結核病病毒載體疫苗研究進展*

楊駿昊,楊雅婷 綜述,王曉春 審校

(安徽理工大學病原微生物實驗室,安徽 淮南 232001)

結核病(TB)由結核分枝桿菌(M.tb)感染呼吸道引起的,這仍然是一個威脅全球健康的疾病。在世界衛生組織(WHO)發布的《2022年全球TB報告》中提到,2021年估計有1 060萬人患TB,2020年為1 010萬人,2021年有160萬人死于TB[包括187 000名人類免疫缺陷病毒(HIV)攜帶者],而2020年為150萬人(包括214 000名HIV攜帶者)。此外,與2020年相比,2021年TB發病率提高了3.6%,扭轉了過去20年來每年下降近2%的趨勢[1]。目前唯一獲得許可并在臨床上廣泛應用的TB疫苗是已有100年歷史的卡介苗(BCG)[2],于1921年首次用于人體,可預防兒童播散性TB,但對青少年和成年人肺結核的預防效力不理想[3]。

改善TB疫苗接種效果的研究策略主要包括以下2種,即全菌疫苗和開發BCG初免后增強型疫苗。前者主要包括優化結核分枝桿菌、BCG和環境分枝桿菌(NTM)等,如在BCG的優化中,包括BCG的重新接種、接種途徑的改變、重組BCG的構建,其安全性、有效性存疑。后者主要為亞單位疫苗,包括病毒載體疫苗和重組蛋白/佐劑疫苗。鑒于WHO不建議重新接種BCG(已證實重復接種BCG對預防TB缺乏有效性),但全球BCG接種覆蓋率高,亞單位類疫苗備受青睞。尤其是病毒載體疫苗可模擬結核分枝桿菌進入人體方式、易于標準化且常不需要佐劑參與,具有重要的研究價值和廣泛的臨床應用前景。在過去的十幾年里,研究者們設計了若干條基于病毒載體的疫苗,在動物和人群實驗中獲得了理想的預防效果,可有效增強基于BCG初免后誘導的免疫保護力。

1 重組病毒載體類型疫苗的優勢

鑒于BCG的預防效力在逐漸下降,因此迫切需要研發有效的TB疫苗?，F有的疫苗技術包括DNA疫苗、亞單位疫苗、佐劑疫苗和減毒活疫苗和重組病毒載體疫苗,上述每一種疫苗類型都有自己的優勢和挑戰[4]。本文重點列述了臨床試驗中重組病毒載體疫苗最新研究進展。重組病毒載體疫苗能夠通過模擬病原體入侵生物體的過程誘導強大的免疫反應,并導致長期免疫記憶的形成[5]。

病毒提供了一些廣泛使用的疫苗載體。重組病毒載體疫苗能夠通過模擬病原體入侵生物體的過程誘導強大的免疫反應,并導致長期免疫記憶的形成。大多數病毒疫苗載體都具有以下優點:(1)可以容納編碼大抗原片段的基因;(2)具有穩定的外源基因表達效率;(3)可以誘導高水平的細胞和體液免疫反應;(4)載體本身誘導的免疫反應在一定程度上有可能增強抗原特異性的免疫記憶;(5)并不總是需要使用佐劑;(6)易于操作和培養;(7)使用減毒的或復制缺陷的病毒,具有明確的感染機制,提供了強大的安全性;(8)一次免疫一般能誘導出較強的免疫記憶,可能不需要重復接種。

病毒載體通常包括修飾的痘病毒(MVA)或人類起源的腺病毒亞型(AdHu)、修飾的腺病毒載體(ChAdOx1.85A)及雞痘病毒。雖然開發了幾種腺病毒疫苗,但效果不理想。

2 目前進入臨床試驗和臨床前試驗的病毒載體TB疫苗

病毒載體TB疫苗作為BCG初免后的增強型疫苗,已證實可誘導出強大的細胞免疫應答水平,是行之有效的亞單位疫苗。目前進入臨床試驗和臨床前試驗的病毒載體TB疫苗見表1、2。

