研究提出安全有效的寨卡疫苗新策略

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寨卡病毒是一類蚊媒傳播病原，感染孕婦可引起新生兒小頭畸形。寨卡病毒會導(dǎo)致嬰兒小頭癥，以及其他不可逆的新生兒嚴(yán)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(dǎo)交叉反應(yīng)的抗體響應(yīng)，增加登革病毒感染的嚴(yán)重程度，甚至對人產(chǎn)生致命威脅。理想的寨卡疫苗應(yīng)該具備以下3個特點：預(yù)防寨卡病毒的母嬰傳播；預(yù)防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE；預(yù)防由于寨卡疫苗免疫導(dǎo)致的登革ADE。迄今，全球進入臨床階段的寨卡疫苗在設(shè)計上都沒有避免潛在的登革ADE風(fēng)險。

7月15日，中國科學(xué)院院士、中科院微生物研究所研究員高福與研究員戴連攀、嚴(yán)景華等在Nature Immunology上，在線發(fā)表了題為Protective Zika vaccines engineered to eliminate enhancement of dengue infection via immunodominance switch的研究論文，提出消除登革ADE的保護性寨卡疫苗新策略。

寨卡/登革病毒引起ADE效應(yīng)的交叉抗體主要靶向病毒表面結(jié)構(gòu)蛋白prM和E蛋白的融合肽（FL）保守區(qū)域（Science 328, 745-748 (2010)）。國際上有報道通過在FL表位引入突變或者構(gòu)建E蛋白二聚體遮蔽FL表位的兩種方式，可顯著降低寨卡疫苗對登革病毒感染的ADE。然而，在小鼠模型上，此兩種疫苗方式均無法產(chǎn)生足夠的保護性免疫應(yīng)答，完全阻斷寨卡病毒母嬰垂直傳播（Cell 168, 1114-1125 e1110 (2017)；Nat. Immunol. 20, 1291-1298 (2019)）。鑒于寨卡病毒感染孕婦對新生兒潛在的長期嚴(yán)重后果，能誘導(dǎo)母嬰清除性免疫應(yīng)答（sterilizing immunity）的寨卡疫苗尤為重要。

高福團隊解析出寨卡病毒保護性免疫原E蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，并分離到一系列靶向E蛋白不同結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ) (Cell Host Microbe 19, 696-704(2016)；Sci. Transl. Med. 8, 369ra179(2016))。這些前期基礎(chǔ)為理性設(shè)計消除ADE的寨卡疫苗提供了指導(dǎo)。

該研究中，研究者采取一種抗體指導(dǎo)疫苗設(shè)計的反向疫苗學(xué)策略。基于ADE抗體結(jié)合FL的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（圖1），對寨卡免疫原E蛋白進行理性改造，旨在既消除FL表位，并維持其他中和抗體表位的完整。由于FL區(qū)在黃病毒屬中高度保守，在FL表位的關(guān)鍵氨基酸上引入突變?nèi)菀灼茐腅蛋白結(jié)構(gòu)，極大降低疫苗的免疫原性。因此，研究者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(guān)系最遠的昆蟲特異性（arthropod-specific）黃病毒的同源序列，從而改變了L表位上結(jié)合ADE抗體的3個關(guān)鍵氨基酸。進一步通過一系列中和保護性抗體和ADE抗體對改造后E蛋白抗原進行正向和負(fù)向篩選，獲得同時滿足FL表位消除和中和表位維持的構(gòu)建。其中，兩種設(shè)計——MutB和MutC被制備成黑猩猩腺病毒載體（AdC7）疫苗進行評估。結(jié)果顯示，MutB/C疫苗一次免疫可產(chǎn)生清除性的免疫應(yīng)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均檢測不到病毒載量，能夠完全阻斷寨卡病毒的母嬰傳播（圖2）。此外，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(gòu)建（WT）則會加快動物的死亡和使病癥加重（圖3）。

為進一步探究改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫學(xué)基礎(chǔ)，研究者們通過B細(xì)胞受體（BCR）的單細(xì)胞測序方法分析了免疫后小鼠淋巴結(jié)的抗原特異性BCR的特性。結(jié)果顯示，野生型疫苗激發(fā)的體液免疫存在明顯的免疫優(yōu)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(yōu)勢，使抗原特異性BCR使用的胚系基因呈分散式分布（圖4）。研究者最后解析了其中一個抗原改造E蛋白MutC結(jié)合中和抗體的分子基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)MutC仍然能夠通過新的作用力維持E蛋白的二聚體結(jié)構(gòu)，這對于激活有效中和抗體十分重要。此外，改造后的FL氨基酸產(chǎn)生對ADE抗體的位阻和電荷排斥，揭示了MutC不誘導(dǎo)ADE抗體產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

　　研究為該領(lǐng)域長期存在的問題提出了一個解決方案，合理設(shè)計出一種改進的寨卡病毒免疫原。此外，該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(xué)趨勢，也為面向疫苗的蛋白質(zhì)設(shè)計提供了新見解。理性設(shè)計消除ADE的新型寨卡疫苗將指導(dǎo)寨卡疫苗未來在臨床中的使用。

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