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      新型寨卡疫苗“一箭雙雕”

      來 源:中國科學報
      發布時間:2021-07-16

      ■本報記者 馮麗妃

      在7月15日在線發表于《自然—免疫學》的一項研究中,中國科學院微生物研究所高福院士,戴連攀、嚴景華研究員等基于結構生物學設計的一款新型保護性寨卡疫苗,為抗疫“武器庫”再添利器。

      寨卡病毒之所以臭名昭著,是因為它會導致嬰兒小頭癥,以及其他不可逆的新生兒嚴重出生缺陷。此外,它還會與另一種由蚊蟲傳播的疾病——登革病毒感染誘導交叉反應的抗體響應,增加登革病毒感染的嚴重程度,甚至對人產生致命威脅。

      此次設計的新疫苗“一箭雙雕”,既能防止寨卡病毒侵襲胎體,又能切斷寨卡預存抗體對登革病毒感染的嚴重抗體依賴增強(ADE)效應。

      疫苗困境

      寨卡病毒主要通過埃及伊蚊傳播,最早于1947年在烏干達寨卡森林的猴子身上分離出來。2015至2016年,寨卡疫情成為國際公共衛生緊急事件。據世界衛生組織(WHO)統計,全球已有86個國家和地區暴發寨卡疫情。

      通常情況下,寨卡病毒感染人類,只引起低熱、斑丘疹、關節疼痛、結膜炎等;但其感染孕婦后可能使嬰兒產生小頭癥和其他不可逆的出生缺陷。

      WHO認為,要應對未來的疫情,開發疫苗是重點。然而,至今尚無相關疫苗獲批。其原因與寨卡病毒和登革病毒之間的“跨種”ADE效應不無關系。在這種情況下,抗體不會“中和”病毒,使其失去感染細胞的能力,而是發揮相反的作用,協助病毒進入靶細胞,提高感染率。

      “寨卡病毒與登革病毒都是黃病毒屬,其抗原性接近,同屬超血清家族。”論文第一作者兼通訊作者戴連攀向《中國科學報》解釋,去年8月發表于《科學》的一項人群隊列研究就發現,既往的寨卡病毒感染能夠顯著增加后續登革病毒感染的嚴重程度,證明寨卡預存抗體對登革病毒感染有嚴重的ADE風險。

      寨卡、登革血清型之間的ADE是疫苗研制亟須解決的焦點安全問題,特別是這兩類病毒可由相同的媒介——埃及伊蚊傳播,且流行區域重疊,使疫苗研發更加困難。

      對此,高福等在文中表示,理想的寨卡疫苗應該具備三個特點:預防寨卡病毒的母嬰傳播;預防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE;預防由于寨卡疫苗免疫導致的登革ADE。然而,目前全球進入臨床階段的寨卡疫苗在設計上都沒有避免潛在的登革ADE風險。

      “剪”得斷 “理”不亂

      要想解決寨卡疫苗研制的安全問題,就需要找到連接寨卡與登革病毒之間的“跨種”ADE效應的“紐帶”,并剪斷它。

      以往研究表明,寨卡或登革病毒引起ADE效應的交叉抗體,主要靶向的是病毒表面結構蛋白prM和E蛋白的融合肽(FL)這一保守區域。通過兩種方式——在FL表位引入突變,或構建E蛋白二聚體遮蔽FL表位,都能顯著降低寨卡疫苗對登革病毒感染的ADE。

      “但在小鼠模型上,這兩種疫苗方式都不能產生足夠的保護性免疫應答,完全阻斷寨卡病毒母嬰垂直傳播。”戴連攀說,鑒于寨卡病毒感染孕婦對新生兒潛在的長期嚴重后果,研發能誘導母嬰清除性免疫應答的寨卡疫苗尤為重要。

      如何才能“干掉”FL表位這個“保守派”,同時又能隔斷寨卡病毒母嬰傳播呢?

      為了解決這一問題,高福團隊從2016年起便開展針對寨卡病毒的研究,解析出寨卡病毒保護性免疫原E蛋白的晶體結構(E蛋白在黃病毒表面就如同鑰匙一樣幫助病毒打開宿主細胞的大門),分離到了一系列靶向E蛋白不同結構域的中和/保護抗體,解析了靶向FL表位的代表性ADE抗體的結構基礎。這些研究為理性設計消除ADE的寨卡疫苗提供了重要指導。

      在新研究中,研究人員采取了一種“抗體指導疫苗設計”的反向疫苗學策略。基于ADE抗體結合FL的結構基礎,對寨卡免疫原E蛋白進行理性改造,其目的是既消除FL表位,又能維持其他中和抗體表位的完整。

      他們通過同源替換的方法,將寨卡E蛋白的FL,替換成黃病毒屬中進化關系最遠的昆蟲特異性黃病毒的同源序列,從而改變了FL表位上結合ADE抗體的3個關鍵氨基酸。

      隨后,研究人員通過一系列中和保護性抗體和ADE抗體,對改造后的E蛋白抗原進行正向和負向篩選,獲得同時滿足FL表位消除和中和表位維持的構建。其中,兩種設計——MutB和MutC被制備成黑猩猩腺病毒載體(AdC7)疫苗進行評估。

      其結果是“一箭雙雕”。一方面,MutB/C疫苗一次免疫可產生清除性的免疫應答, 完全保護小鼠抵御寨卡病毒, 在病毒感染的所有靶組織中都檢測不到病毒載量,能夠完全阻斷寨卡病毒的母嬰傳播。另一方面,兩種疫苗免疫血清完全消除了對四種血清型登革病毒的ADE;血清過繼試驗證實MutB/C疫苗免疫血清不會引起登革病毒感染的ADE,而野生型構建(WT)則會加快動物的死亡和使病癥加重。

      “這是一項非常好的研究,基于結構的抗原設計被用于解決寨卡疫苗中的ADE問題。”一名審稿人在評議中說,寨卡病毒WTFL表位被節肢動物特異性序列取代,既保持了抗原的構象和免疫原性,又避免了WTFL特異性抗體的結合。

      充實抗疫“武器庫”

      研究者并未就此止步。知其然還要知其所以然,他們進一步探究了改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫學基礎。

      通過B細胞受體(BCR)的單細胞測序方法,他們分析了免疫后小鼠淋巴結的抗原特異性BCR的特性。結果顯示,野生型疫苗激發的體液免疫存在明顯的免疫優勢情況,60%以上的BCR使用3組胚系基因。而MutB/C打破了原有的免疫優勢,使抗原特異性BCR使用的胚系基因呈分散式分布。

      研究者們最后解析了其中一個抗原改造E蛋白MutC結合中和抗體的分子基礎,發現MutC仍然能夠通過新的作用力維持E蛋白的二聚體結構,這對于激活有效中和抗體非常重要。此外,改造后的FL氨基酸產生對ADE抗體的位阻和電荷排斥,因此揭示了MutC不誘導ADE抗體產生的結構基礎。

      新研究將有助于充實我國抗疫“武器庫”。正如另一位審稿人所說,“這項研究針對該領域長期存在的問題提出了一個漂亮的解決方案,合理設計出一種改進的寨卡病毒免疫原。消除ADE是開發有效寨卡疫苗的重要一步”。

      高福等在文中也指出,本項研究通過小鼠模型為疫苗未來進行臨床試驗提供了免疫學趨勢,也為面向疫苗的蛋白質設計提供了新的見解。理性設計消除ADE的新型寨卡疫苗將指導寨卡疫苗未來在臨床中的使用。

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