Evaluations of Immunogenicity and Efficacy of A Novel HPV16 E6 and E7 Multi-epitope DNA Vaccine
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摘要:
目的 构建和评价HPV16 E6、E7多表位DNA疫苗诱导的特异性CTL细胞应答及其对肿瘤生长的干预作用，从而揭示其作为候选HPV治疗性疫苗的潜能。 方法 首先通过IEDB网站中的MHC I Processing Predictions和MHC I Binding Predictions方法，分别预测人类HLA-A*02:01、HLA-A*11:01、HLA-A*24:02和C57BL/6小鼠H-2b的限制性CTL表位，然后根据评分以及ELISPOT实验筛选出二者共同呈递的CTL表位，并将其构建成多表位DNA疫苗（pVAX1-10P）。从预防性和治疗性两个方面研究pVAX1-10P对小鼠移植TC-1异位癌的免疫干预作用，流式细胞术检测特异性CTL应答。 结果 获得10条可被人与鼠MHC分子共呈递的CTL表位，ELISPOT结果表明这10条CTL表位均能诱导小鼠淋巴细胞产生特异性免疫应答；由此构建的多表位DNA疫苗pVAX1-10P无论在预防性实验还是治疗性实验中，均能诱导特异性的细胞免疫并抑制肿瘤的生长。 结论 构建的HPV16 E6、E7多表位DNA疫苗pVAX1-10P能够诱导特异性CTL应答，显著抑制肿瘤生长，有望作为候选HPV治疗性DNA疫苗。 Abstract:Objective To construct and evaluate the specific CTL cell response induced by HPV16 E6 and E7 multi epitope DNA vaccines and their intervention effects on tumor growth so as to reveal their potential as candidate HPV therapeutic vaccines. Methods The CTL epitopes of human HLA-A*02:01, HLA-A*11:01, HLA-A*24:02 restriction and C57BL/6 mouse H-2b restriction were predicted by the MHC-I processing and MHC-I binding methods in the IEDB website, and then screened for co-presentation of both based on scoring as well as ELISPOT experiment. The predicted CTL epitopes obtained were constructed into a multi-epitope DNA vaccine （pVAX1-10P）, and the immunological interventions were performed in the mice transplanted with TC-1 tumour cells from prophylactic and therapeutic strategies respectively, and the ability of pVAX1-10P to induce specific CTL responses was assessed by flow cytometry. Results Prediction and screening yielded 10 CTL antigenic epitopes co-presented by human and murine MHC molecules. ELISPOT results showed that each peptide in the experimental group induced the specific immune responses in mouse lymphocytes. The constructed multi-epitope DNA vaccine, pVAX1-10P, induced the specific cellular immunity and significantly inhibited the tumour growth in both prophylactic and therapeutic experiments. Conclusion The constructed HPV16 E6 and E7 multi-epitope DNA vaccine, pVAX1-10P can induce specific CTL response and inhibit the tumour growth, which is expected as a promising candidate of HPV therapeutic DNA vaccine. -
