大學的寄生蟲學家Alan Cowman等人利用一種先前被發現可以阻止瘧原蟲進入紅血球的R1蛋白，闡明了如果能避免瘧原蟲的表面蛋白AMA1與紅血球上的表面蛋白RON形成tight junction這種緊密結合結構，即便瘧原蟲可以貼附在紅血球上，也無法入侵紅血球內部。


下圖則是他們觀察在顯微鏡底下，給予 (B)或未給予 (A)R1蛋白後，瘧原蟲侵入紅血球的情形，黃色箭頭處則是由於受到R1蛋白的影響，瘧原蟲試圖但仍無法進入紅血球:

更詳細的圖解:

(以上圖片來源：J. Biol. Chem. 2010;285:114815–14822)

儘管距離疫苗的研發或開發治療的新方法仍有一段距離，但這篇研究讓人們對於瘧原蟲在人體內肆虐的過程又有了更深一層的瞭解。

參考文章： Richard D. et al. Interaction between PlasmodiumfalciparumApical Membrane Antigen 1 and the Rhoptry Neck Protein Complex Defines a Key Step in the Erythrocyte Invasion Process of Malaria Parasites. J. Biol. Chem. 2010 May;285:114815–14822

Polyomavirus的Receptor

簡介polyomavirus

具有雙股DNA，沒有外套膜，屬於正二十面體的病毒。polyomavirus的成員包括有JCV, BKV, SV40跟鼠類polyomavirus (mPyV)。其中SV40被研究得較為透徹是因為早期製作小兒麻痺病毒疫苗時，採用猴子腎臟細胞來做培養，卻沒想到這些細胞都帶有SV40病毒，所以當初施打這些疫苗的人並沒有出現明顯的症狀。
polyomavirus屬於致癌病毒的一類，其他致癌病毒還有子宮頸癌病毒(HPV)跟卡波西氏肉瘤病毒(KSHV)等等。polyomavirus所帶有的T antigen DNA進入宿主細胞核後，容易導致宿主細胞癌化 (T antigen取其tumor之意)，利用此一特性，許多種類的細胞都是導入了SV40 T antigen後才成為可供研究的細胞株。
JCV則可能會在免疫低下或缺陷的病人中引發進行性多灶性白質腦病(progressive multifocal leukoencephalopathy，PML)，這是一種神經髓鞘剝落的病症，有很高的死亡率。

polyomavirus的receptor

病毒多半是透過特定的receptor而進入細胞造成感染，通常這種receptor都是蛋白質，但polyomavirus的receptor是名為sialic acid的醣類。此外，polyomavirus的病毒們也多半需要蛋白質類coreceptor的幫助才能順利感染。這些coreceptor包括了有MHC-1 (SV40)、α4β1 integrin (mPyV)或血清素receptor (JCV)。

如何發現這些receptor


早在1953年，研究人員便注意到polyomavirus會造成像流感病毒一樣的血液凝集現象，並且發現病毒趨向於具有某些醣類表現的組織。這些現象讓他們懷疑也許sialic acid的這種醣類可能是polyomavirus的receptor。

1980年時，研究發現當利用酵素切除所有細胞表面醣類時，病毒便無法造成感染，而使用特定醣類合成酵素，可以讓大部分的病毒成功感染。1998年時，更進一步採用醣化合成抑制劑及其他醣類切除酵素確認sialic acid應該就是polyomavirus的receptor。

至於coreceptor，SV40利用MHC-1當coreceptor：在80年代，進行研究MHC-1在細胞表面表現情形與病毒感染程度，發現MHC-1的表現含量跟SV40病毒量相關，進一步使用抗體拮抗掉MHC-1後，引起病毒感染的下降; JCV利用血清素receptor：因為JCV進入細胞是利用一種叫Clathrin的表面蛋白形成囊泡而內吞進細胞內，透過使用血清素receptor的抑制劑可以阻止Clathrin引起的細胞內吞過程，並降低病毒感染; mPyV利用α4β1 integrin：由於腺病毒，克沙奇腸病毒等沒有外套膜的病毒都是藉由與integrin的交互作用而感染細胞，所以研究人員們比對了已知的integrin胺基酸序列與mPyV結構蛋白的胺基酸序列，找出有相對應的區段，並利用抗體拮抗來證實。

所以polyomavirus感染細胞的方式被認為是可能在連結了帶有sialic acid的coreceptor (或未知的真正receptor?)之後，順勢被帶引到coreceptor而結合，這樣的結合強化了細胞的內吞作用而進入到細胞質內，反向地經過內質網而進入到細胞核。

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愛滋病毒的疫苗發展

最近，愛滋病毒的疫苗發展經歷了一些挫敗，像是默克藥廠的人體疫苗試驗，儘管已經進入臨床試驗階段，但終究是成效不彰。

這種疫苗的原理是利用腺病毒第五型來表現愛滋病毒的蛋白Gag，Gag蛋白是愛滋病毒的內部蛋白之一，主要功用是構成病毒體的外殼; 在外殼之外，還有一層套膜跟一些醣蛋白組合起來的構造，其中包括很有名的gp120，gp120就是愛滋病毒用來跟T細胞上的CD4接觸，進而感染這些T細胞的最主要蛋白。然而因為愛滋病毒是RNA病毒，很容易造成這些表面蛋白如gp120的變異，所以即便人體發展出對抗gp120的抗體，很快的愛滋病毒又會突變出其他的gp120，讓抗體無法辨識，所以疫苗學家轉而研究其他便異性比較低的蛋白，Gag就是其中一種。