表1 目前正在進行臨床試驗的病毒載體TB候選疫苗

表2 目前處于臨床前動物模型階段的病毒載體TB候選疫苗

3 重要的TB病毒載體疫苗簡介

3.1MVA85A MVA85A是第1個進入潛伏TB感染(LTBI)患者安全性和免疫原性研究的新型TB疫苗[6]。實驗人員將編碼結核分枝桿菌的phoP和fadD26基因剔除以確保疫苗的安全性,而且也保留大部分針對TB的T細胞表位[7]。改良的安卡拉牛痘(MVA)病毒技術被開發出來用作BCG的增強劑,為MVA85A疫苗候選疫苗誘導Th1和Th17抗原特異性應答。MVA85A插入了長達10 kbp的強大免疫原性序列,并可有效地誘導特異性T細胞反應[8]。表達抗原Ag85A的MVA(MVA85A),在低劑量氣霧劑感染后能誘導強烈的、Ag85A特異性的CD4+和CD8+T細胞反應。此外,MVA85A對未感染HIV的新生兒是安全的,同時誘導了適度的抗原特異性免疫反應[9]。在臨床Ⅱa期試驗中,MVA85A共表達干擾素g、腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-2(IL-2),可誘導以多功能為主的CD4+T細胞有效且持久的反應。與未感染HIV的接種者相比,HIV感染者在接種前和接種后的T細胞反應量較低?？鼓孓D錄病毒治療對MVA85A的免疫原性無明顯影響[10]。在臨床Ⅱb期試驗中,MVA85A在以前接種過BCG的健康嬰兒中具有良好的耐受性和免疫原性[11]。

3.2Ad5Ag85A Ad5Ag85A包括表達分枝桿菌抗原Ag85A,是一個非復制型腺病毒血清5型(Ad5)[4]。 Ag85A蛋白可以誘導強烈的Th1型細胞免疫應答,表明該病毒載體可誘導高水平的抗原特異性細胞產生。在小鼠模型上的初步研究表明,如果通過鼻腔給藥,Ad5Ag85A是一種潛在的BCG增強型候選疫苗[12]。動物實驗也證實,鼻腔注射Ad5Ag85A增強保護作用與肺內產生γ干擾素(IFN-γ)的T細胞數量密切相關[13]。與MVA85A疫苗研究方法相類似,Ad5Ag85A疫苗的安全性、免疫原性和保護效果通過使用氣霧劑和肌肉注射進行了研究[14]。在2022年,一項Ⅰb期試驗表明,Ad5Ag85A氣霧劑在以前接種過BCG的成年人中也是安全和耐受性良好的。但是該疫苗的一個潛在缺點是大量的抗AdHu5抗體傾向于在人類中預先存在,可能影響該疫苗的保護力;盡管疫苗的發明者證明AdHu5抗體不會影響AdAg85A(65)的安全性和免疫原性[5]。在一小群HIV感染、BCG接種、TB感染和未感染的成年人中,CD+T細胞數大于350個/mm3,耐受性好,安全,并誘導了對Ag85A和Ag85B的多功能CD4+和CD8+T細胞應答,但未能持續[15]。

3.3AERAS-402/Crucell Ad35 基于AdHu35的表達Ag85A、Ag85B和TB10.4的重組疫苗——AERAS-402是由Crucell和AERAS組織聯合開發的。該疫苗是一種復制缺陷型35型腺病毒,含有編碼3種結核分枝桿菌標志性抗原Ag85A、Ag85B和TB10.4融合蛋白的DNA[16]。黏膜(鼻腔)和肌肉注射AERAS-402均可對感染小鼠的結核分枝桿菌產生保護性免疫[17]。疫苗的安全性和免疫原性在Ⅰ期臨床試驗中的健康成年人中得到證實,針對不同人群的幾個基于AERAS-402的第二階段臨床試驗已經完成,這些人群包括接受肺結核治療的成年人、接種HIV/BCG的成年人和接種BCG的健康嬰兒[18]。在Ⅱ期試驗中,AERS-402誘導了強大的CD8+T細胞和中等的CD4+T細胞反應,主要是對Ag85B,可誘導強烈的免疫反應[19]。

3.4ChAdOx1.85A 為了將先前存在的抗腺病毒抗體對人類的任何影響降至最低,研究人員開發了重組復制缺陷黑猩猩腺病毒載體疫苗ChAdOx1.85A,其能夠誘導BCG免疫的小鼠產生高水平的細胞免疫應答,并與MVA85A聯合應用對結核分枝桿菌感染顯示出較強的保護作用[20]。2020年,一項Ⅰ期臨床試驗表明,ChAdOx1.85A疫苗接種方案在健康的英國成年人中具有良好的耐受性和免疫原性[21]。實驗中,經ChAdOx185A誘導和MVA85A刺激的多功能CD4+T細胞(干擾素c、腫瘤壞死因子α和IL-2)和干擾素c、腫瘤壞死因子-α、CD8+T細胞。ChAdOx185A誘導的血清Ag85A免疫球蛋白應答可被MVA85A增強[21]。如上所述,該疫苗策略目前處于第二階段臨床試驗,是公認具有廣闊臨床應用前景的TB候選疫苗。