Key words:
- Cervical cancer /
- Human papillomavirus 16 /
- E6 protein /
- E7 protein /
- Multi-epitope DNA vaccine
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越来越多老年人需要行无痛胃肠镜检查，无痛胃肠镜检查是通过内窥镜检查消化道腔体内有无病变的一种检查，为许多消化道疾病的首选检查。在2019年全球老龄化人口占世界总人口的9.1%，据估计将在2030年达到11.7%，2050年将达到15.9%，在中国2019年老龄化人口占总人口的12.0%，将在分别在2030年与2050年达到20.7%与26.1%[1]。很多研究表明年龄是发生术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction，POCD）的危险因素，年龄≥65岁老年病人术后精神障碍发生率是年轻病人的2～10倍[2]。无痛胃肠镜检查多使用非气管插管的全凭静脉麻醉，药物多选择丙泊酚复合咪达唑仑镇静[3]。丙泊酚是一种酚类衍生物，其通过抑制γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受体减少GABA 的释放频率，从而具有镇静和催眠作用，多数学者认为其无镇痛作用，所以需要复合镇痛药物使用[4]。咪达唑仑（Midazolam）为麻醉常用苯二氮卓类镇静药物，具有抗焦虑、镇静、催眠、抗惊厥及肌肉松弛作用[5]。右美托咪定（Dexmedetomidine）是一种高选择性α2肾上腺素能受体激动剂，通过作用于中枢和外周神经系统的α2受体产生抗焦虑、降低应激反应、稳定血流动力学、镇痛、抑制唾液腺分泌等作用，其优势在于镇静的同时无呼吸抑制的风险[6]。在心血管麻醉和围术期应用时，与咪达唑仑相比，右美托咪定无呼吸抑制的风险，并减少术后不良反应，体现出一定优势[7]。但在无痛胃肠镜检查时与丙泊酚配合使用，右美托咪定麻醉效果及最佳剂量尚无定论。本研究旨在观察不同剂量丙泊酚复合右美托咪定与丙泊酚复合咪达唑仑对老年人无痛胃肠镜的麻醉效果及不良反应的影响，探索右美托咪定最佳剂量。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
本研究经昆明医科大学第一附属医院伦理委员会批准，患者本人与家属同意并签署知情同意书。前瞻性招募2018年9月至2019年4月行无痛胃肠镜联合检查的患者340例，年龄60～75岁，BMI值18.9～27.3 kg/m2，ASA Ⅰ～Ⅱ级。排除标准[2-3]：重要脏器失代偿，对计划用药过敏，或无法完成用蒙特利尔认知评估量表（MOCA）评估的患者。先用随机数字表法将前250例患者分成5组，每组50例；美托咪定0.25 μg/kg组（D1组）、右美托咪定0.5 μg/kg组（D2组）、右美托咪定0.75 μg/kg组（D3组）、咪达唑仑0.03 mg/kg组（M组），对照组（C组）。选出最优右美托咪定剂量后，用随机数字表法将后90例患者分成三组，每组30例，右美托咪定组（D组），咪达唑仑组（M2），对照组（C2）。
1.2 研究方法
1.2.1 麻醉方法
各组患者检测前常规胃肠道准备与禁饮、禁食。术前检查无明显特殊。签署无痛胃肠镜检查和麻醉知情同意书，准备监护仪，氧气，鼻导管吸氧套件，备用麻醉机，面罩，气管插管及急救药品。入室常规监测血压、心电，血氧饱和度，开放上肢外周静脉，予以鼻导管吸氧（3 L/min）。右美托咪定组（D1、D2、D3组），分别予以0.25 μg/kg、0.5 μg/kg、0.75 μg/kg右美托咪定静脉泵注（15 min泵注完毕）。咪达唑仑组（M组）0.03 mg/kg静脉推注。对照组（C组）予以静脉推注等量安慰剂（0.9%氯化钠溶液）。之后各组均静脉推注芬太尼（0.1 μg/kg）与丙泊酚（1.5～3 mg/kg），直至患者睫毛反射消失后行胃肠镜联检查。开始先行胃镜检查，结束后立即行肠镜检查。若术中发生三级体动时，追加丙泊酚0.2～0.5 mg/kg。若术中HR < 50次/min为术中心动过缓，予以阿托品处理；若MAP < 65 mmHg或MAP下降幅度大于30%为低血压，予以麻黄碱处理；若SpO2 < 90%为呼吸抑制，予以简易呼吸器辅助呼吸，必要时暂停检查，严重时予气管插管处理。全程监护患者直至Stward苏醒评分恢复至6分时，各项生命体征平稳后即可在家属陪同下离开。
1.2.2 观察指标
