结核病病毒载体疫苗研究进展*

杨骏昊,杨雅婷 综述,王晓春 审校

(安徽理工大学病原微生物实验室,安徽 淮南 232001)

结核病(TB)由结核分枝杆菌(M.tb)感染呼吸道引起的,这仍然是一个威胁全球健康的疾病。在世界卫生组织(WHO)发布的《2022年全球TB报告》中提到,2021年估计有1 060万人患TB,2020年为1 010万人,2021年有160万人死于TB[包括187 000名人类免疫缺陷病毒(HIV)携带者],而2020年为150万人(包括214 000名HIV携带者)。此外,与2020年相比,2021年TB发病率提高了3.6%,扭转了过去20年来每年下降近2%的趋势[1]。目前唯一获得许可并在临床上广泛应用的TB疫苗是已有100年历史的卡介苗(BCG)[2],于1921年首次用于人体,可预防儿童播散性TB,但对青少年和成年人肺结核的预防效力不理想[3]。

改善TB疫苗接种效果的研究策略主要包括以下2种,即全菌疫苗和开发BCG初免后增强型疫苗。前者主要包括优化结核分枝杆菌、BCG和环境分枝杆菌(NTM)等,如在BCG的优化中,包括BCG的重新接种、接种途径的改变、重组BCG的构建,其安全性、有效性存疑。后者主要为亚单位疫苗,包括病毒载体疫苗和重组蛋白/佐剂疫苗。鉴于WHO不建议重新接种BCG(已证实重复接种BCG对预防TB缺乏有效性),但全球BCG接种覆盖率高,亚单位类疫苗备受青睐。尤其是病毒载体疫苗可模拟结核分枝杆菌进入人体方式、易于标准化且常不需要佐剂参与,具有重要的研究价值和广泛的临床应用前景。在过去的十几年里,研究者们设计了若干条基于病毒载体的疫苗,在动物和人群实验中获得了理想的预防效果,可有效增强基于BCG初免后诱导的免疫保护力。

1 重组病毒载体类型疫苗的优势

鉴于BCG的预防效力在逐渐下降,因此迫切需要研发有效的TB疫苗。现有的疫苗技术包括DNA疫苗、亚单位疫苗、佐剂疫苗和减毒活疫苗和重组病毒载体疫苗,上述每一种疫苗类型都有自己的优势和挑战[4]。本文重点列述了临床试验中重组病毒载体疫苗最新研究进展。重组病毒载体疫苗能够通过模拟病原体入侵生物体的过程诱导强大的免疫反应,并导致长期免疫记忆的形成[5]。

病毒提供了一些广泛使用的疫苗载体。重组病毒载体疫苗能够通过模拟病原体入侵生物体的过程诱导强大的免疫反应,并导致长期免疫记忆的形成。大多数病毒疫苗载体都具有以下优点:(1)可以容纳编码大抗原片段的基因;(2)具有稳定的外源基因表达效率;(3)可以诱导高水平的细胞和体液免疫反应;(4)载体本身诱导的免疫反应在一定程度上有可能增强抗原特异性的免疫记忆;(5)并不总是需要使用佐剂;(6)易于操作和培养;(7)使用减毒的或复制缺陷的病毒,具有明确的感染机制,提供了强大的安全性;(8)一次免疫一般能诱导出较强的免疫记忆,可能不需要重复接种。

病毒载体通常包括修饰的痘病毒(MVA)或人类起源的腺病毒亚型(AdHu)、修饰的腺病毒载体(ChAdOx1.85A)及鸡痘病毒。虽然开发了几种腺病毒疫苗,但效果不理想。

2 目前进入临床试验和临床前试验的病毒载体TB疫苗

病毒载体TB疫苗作为BCG初免后的增强型疫苗,已证实可诱导出强大的细胞免疫应答水平,是行之有效的亚单位疫苗。目前进入临床试验和临床前试验的病毒载体TB疫苗见表1、2。

