中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、表位疫苗(epitope vaccine)是用抗原表位制備的疫苗，它減少了疫苗毒副作用，提高了安全性，增強(qiáng)了免疫針對(duì)性，是目前研制感染性疾病和惡性腫瘤疫苗最有發(fā)展前景的方向。然而，由于HLA在人群中呈高度多態(tài)性，受特定HLA限制的表位疫苗通常不能在所有個(gè)體中引起預(yù)期的免疫反應(yīng)。因此，對(duì)任何具有HLA基因多態(tài)性的目標(biāo)群體而言，在研制表位疫苗時(shí)，設(shè)計(jì)同時(shí)攜帶多個(gè)目標(biāo)抗原的多表位疫苗(multi-epitope vaccine)是非常必要的，

2、其每一表位對(duì)部分人群是有效的，精心組合的多表位疫苗可以被多種遺傳背景的HLA分子識(shí)別并結(jié)合，從而得到高效遞呈。但是，在設(shè)計(jì)針對(duì)特定目標(biāo)人群的某種多表位疫苗時(shí)，必須充分考慮目標(biāo)人群中的HLA多態(tài)性特征，設(shè)計(jì)出理論免疫應(yīng)答水平高的多表位疫苗。目前國內(nèi)外尚缺乏專門針對(duì)中國人群HLA分子的遺傳結(jié)構(gòu)特征預(yù)測(cè)多表位疫苗的理論免疫應(yīng)答率并據(jù)此設(shè)計(jì)多表位疫苗的研究。因此，研究基于中國人群HLA位點(diǎn)遺傳結(jié)構(gòu)的多表位疫苗理論免疫預(yù)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)指導(dǎo)疫苗學(xué)家設(shè)計(jì)

3、針對(duì)中國人群的高效多表位疫苗是非常必要的。研究表明中國人群遺傳結(jié)構(gòu)往往具有空間異質(zhì)性和空間結(jié)構(gòu)性特征，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法難以準(zhǔn)確刻畫其內(nèi)在規(guī)律性，必須采用空間遺傳學(xué)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科方法結(jié)合進(jìn)行研究。為此，本研究在地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)框架內(nèi)，以國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)地名數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將理論群體遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、分子免疫學(xué)、空間遺傳學(xué)、空間統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科的理論方法相結(jié)合，針對(duì)中國

4、人群HLA位點(diǎn)的遺傳結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了“中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)”。旨在指導(dǎo)中國疫苗學(xué)家設(shè)計(jì)受HLA-A、B位點(diǎn)限制的多表位疫苗(包括DNA疫苗)，評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)根據(jù)不同HLA組分組合設(shè)計(jì)的多表位疫苗(或DNA疫苗)在中國各地人群中的免疫效果。預(yù)計(jì)該系統(tǒng)投入應(yīng)用后，將具有廣闊的市場(chǎng)前景與眾多的用戶，將發(fā)揮其較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。全文由以下五章內(nèi)容組成： 第一章多表位疫苗研制的分子免疫學(xué)基礎(chǔ)

5、：簡介了HLA的結(jié)構(gòu)特征及其在表位疫苗免疫中的作用，重點(diǎn)介紹了HLA基因結(jié)構(gòu)及其遺傳特點(diǎn)，HLA-I復(fù)合體基因表達(dá)產(chǎn)物。進(jìn)而，詳述了與多表位疫苗研制有關(guān)的HLA復(fù)合體的免疫學(xué)功能以及HLA的分型規(guī)則及其對(duì)多表位疫苗研制的意義。此外，對(duì)表位疫苗研制的分子免疫學(xué)理論基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹，綜述了表位的篩選、鑒定方法以及表位疫苗的構(gòu)建過程。 第二章資料來源與空間數(shù)據(jù)庫的建立：收集HLA-A、B位點(diǎn)的群體遺傳學(xué)資料，選擇HLA-A、B位點(diǎn)的血清

6、學(xué)特異性基因頻率數(shù)據(jù)、超型頻率數(shù)據(jù)以及單倍型頻率數(shù)據(jù)，構(gòu)建中國人群HLA-A、B位點(diǎn)的群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)庫。以美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(environnlent system research institute，ESRI)研制的arcGIS9.0系統(tǒng)為工具，構(gòu)建中國人群HLA位點(diǎn)空間遺傳學(xué)數(shù)據(jù)的管理與分析平臺(tái)。從而為進(jìn)一步分析中國人群HLA位點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)建“中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)”奠定了基礎(chǔ)。

7、 第三章中國人群HLA-A、B位點(diǎn)的空間遺傳結(jié)構(gòu)分析：在GIS框架內(nèi)，采用主成分分析和典型趨勢(shì)面分析等方法對(duì)中國人群HLA-A、B位點(diǎn)的空間遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量分析，進(jìn)而采用arcGIS9.0的空間分析模塊的反距離加權(quán)法對(duì)主成分分析和典型趨勢(shì)面分析的結(jié)果進(jìn)行了空間預(yù)測(cè)，繪制反映中國人群HLA-A、B位點(diǎn)的空間遺傳結(jié)構(gòu)特征的等值線圖，定量、直觀地反映了中國人群HLA-A、B位點(diǎn)的空間遺傳結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果顯示，中國人群HLA-A、B