记录患者记录体动、呃逆、心动过缓、术中低血压、呼吸抑制等不良反应。体动分三级，一级为无体动；二级为患者稍体动不影响检查；三级为患者体动影响检查。最佳剂量右美托咪定组（D组），咪达唑仑组（M2），对照组（C2），用蒙特利尔认知评估量表（MOCA）评估术前（T0）、苏醒后5 min （T1）、30 min （T2）、1 h （T3）、2 h （T4）、6 h（T5）认知功能情况。MOCA评分 < 26分者，判定为POCD。用10分法（0分最不满意，10分最满意）评估患者满意度与消化内科医师满意度。D、M2和C2组记录吸烟史、饮酒史、糖尿病、高血压、高胆固醇史，是否有认知功能疾病家族史。
1.3 统计学处理
采用SPSS统计软件分析实验结果。计量资料服从正态分布用（
${{\bar x}}\pm s$ ）描述，组间比较用方差分析，不同时间点的比较用重复测量的方差分析，两两比较用LSD及SNK检验，P < 0.05为差异有统计学意义。不服从正态分布用M（P25，P75）描述，组间比较用秩和检验；计数资料用n（%）描述，组间比较用χ2检验，两两比较采用调整的检验水准（α = 0.05）。2. 结果
本研究招募340例患者，D1、D2、D3、C、M组各50例，D、M2、C2组各30例。各组间年龄、性别组成、BMI、检查时间，差异无统计学意义（P > 0.05），见表1。
表 1 八组患者一般情况比较[M（P25，P75），（$ \bar x \pm s$ ）]Table 1. Comparison of general conditions of eight groups of patients[M（P25，P75），（$ \bar x \pm s$ ）]组别 年龄（岁） 男/女（n） BMI（kg/m2） 操作时间（min） 术前MOCA C组 67（62.75，71） 14/36 22.12 ± 2.86 25.16 ± 2.91 − M组 67.5（64，72.25） 32/18 23.24 ± 2.91 24.36 ± 3.35 − D1组 68.5（65，71.25） 28/22 22.70 ± 3.00 25.28 ± 2.89 − D2组 67（62.75，71.25） 30/20 23.07 ± 2.80 24.70 ± 3.30 − D3组 68（65，71.25） 26/24 23.43 ± 2.67 24.60 ± 3.08 − C2组 66.53 ± 4.68 17/13 22.95 ± 2.21 28.60 ± 4.44 28.47 ± 1.14 D组 67.80 ± 4.88 18/12 22.71 ± 2.14 27.63 ± 3.71 28.43 ± 1.07 M2组 67.97 ± 4.75 16/14 22.30 ± 1.85 28.10 ± 3.51 28.63 ± 1.13 2.1 丙泊酚用量、苏醒时间和满意度比较
丙泊酚用量在C、M、D1、D2、D3 5组中差异有统计学意义（P < 0.05），其中C组用量最多（P < 0.05）；苏醒时间在C、M、D1、D2、D3 5组中，差异有统计学意义（P < 0.05），其中M组最长，D3组次之（P < 0.05）。消化内科医师满意度在C、M、D1、D2、D3 5组中，差异有统计学意义（P < 0.05），其中D2组满意度最高（P < 0.05）。患者满意度各组，差异无统计学意义（P > 0.05），见表2。
表 2 丙泊酚用量、苏醒时间、患者满意度和消化内科医师满意度比较[M（P25，P75）]Table 2. Comparison of propofol dosage，recovery time，patient satisfaction and gastroenterologist satisfaction[M（P25，P75）]组别 丙泊酚用量 苏醒时间 患者满意度 消化内科医师满意度 C组 205（195，215） 4（3，5）▲# 8（7，9） 8（7，9） △ M组 180（170，191.25） * 6（4，7） 8（7，9） 8（7，9） △ D1组 190（185，195） * 4（3，4） ▲# 8（7，9） 8（7，9） △ D2组 180（170，190） * 3（2，5） ▲# 8（7，9） 10（9，10） D3组 165（160，175） * 5.5（3.75，7） 7（6，9） 8（7，10） △ 与C组比较，*P < 0.05；与D3组比较，▲P < 0.05；与D2组比较， △P < 0.05；与M组比较，#P < 0.05。 2.2 不良反应比较
呼吸抑制在C、M、D1、D2、D3 5组中差异有统计学意义（P < 0.05），其中C组最多，M组次之（P < 0.05）；心动过缓在C、M、D1、D2、D3 5组中，差异有统计学意义（P < 0.05），其中D3组最多，D2组次之（P < 0.05）；体动在C、M、D1、D2、D3 5组中，差异有统计学意义（P < 0.05），其中C组最多，D3组最少（P < 0.05）；各组间呃逆、术中低血压，差异无统计学意义（P > 0.05），见表3。
