寨卡病毒(ZIKV)与登革热病毒(DENV)在地理分布上有重叠,且两者都属于黄病毒科。ZIKV感染与严重的神经系统疾病有关,包括吉兰-巴雷综合征和新生儿小头症。
抗体依赖性增强(ADE)是寨卡病毒(ZIKV)疫苗开发的一个潜在问题。交叉反应而中和性差的抗体通常靶向病毒膜前或包膜(E)蛋白,这可潜在增强登革热病毒(DENV)感染。虽然E结构域III (EDIII)含有寨卡病毒特异性表位,但其免疫原性较差。由于ZIKV和DENV之间的交叉反应性,ZIKV疫苗的开发需要特别注意避免增强DENV感染的ADE效应。
为绕开ADE,该研究采用寨卡病毒包膜蛋白结构域III(EDIII)作为抗原。EDIII是病毒与宿主细胞受体结合的关键部位,含有主要的中和抗体表位,在寨卡病毒与登革病毒间差异较大,有潜力诱导特异性中和抗体反应,减少登革交叉抗体的产生。此外,为提升保护效果,该研究引入另一保护性抗原—非结构蛋白NS1,该抗原是病毒复制过程中的重要蛋白。
研究人员设计了编码ZIKV包膜蛋白域III与人IgG1 Fc片段融合蛋白(EDIII-Fc)和非结构蛋白1(NS1)的circRNA。结果显示,EDIII-Fc circRNA比EDIII-Fd(三聚体形式)和单体EDIII circRNA表现出更好的免疫原性,诱导了更强的生发中心反应和更高水平的中和抗体(图1)。这一发现强调了抗原结构在疫苗设计中的重要性。
图1 EDIII, EDIII-Fc和EDIII-Fd circRNA的免疫原性
为提高疫苗保护作用,研究合成NS1 circRNA,并将等量EDIII-Fc和NS1的circRNA组合成两种不同的配方:EN(LNP)是LNP分别包封两种circRNA;EN(RNA)是LNP包封EDIII-Fc和NS1 circRNA的预混合物。将circRNA疫苗分别肌肉注射到C57BL/6小鼠体内,结果发现两种配方的EDIII-Fc和NS1 circRNA的组合疫苗,与单独circRNA相比,都可更好地保护新生儿免受寨卡病毒引起的症状和脑损伤。
图2 EDIII-Fc和NS1 circRNA联合单剂量免疫在ZIKV感染新生小鼠模型中的免疫原性和保护作用
基于EDIII-Fc和NS1的circRNA疫苗策略能够有效地保护小鼠免受ZIKV感染,并且不会引起DENV的ADE效应。这项研究不仅提供了一种新的疫苗设计策略,还提供疫苗策略的安全性和有效性的一系列验证方案,并且强调了在疫苗开发中需考虑ADE效应,这对于避免疫苗接种后可能引起的疾病加重风险至关重要。
广州健康院博士研究生刘兴龙、助理研究员李正锋、硕士研究生李晓霞为该论文的共同第一作者;广州健康院冯立强研究员、巫林平研究员,广州实验室陈凌研究员为共同通讯作者。广州健康院王建华研究员、瞿林兵副研究员,广州医科大学附属市八医院李锋研究员、庾蕾研究员,中山大学李义平教授等提供了重要实验材料及宝贵建议。广州健康院实验动物中心和分析测试中心为该研究提供了重要支撑。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省自然科学基金等支持。
本期编辑:可爱晨