8、位點(diǎn)遺傳結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性和空間結(jié)構(gòu)性，其特點(diǎn)為：①總體趨勢(shì)表現(xiàn)為各地漢族與當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族在遺傳結(jié)構(gòu)上相似，形成特定的空間結(jié)構(gòu)區(qū)域，而南、北方漢族的遺傳結(jié)構(gòu)卻相差甚遠(yuǎn)，接近于南、北方少數(shù)民族的差異，形成了明顯的南、北方空間結(jié)構(gòu)區(qū)域，自北向南形成了十分明顯的地理遺傳梯度變異性；②特定地理區(qū)域內(nèi)漢族群體遺傳結(jié)構(gòu)的空間異質(zhì)性程度很低，呈現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)化特征；③南方漢族與南方少數(shù)民族間地理隔離明顯，北方漢族與北方少數(shù)民族間地理隔離不明顯；

9、④北方少數(shù)民族人群遺傳結(jié)構(gòu)的空間異質(zhì)性程度低，呈現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)化特征，南方少數(shù)民族人群的空間異質(zhì)性程度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這些研究結(jié)論提示：由于中國人群HLA-A、B位點(diǎn)血清型與超型的遺傳結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)出高度空間異質(zhì)性和空間結(jié)構(gòu)性特征，在設(shè)計(jì)針對(duì)中國人群的多表位疫苗時(shí)，必須重視其HLA-A、B位點(diǎn)的遺傳多態(tài)性對(duì)疫苗免疫效果的影響。即中國疫苗學(xué)家在設(shè)計(jì)疫苗前，必須充分考慮其所研制的多表位疫苗在不同地區(qū)中的理論免疫效果。 第四章基于GIs

10、的中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建：本章在上述分析HLA-A、B位點(diǎn)空間遺傳結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建了基于GIS的中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。主要研究方法和技術(shù)路線：①構(gòu)建了多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率估算的數(shù)學(xué)模型；②根據(jù)數(shù)學(xué)模型，分別在血清型和超型水平上，編制計(jì)算任意組合疫苗組分的積累表型頻率(CPF)的計(jì)算程序，從血清型與超型數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)完成任何

11、疫苗組分的積累表型頻率(CPF)；③采用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，利用GIS的空間分析模塊，分析中國人群HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗組分CPF的空間分布特征，構(gòu)建中國多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)；④提出針對(duì)中國人群的多表位疫苗設(shè)計(jì)策略；⑤在arcGIS9.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)CPF預(yù)測(cè)的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和可視化。 主要研究結(jié)論：①中國人群HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗組分CPF的空間分布呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性和空間結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)；②

12、采用區(qū)間分析法有效地預(yù)測(cè)了在缺乏單倍型數(shù)據(jù)時(shí)的多表位疫苗的免疫效果；③在條件許可時(shí)，設(shè)計(jì)針對(duì)中國人群的多表位疫苗，應(yīng)盡量優(yōu)先選取HLA-A位點(diǎn)限制的表位；④HLA超型概念的提出，在一定程度上突破了HLA的限制性，簡化了多表位疫苗的設(shè)計(jì)工藝，本研究也對(duì)基于超型的理論免疫應(yīng)答率進(jìn)行了預(yù)測(cè)。 預(yù)測(cè)系統(tǒng)的意義和應(yīng)用：所構(gòu)建的“基于GIS的中國HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)系統(tǒng)"，不僅可用于指導(dǎo)中國疫苗學(xué)家設(shè)計(jì)

13、HLA-A、B位點(diǎn)限制性多表位疫苗(包括DNA疫苗)，而且可用于評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)根據(jù)不同HLA-A、B組分組合設(shè)計(jì)的多表位疫苗(或DNA疫苗)在中國各地人群中的免疫效果。 第五章理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)化展示：為了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)CPF預(yù)測(cè)結(jié)果的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和可視化，本章基于web平臺(tái)，利用ASP語言編寫了中國多表位疫苗理論免疫應(yīng)答率空間預(yù)測(cè)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)展示系統(tǒng)，據(jù)此建立了“中國HLA位點(diǎn)限制性多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)

14、系統(tǒng)”網(wǎng)站。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要功能：①疫苗學(xué)家可以通過本網(wǎng)絡(luò)展示系統(tǒng)的系統(tǒng)查詢主頁面，查詢擬研究或評(píng)價(jià)的多表位疫苗的理論免疫應(yīng)答率在中國不同地區(qū)人群中的理論免疫應(yīng)答率空間預(yù)測(cè)等值線圖；②系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過本系統(tǒng)的后臺(tái)管理主頁面快捷方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的初始化設(shè)置以及維護(hù)升級(jí)；③網(wǎng)站為疫苗學(xué)家提供了豐富多彩的多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論、方法知識(shí)，為他們提供了合作交流平臺(tái)；④實(shí)現(xiàn)了中國多表位疫苗設(shè)計(jì)的理論免疫應(yīng)答率預(yù)測(cè)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)布；⑤滿足了