表 3 不良反应频数表[n（%）]Table 3. Frequency of adverse reactions [n（%）]组别 体动 呃逆 心动过缓 术中低血压 呼吸抑制 C组 38（76.0） ▲ 15（30.0） 2（4.0） ▲△ 15（30.0） 22（44.0） M组 27（54.0） ▲* 14（28.0） 3（6.0） ▲△ 9（18.0） 16（32.0） *△ D1组 29（58.0） ▲ 15（30.0） 5（10.0） ▲△ 8（16.0） 12（24.0） * D2组 26（52.0） ▲* 12（24.0） 12（24.0） ▲ 11（22.0） 7（14.0） * D3组 16（32.0） 7（14.0） 22（44.0） 18（36.0） 11（22.0） * 与C组比较，* P < 0.05；与D2组比较，△P < 0.05；与D3组比较，▲P < 0.05。 2.3 MOCA评分比较
由此得出，丙泊酚复合0.5 ug/kg右美托咪定为最优丙泊酚剂量。
MOCA评分在各组T0、T1、T2、T3、T4、T5时间点中，差异有统计学意义（P < 0.05），其中T1、T2、T3 MOCA评分低于T0（P < 0.05），且随着苏醒时间的增加，患者MOCA评分提升，在T4时评分基本恢复到术前水平，T5高于T4这可能与评分表重复测量导致患者学习有关。组间比较T1时刻（苏醒5 min），D组与C组患者评分高于M组 （P < 0.05），见表4。
表 4 C2、M2和D组各时刻MOCA评分表（${{\bar x}} \pm s$ ）Table 4. MOCA score table at each moment in groups C2，M2 and D（${{\bar x}} \pm s$ ）组别 T0 T1 T2 T3 T4 T5 C2组 28.47 ± 1.10 25.67 ± 2.11#▲ 27.17 ± 1.80# 27.43 ± 1.70# 28.40 ± 1.33 28.57 ± 1.28△ M2组 28.63 ± 1.13 24.60 ± 2.13# 26.30 ± 2.17# 27.20 ± 1.69# 28.10 ± 1.47 28.77 ± 1.28△ D组 28.43 ± 1.07 25.80 ± 1.92#▲ 26.87 ± 1.61# 27.37 ± 1.47# 28.27 ± 1.36 28.57 ± 1.22△ 与TO组比较，# P < 0.05；与T4组比较，△P < 0.05；与M2组比较，▲P < 0.05。 2.4 POCD发生率比较及危险因素分析
M2组POCD发生率高于D组（P < 0.05），见表5，为了探老年人POCD危险因素，对老年人是否发生POCD行二元Logistic回归分析，自变量包括：性别、BMI、吸烟史、饮酒史、糖尿病、高血压、高胆固醇史，是否有家族史、低血压、呼吸抑制。得出低血压及呼吸抑制是POCD发生的危险因素，术中发生低血压后发生POCD的概率增加6.930倍，且术中发生呼吸抑制后发生POCD的概率增加3.463倍，见表6。
表 5 C2、M2和D组因素与POCD阳性频数表[n（%）]Table 5. C2，M2 and D group factors and POCD positive frequency table [n（%）]组别 吸烟史 饮酒史 糖尿病史 高血压史 高胆固醇血症 家族史 术中低血压 呼吸抑制 POCD C2组 13（43.33） 12（40.00） 13（43.33） 13（43.33） 14（46.67） 3（10.00） 9（30.00） 13（43.33） 12（40.00） D组 15（50.00） 10（33.33） 10（3333） 15（50.00） 12（40.00） 2（6.67） 7（23.33） 5（16.67） 10（33.33） ▲ M2组 13（43.33） 10（33.33） 12（40.00） 14（46.67） 16（53.33） 2（6.67） 7（23.33） 8（26.67） 20（66.67） 与M2组比较，▲P < 0.05。 表 6 POCD危险因素logistic回归分析结果Table 6. Logistic regression analysis results of POCD risk factors应变量 变量 B P OR（95%CI） POCD 低血压 1.936 0.001 6.930（2.290，20.978） POCD 呼吸抑制 1.242 0.018 3.463（1.240，9.672） 3. 讨论
目前无痛胃肠镜已是临床上的常用检查手段，人口老龄化及生活水平的提高使得无痛胃肠镜检查的需求更为突出，这就给临床麻醉工作提出来更高的要求和更多值得探究的问题。
