悉尼大学开发编码CysD/Ag85B融合蛋白的结核菌mRNA疫苗
文摘
2024-09-10 10:17
上海
现今，由于卡介苗的普及接种和抗结核药物的出现，使得人们变得不再对结核病感到恐惧。但是，引起结核病的结核分枝杆菌依然是全球公共卫生健康的主要威胁者。目前，几乎全球四分之一的人口存在潜伏性感染结核菌，其中 5%~10%存在进一步发展为活动性肺结核的风险。2022 年，结核病新增病例为 1060 万例，死亡人数为 130 万例。第一，卡介苗在成年人中的保护效率差异很大。目前唯一可用于结核病的疫苗是牛分枝杆菌卡介苗 （BCG），该疫苗接种近 30 亿次，是全球使用最广泛的疫苗之一。虽然 BCG 通常对儿童具有免疫保护作用，但是对于成人，BCG 疫苗的保护效力差异较大，研究显示其保护率从 0%到 80%不等。这意味着在某些人群中，BCG 可能几乎没有任何预防效果。第二，现有抗结核药物不再变得有效，新型抗结核药物研发缓慢，耐药结核菌不断涌现，持留菌难以杀死。结核病的常规治疗通常包括一个为期六个月的疗程。前两个月使用四种药物：异烟肼、利福平、吡嗪酰胺和乙胺丁醇。接下来的四个月则使用异烟肼和利福平。对于耐药性结核病患者，治疗周期可能更长，一般为 18 至 24 个月。长期服药方案和明显的副作用通常会导致患者停止治疗，从而导致药物不依从和产生耐多药结核菌的出现。结核菌在潜伏感染期间，以持留状态存在，能够抵抗巨噬细胞的吞噬杀灭作用，并且可耐受通常对生长繁殖期的结核菌具有杀灭作用的抗结核药物的杀灭作用，很难从体内彻底清除。尽管在过去三十多年中，人们加快了新型结核疫苗的开发，包括修改 BCG 疫苗提升其触发免疫反应的能力，删除毒力因子减毒结核分枝杆菌，以及构建基于重要保护性抗原的亚单位疫苗，多款候选疫苗处于临床试验阶段。遗憾的是，到目前为止，在临床试验中，并未出现比 BCG 卡介苗更加有效的结核疫苗。抗原的选择是新型结核疫苗免疫效果的关键考虑因素。尽管结核分枝杆菌表达许多被认为是“免疫显性”的抗原，例如分泌的 Ag85B 和 ESAT-6 蛋白，但对于提供最佳免疫保护所需的抗原组合尚未达成共识。一个非常重要的原因就是结核分枝杆菌在人体内处于潜伏感染/慢性感染期间是处于代谢休眠状态的，其中蛋白质表达模式与活动感染期间是不同的。事实上，这可能是 BCG 卡介苗的一个局限性所在，因为 BCG 卡介苗可能会从宿主中迅速清除，而不会进入“休眠期”，从而限制了宿主对潜伏期相关抗原的免疫反应。因此，找到可以帮助清除潜伏性结核分枝杆菌或用于治疗已确诊感染的抗原将是结核病疫苗开发的重大进步。硫同化对于结核分枝杆菌的存活至关重要。2016 年，Claudio Counoupas 在悉尼大学 Centenary Institute 做博后期间，发现编码结核分枝杆菌硫同化途径第一步的基因 cysD，在小鼠肺部慢性感染期间高度诱导表达。基于此，他设计开发了一种由 CysD 和 Ag85B 两种抗原组成的融合蛋白疫苗 CysVac2。与 BCG 免疫组小鼠相比，CysVac2 免疫小鼠组在肺部可诱导产生表达多种细胞因子的多功能 CD4+ T 细胞（如 IFN-γ、TNF、IL-2 和 IL-17），赋予小鼠更强的免疫保护效果。BCG 保护功效会随着时间的推移而减弱，并且与 BCG 的同源加强对人类无效，然而，采用 CysVac2 作为加强免疫时，可提高 BCG 提供的保护作用。更加令人关注的是，在结核分枝杆菌感染后的小鼠中注射 CysVac2 疫苗可显著降低肺部载量和肺部病理学特征，这是 BCG 疫苗所不具备的特性。这些数据表明，CysVac2 在用作结核分枝杆菌暴露前和暴露后的疫苗时均可提供持续的保护性免疫。