研究提出安全有效的寨卡疫苗新策略
寨卡病毒是一类蚊媒传播病原，感染孕妇可引起新生儿小头畸形。寨卡病毒会导致婴儿小头症，以及其他不可逆的新生儿严重出生缺陷。此外，它还会与另一种由蚊虫传播的疾病——登革病毒感染诱导交叉反应的抗体响应，增加登革病毒感染的严重程度，甚至对人产生致命威胁。理想的寨卡疫苗应该具备以下3个特点：预防寨卡病毒的母婴传播；预防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE；预防由于寨卡疫苗免疫导致的登革ADE。迄今，全球进入临床阶段的寨卡疫苗在设计上都没有避免潜在的登革ADE风险。
7月15日，中国科学院院士、中科院微生物研究所研究员高福与研究员戴连攀、严景华等在Nature Immunology上，在线发表了题为Protective Zika vaccines engineered to eliminate enhancement of dengue infection via immunodominance switch的研究论文，提出消除登革ADE的保护性寨卡疫苗新策略。
寨卡/登革病毒引起ADE效应的交叉抗体主要靶向病毒表面结构蛋白prM和E蛋白的融合肽（FL）保守区域（Science 328, 745-748 (2010)）。国际上有报道通过在FL表位引入突变或者构建E蛋白二聚体遮蔽FL表位的两种方式，可显著降低寨卡疫苗对登革病毒感染的ADE。然而，在小鼠模型上，此两种疫苗方式均无法产生足够的保护性免疫应答，完全阻断寨卡病毒母婴垂直传播（Cell 168, 1114-1125 e1110 (2017)；Nat. Immunol. 20, 1291-1298 (2019)）。鉴于寨卡病毒感染孕妇对新生儿潜在的长期严重后果，能诱导母婴清除性免疫应答（sterilizing immunity）的寨卡疫苗尤为重要。
高福团队解析出寨卡病毒保护性免疫原E蛋白的晶体结构，并分离到一系列靶向E蛋白不同结构域的中和/保护抗体，解析了靶向FL表位的代表性ADE抗体的结构基础 (Cell Host Microbe 19, 696-704(2016)；Sci. Transl. Med. 8, 369ra179(2016))。这些前期基础为理性设计消除ADE的寨卡疫苗提供了指导。
该研究中，研究者采取一种抗体指导疫苗设计的反向疫苗学策略。基于ADE抗体结合FL的结构基础（图1），对寨卡免疫原E蛋白进行理性改造，旨在既消除FL表位，并维持其他中和抗体表位的完整。由于FL区在黄病毒属中高度保守，在FL表位的关键氨基酸上引入突变容易破坏E蛋白结构，极大降低疫苗的免疫原性。因此，研究者通过同源替换的方法，将寨卡E蛋白的FL替换成黄病毒属中进化关系最远的昆虫特异性（arthropod-specific）黄病毒的同源序列，从而改变了L表位上结合ADE抗体的3个关键氨基酸。进一步通过一系列中和保护性抗体和ADE抗体对改造后E蛋白抗原进行正向和负向筛选，获得同时满足FL表位消除和中和表位维持的构建。其中，两种设计——MutB和MutC被制备成黑猩猩腺病毒载体（AdC7）疫苗进行评估。结果显示，MutB/C疫苗一次免疫可产生清除性的免疫应答, 完全保护小鼠抵御寨卡病毒, 在病毒感染的所有靶组织中均检测不到病毒载量，能够完全阻断寨卡病毒的母婴传播（图2）。此外，两种疫苗免疫血清完全消除了对四种血清型登革病毒的ADE；血清过继试验证实MutB/C疫苗免疫血清不会引起登革病毒感染的ADE，而野生型构建（WT）则会加快动物的死亡和使病症加重（图3）。
为进一步探究改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫学基础，研究者们通过B细胞受体（BCR）的单细胞测序方法分析了免疫后小鼠淋巴结的抗原特异性BCR的特性。结果显示，野生型疫苗激发的体液免疫存在明显的免疫优势情况，60%以上的BCR使用3组胚系基因。而MutB/C打破了原有的免疫优势，使抗原特异性BCR使用的胚系基因呈分散式分布（图4）。研究者最后解析了其中一个抗原改造E蛋白MutC结合中和抗体的分子基础，发现MutC仍然能够通过新的作用力维持E蛋白的二聚体结构，这对于激活有效中和抗体十分重要。此外，改造后的FL氨基酸产生对ADE抗体的位阻和电荷排斥，揭示了MutC不诱导ADE抗体产生的结构基础。
研究为该领域长期存在的问题提出了一个解决方案，合理设计出一种改进的寨卡病毒免疫原。此外，该研究通过小鼠模型为疫苗未来进行临床试验提供了免疫学趋势，也为面向疫苗的蛋白质设计提供了新见解。理性设计消除ADE的新型寨卡疫苗将指导寨卡疫苗未来在临床中的使用。
图1.基于靶向FL表位的ADE抗体结构指导抗原理性设计
图2.MutB/C疫苗阻断寨卡病毒的母婴传播
图3.MutB/C疫苗消除了对登革病毒感染的体外和体内ADE
图4.MutB/C疫苗转换了由ADE抗体占据的免疫优势
来源： 微生物研究所