3.5TB/FLU-04L 早在2006年,一種表達ESAT-6的重組流感病毒載體疫苗被證明能夠誘導高水平的CD4+Th1細胞免疫應答[22]。TB/FLU-04L即為用 H1N1流感病毒株構建表達結核分枝桿菌 Ag85A 和ESAT-6抗原,具有復制缺陷型減毒株的親本菌株[23]。此外,TB/FLU-04L還含有由結核分枝桿菌分泌的免疫顯性抗原ESAT-6,在動物實驗中證實具有強烈的免疫原性和牢固的免疫保護性[4]。在第一階段試驗中,研究了TB/FLU-04L在接種BCG后的安全性和免疫原性,沒有嚴重的不良反應,也沒有流感感染的報告[23]。

3.6MCMV85A和RhCMV/TB 牛津大學于2014年研制出表達Ag85A的重組小鼠巨細胞病毒(CMV)載體疫苗MCMV85A,采用腹膜腔內注射或血管內給藥(靜脈注射)的方法,可激活自然殺傷細胞,以提供早期的非特異性抗結核分枝桿菌感染[24]。RhCMV/TB可誘導高水平的特異性CD4+T和CD8+T細胞免疫應答,并在高致病性結核分枝桿菌株攻擊恒河猴1年后提供持久的免疫保護力,其中41%的動物經評估未發現TB[25]。盡管人類CMV感染只在免疫功能正常的人群中引起無癥狀感染,但CMV是高度物種特異性和全身性疾病,具有嚴重的并發癥,免疫低下的個體可能發生高死亡風險[26-27]。所以該載體的有效性如何還有待進一步的研究。

3.7SeV85AB SeV85AB是首次將SeV載體應用于TB疫苗的重組疫苗,其表達結核分枝桿菌免疫優勢抗原Ag85A和Ag85B,具有很高的安全性。SeV載體以RNA病毒為基礎,無與人類基因組整合的風險[28],安全性更高,具有良好的臨床應用前景。

4 小結與展望

重組病毒載體疫苗在TB疫苗接種策略中具有較好的前景。其中,MVA85A疫苗可以與BCG協同作用,增強BCG預防TB[29]。先前成功地開發了表達Ag85A的單價腺病毒載體疫苗(AdAg85A),并在肺TB模型中證明了其上級的保護功效?，F在有一個雙價的TB疫苗表達的Ag85A和TB10.4抗原作為融合蛋白(AdAg85A:TB10.4),并比較其T細胞活化和免疫保護效力與單價AdAg85A。該研究結果表明,多價病毒載體TB疫苗的免疫對肺結核的獨特優勢[30],這也是疫苗未來的一個發展方向。TB/FLU-04L是一種新的鼻內TB疫苗候選物,由于TB是一種空氣傳播疾病,因此誘導黏膜免疫的能力是流感載體的潛在優勢之一,且此疫苗可以加強BCG的作用[31]。SeV85AB則以RNA載體為基礎,預防了與人類基因組整合的危險。

TB仍然是世界上最致命的傳染性疾病之一,而TB疫苗的接種能夠在很大程度上預防TB的傳染。疫苗接種利用獲得性免疫原理,建立有效和持久的免疫記憶,以縮短適應性免疫反應開始的時間間隔,從而能夠迅速控制結核分枝桿菌感染[32]。然而現有的TB疫苗保護力不足,亟待研發更多具有全面、持久保護力的TB疫苗。重組病毒載體疫苗能夠通過模擬病原體入侵生物體的過程誘導產生免疫反應,并形成長期免疫記憶。然而,宿主誘導的抗載體免疫可能限制加強免疫接種策略,一些病毒載體不適合用于免疫低下的個體?？傮w來說,新型病毒載體TB疫苗的研發對于TB防治意義深遠,優缺點均較為明顯,期待更多相關的國內外研究進行提高和完善。