近日，Claudio Counoupas 在 bioRxiv 上传文章：A lipid nanoparticle-mRNA vaccine provides potent immunogenicity and protection against Mycobacterium tuberculosis，他们采用 mRNA-LNP 技术编码 CysD 和 Ag85B 两种抗原组成的融合蛋白，构建了一种称为 mRNA CV2的结核 mRNA 疫苗，证明其在结核分枝杆菌小鼠模型中既具有免疫原性又具有免疫保护性。mRNA CV2结核疫苗在预防结核方面具有巨大的潜力，既可作为独立疫苗接种，也可作为现有卡介苗的加强剂。与 PBS/BCG 免疫组相比， mRNA CV2肌肉注射免疫小鼠外周血中分泌 IFNγ/IL-2/TNF/IL-17 的 CD4+T细胞比例要明显更高，血清 IgG1/IgG2c 抗体滴度也更高。这些数据表明 mRNA CV2 具有高度免疫原性，能够在接种疫苗的小鼠中诱导强大的细胞和体液疫苗特异性反应，具有特征性的 Th1 样表型。与注射 PBS 组相比，在免疫小鼠气溶胶感染 H37Rv 毒株（100 CFU）4 周后，BCG 和 mRNA CV2 免疫小鼠肺部结核菌载量要明显更低。然而， mRNA CV2疫苗的保护性并未延伸至脾脏，相比之下，BCG 疫苗接种显著降低了小鼠脾脏中的结核菌载量。在注射 PBS 组小鼠肺部中观察到大量的炎性浸润，接种 BCG 疫苗的小鼠肺部病变较小， mRNA CV2疫苗免疫小鼠肺部的病变最小。 mRNA CV2疫苗可以显著降低小鼠肺部的结核毒株菌载量，至少达到与 BCG 相当的水平，这与其触发的强烈的 T 细胞反应有关。在 mRNA CV2 疫苗小鼠外周血中可检测到更高比例的分泌细胞因子的CD4+T 细胞，尤其是三阳性多功能细胞群，还有分泌 IL-17A 的 CD4+T 细胞比例也更高。在小鼠模型中，注射单剂量 mRNA CV2 疫苗，检测小鼠引流淋巴结中诱导先天免疫细胞和适应性免疫细胞的动力学特征。与 PBS 对照组相比， mRNA CV2 疫苗组引流淋巴结中的中性粒细胞、Ly6C+ 单核细胞、巨噬细胞及迁移性 DC 细胞比例在不同的时间点会出现显著升高。B 细胞和CD4+T 细胞分别在第 2 天或第 1 天相对较早地达到峰值，而 CD8+ T 浸润到 dLN 的时间较晚，在免疫后第 5 天达到峰值。肺部是结核菌感染的主要部位，与 dLN 不同，没有观察到先天免疫细胞持续浸润到肺部。B 或 T 细胞区室没有增加，然而，从接种疫苗后 5 天开始检测到 Ag85B 特异性的CD4+T 细胞。与 dLN 一样，这些细胞具有 Th1 表型，并表达 PD-1 和 CD11a（参与 T 细胞归巢到肺的关键受体）。总体而言，这些数据表明，单次肌内注射 mRNA CV2 具有免疫原性，并且能够在小鼠局部和全身诱导快速的特异性免疫反应。婴儿卡介苗免疫接种的全球覆盖率很高，因此需要评估 mRNA CV2疫苗增强卡介苗提供的既有免疫力的能力。与 PBS 或者 BCG 组相比，采用 mRNA CV2加强免疫后，外周血中分泌特异性细胞因子的 CD4+T 细胞群比例明显更高。在攻毒实验后，BCG/ mRNA CV2组小鼠肺部和脾脏中的结核菌载量要明显比只用 BCG 或者 mRNA CV2疫苗免疫更低，同时小鼠肺部分泌细胞因子的 CD4+T细胞群比例也更高。这些数据说明 mRNA CV2作为加强针，可明显增强 BCG 提供的免疫保护能力和诱导的特异性免疫反应。
目前，关于 TB-mRNA 疫苗的研究进展极少，这项研究初步证实 mRNA CV2疫苗在小鼠模型中具备良好的免疫原性和预防毒株感染的保护力，然而， mRNA CV2疫苗是否在人体内依然发挥良好的预防保护效果仍然是未知数。未来，TB-mRNA 疫苗的研发重点需要集中在两点：第一，筛选可诱导强烈免疫反应的结核抗原组合；第二，优化递送载体，例如，开发吸入式递送载体。本公众号所发文章仅用于业内学术分享，文章图片引自文献本身，欢迎转载，共学习。