2009年的美國國家科學院院刊裡的一篇文章闡述了這種疫苗失敗的原因之一：英國的研究人員Steven Patterson等認為這種疫苗所利用的載體病毒--腺病毒第五型，會活化體內的T細胞，並且會使得這些活化後的T細胞聚集到生殖道附近，反而更容易讓愛滋病毒感染這些T細胞。

最近愛滋病毒的研發方向之一著重於一種新發現的IgA抗體，IgA抗體是人體中腸胃道及黏膜區最多的抗體，通常可以保護口鼻腔或生殖道的黏膜，這些區域也是病毒最容易感染的區域。這種抗體是由美國德州的Paul Sudhir所發現，他們同時也發現這種IgA具有酵素般的功能，可以水解愛滋病毒的外部蛋白--gp120。不過目前對於這種抗體的瞭解仍然不足，也不確定該如何大量的誘發這種抗體來對抗愛滋病毒，可以知道的是，這種抗體將來不會只侷限在愛滋病毒，包括其他病毒或甚至癌症細胞都可能被使用，畢竟幾乎所有的病原體都跟蛋白質有關，一旦蛋白被水解，也就隨之瓦解了。

PTT綜合生命科學研究院徵文

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部落格介紹- 實驗室裡，實驗室外

這是一個文筆非常好的部落格，且作者纖毛蟲談論的話題都是發生在他的研究生活周圍，如果你也是一個在實驗室裡夙夜匪懈的工作者，那麼對於纖毛蟲所描述的故事一定會有會心一笑的時候。

最新的一篇文章就是上圖的「綠藻枝仔冰」，相信實驗研究者都有同感，明明就是照著期刊上的步驟，卻怎麼也得不到跟期刊上一樣的好結果，其實這些步驟中間或許隱含著許多不為人知的小撇步，就像這個「綠藻枝仔冰」，如果沒有作者親自提點一下，可能做了半年都做不出來任何結果。可惜的是，學術界是如此的競爭，幾乎沒有作者會提供這類在標準文獻之外的小技巧，這不免是種諷刺，也是種人性吧，科學家也是人啊。

只是纖毛蟲近兩年來並沒有任何新文章，這多少讓我們這些引頸企盼的讀者有點失落。

參考網址：
 實驗室裡，實驗室外  by 纖毛蟲

不憂鬱的老鼠

在「科學影像」網站上的這個YOUTUBE連結不知道有多少人注意到？儘管已經是2008的年的研究了，不過現在看來還是很有趣。

2008年的Neuron期刊刊載一篇對於老鼠憂鬱症的研究，是由哥倫比亞大學的Dr. Eric Kandel所主導，他同時也是2000年諾貝爾獎生理醫學獎得主，因為釐清海馬迴是大腦的記憶中樞的相關研究而獲獎。現在海馬迴也被證實與情緒有關。

對人類來說，後天學習而來的恐懼感 (learned fear)是讓人類生存的主因之一，避免讓自己身陷險境，然而這種恐懼感也可能導致焦慮及沮喪的病態症狀，讓人一蹶不振，既然恐懼感可以因後天學習而得，有時又會產生意想不到的後遺症，那麼後天學習而來的安全感 (learned safety)又是如何呢？

這篇文章的主要是針對後天學習而來的安全感進行背後的機制研究。作者利用輕微的電擊讓老鼠產生不安，而停止電擊的同時也會放出一種固定的聲響，讓老鼠對聲響與安全產生連結，其後在強迫游泳的泳池 (forced-swim test)中，當老鼠沮喪不願繼續再游動時，放出這個固定的聲響，竟讓老鼠再次萌生鬥志，繼續奮游。作者進一步發現，這種正面的行為刺激，雖然與抗憂鬱藥得到同樣的效果 (老鼠奮力游泳)，但兩種刺激所引發的機制卻是截然不同，抗憂鬱藥是增加海馬迴中神經細胞增生作用，後天學習的安全感卻是增加海馬迴中dentate gyrus部位的新生神經細胞，這些神經細胞有助於引發正面的情緒。

長遠來看，這個機制的揭開將有助於發展另外一種截然不同的抗憂鬱藥途徑，而我所聯想到的卻是，當人沮喪失意時，或許可以回頭去聽聽年少時的懷舊歌曲，或是那些能讓你回想起歡樂時光的音樂，古典音樂也好，靡靡之音也罷，能讓自己振作起來才是最重要的。

參考文章：
1. 不憂鬱的老鼠- 科學影像網站
2. An Animal Model of a Behavioral Intervention for Depression. Neuron. 2008;60:149–161.
3. 圖片來源: Coolmristuff