右美托咪定是一种α2-肾上腺素受体激动剂，可以抑制交感神经及减少术中术后并发症的发生率，有辅助麻醉的作用[7]。右美托咪定与咪达唑仑都具有协同镇静的效果，虽然各自作用位点不同，但都能减少丙泊酚用量，达到镇静效果[8-9]。本研究发现，在无痛胃肠镜检查中，丙泊酚用量在复合右美托咪定和咪达唑仑时减少。右美托咪定的镇静、镇痛效果存在剂量依赖性。本研究发现随着右美托咪定剂量的增加，苏醒时间延长，这可能与右美托咪定的剂量依赖性相关。我们发现心动过缓的发生率随着右美托咪定的剂量增加而增加，这与右美托咪定抑制交感神经活性有关，且存在一定的剂量依赖性，与其他研究相符[10]。右美托咪较咪达唑仑对呼吸功能的抑制作用小，有助于患者在麻醉期间保留自主呼吸，Inatomi等人的研究也得出相同的结果[11]。C组听体动反应最多可能是因丙泊酚较短的清除半衰期，术中体动发生较其他组多。这使丙泊酚剂量加大，丙泊酚的不良反应增加。
POCD是指患者在接受麻醉手术后，出现认知功能下降，尤其是记忆力和执行功能的下降，常表现为患者的焦虑、精神异常、人格行为改变[12]。老年人中枢神经发生退行性改变，在接受静脉麻醉后，PCOD的发生率增加[13]。本研究发现，术后早期MOCA评分降低，发生了认知功能障碍，在苏醒2 h后恢复到术前。说明丙泊酚麻醉或复合咪达唑仑或右美托咪定，术后2 h后的认知功能可较好恢复，三者都是安全的给药方式，这与目前一些研究结论是一致的[14-15]。最近的研究表明，丙泊酚会导致大鼠海马的自噬，从而导致认知功能障碍的发生[16]。丙泊酚与咪达唑仑会引起大鼠海马中晚期糖基化终产物的表达，从而使其发生认知功能障碍[17]。Yamamnaka等[18]的研究表明右美托咪定能减轻老年大鼠海马的炎症反应，从而减少认知功能障碍的发生率。陈年平等[19]学者的研究表明右美托咪定能抑制大鼠海马中白介素1β（IL-1β），肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和核因子κB（NF-κB）表达水平，改善了大鼠海马的炎症反应，从而改善了大鼠的术后认知功能。本研究发现Dex较咪达唑仑能减少早期POCD的发生。Xu-YH等[20]的研究也揭示了，咪达唑仑的轻度镇静作用会导致高龄患者发生选择性认知障碍和长期认知障碍，与本研究相符。
本研究的发现右美托咪定0.5 μg/kg复合丙泊酚是老年人无痛胃肠镜检查中更好的给药方式，可稳定术中生命体征，提供良好的镇静效果，减少呼吸抑制的发生率，减少术后POCD的发生。
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图 1 小鼠免疫程序
A：疫苗的预防性抗肿瘤评价中的小鼠免疫程序；B：疫苗的治疗性抗肿瘤评价中的小鼠免疫程序。
Figure 1. Immunisation program in mice
图 2 ELISPOT检测结果
A：实验组及对照组代表性酶联免疫斑点法图；B：ELISPOT检测IFN-γ斑点数统计图，条形图以$ \bar x \pm s $表示。
Figure 2. ELISPOT results
图 4 多表位DNA疫苗诱导的预防性抗肿瘤免疫
A：肿瘤解剖图；B：流式细胞术检测的CD8+T IFN-γ占比；与对照组比较，*P < 0.05。
Figure 4. Prophylactic anti-tumor immunity induced by multi-epitope vaccine
图 5 多表位DNA疫苗诱导的治疗性抗肿瘤免疫
A：肿瘤解剖图；B：流式细胞术检测的CD8+T IFN-γ占比；与对照组比较，*P < 0.05，nsP ˃ 0.05。
Figure 5. Therapeutic anti-tumor immunity induced by multi-epitope vaccine
表 1 预测得到的人鼠共呈递的CTL表位
Table 1. Predicted human and mouse co-presented CTL epitopes
蛋白 肽名称 起始位点 结束位点 序列 总分（鼠） 总分（人） 等级排名（鼠） 等级排名（人） E6 E6p1 38 45 VYCKQQLL −0.81 −1.39 1.4 0.45 E6p2 49 57 VYDFAFRDL −1.39 −1.23 1.3 0.28 E6p3 75 83 KFYSKISEY −0.72 −0.74或−0.75 1.5 1.6 E6p4 124 132 RHLDKKQRF −1.3 −1.06 1.4 0.46 E6p5 81 90 SEYRHYCYSL −0.29 1.7 82 90 EYRHYCYSL −0.68 0.57 E6p6 86 95 YCYSLYGTTL −0.52 −0.37 1.6 0.41 E7 E7p1 49 57 RAHYNIVTF 0.83或−0.59 −0.3 0.01或0.6 0.54 E7p2 7 15 TLHEYMLDL −1.08 −0.28 1.3 0.21 E7p3 50 57 AHYNIVTF −0.04或−1.26 −1.12 0.23或1.2 1.2 E7p4 77 87 RTLEDLLMGTL −1.37 −1.36 1.3 1.2 
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