表1 目前正在进行临床试验的病毒载体TB候选疫苗

表2 目前处于临床前动物模型阶段的病毒载体TB候选疫苗

3 重要的TB病毒载体疫苗简介

3.1MVA85A MVA85A是第1个进入潜伏TB感染(LTBI)患者安全性和免疫原性研究的新型TB疫苗[6]。实验人员将编码结核分枝杆菌的phoP和fadD26基因剔除以确保疫苗的安全性,而且也保留大部分针对TB的T细胞表位[7]。改良的安卡拉牛痘(MVA)病毒技术被开发出来用作BCG的增强剂,为MVA85A疫苗候选疫苗诱导Th1和Th17抗原特异性应答。MVA85A插入了长达10 kbp的强大免疫原性序列,并可有效地诱导特异性T细胞反应[8]。表达抗原Ag85A的MVA(MVA85A),在低剂量气雾剂感染后能诱导强烈的、Ag85A特异性的CD4+和CD8+T细胞反应。此外,MVA85A对未感染HIV的新生儿是安全的,同时诱导了适度的抗原特异性免疫反应[9]。在临床Ⅱa期试验中,MVA85A共表达干扰素g、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-2(IL-2),可诱导以多功能为主的CD4+T细胞有效且持久的反应。与未感染HIV的接种者相比,HIV感染者在接种前和接种后的T细胞反应量较低。抗逆转录病毒治疗对MVA85A的免疫原性无明显影响[10]。在临床Ⅱb期试验中,MVA85A在以前接种过BCG的健康婴儿中具有良好的耐受性和免疫原性[11]。

3.2Ad5Ag85A Ad5Ag85A包括表达分枝杆菌抗原Ag85A,是一个非复制型腺病毒血清5型(Ad5)[4]。 Ag85A蛋白可以诱导强烈的Th1型细胞免疫应答,表明该病毒载体可诱导高水平的抗原特异性细胞产生。在小鼠模型上的初步研究表明,如果通过鼻腔给药,Ad5Ag85A是一种潜在的BCG增强型候选疫苗[12]。动物实验也证实,鼻腔注射Ad5Ag85A增强保护作用与肺内产生γ干扰素(IFN-γ)的T细胞数量密切相关[13]。与MVA85A疫苗研究方法相类似,Ad5Ag85A疫苗的安全性、免疫原性和保护效果通过使用气雾剂和肌肉注射进行了研究[14]。在2022年,一项Ⅰb期试验表明,Ad5Ag85A气雾剂在以前接种过BCG的成年人中也是安全和耐受性良好的。但是该疫苗的一个潜在缺点是大量的抗AdHu5抗体倾向于在人类中预先存在,可能影响该疫苗的保护力;尽管疫苗的发明者证明AdHu5抗体不会影响AdAg85A(65)的安全性和免疫原性[5]。在一小群HIV感染、BCG接种、TB感染和未感染的成年人中,CD+T细胞数大于350个/mm3,耐受性好,安全,并诱导了对Ag85A和Ag85B的多功能CD4+和CD8+T细胞应答,但未能持续[15]。

3.3AERAS-402/Crucell Ad35 基于AdHu35的表达Ag85A、Ag85B和TB10.4的重组疫苗——AERAS-402是由Crucell和AERAS组织联合开发的。该疫苗是一种复制缺陷型35型腺病毒,含有编码3种结核分枝杆菌标志性抗原Ag85A、Ag85B和TB10.4融合蛋白的DNA[16]。黏膜(鼻腔)和肌肉注射AERAS-402均可对感染小鼠的结核分枝杆菌产生保护性免疫[17]。疫苗的安全性和免疫原性在Ⅰ期临床试验中的健康成年人中得到证实,针对不同人群的几个基于AERAS-402的第二阶段临床试验已经完成,这些人群包括接受肺结核治疗的成年人、接种HIV/BCG的成年人和接种BCG的健康婴儿[18]。在Ⅱ期试验中,AERS-402诱导了强大的CD8+T细胞和中等的CD4+T细胞反应,主要是对Ag85B,可诱导强烈的免疫反应[19]。

3.4ChAdOx1.85A 为了将先前存在的抗腺病毒抗体对人类的任何影响降至最低,研究人员开发了重组复制缺陷黑猩猩腺病毒载体疫苗ChAdOx1.85A,其能够诱导BCG免疫的小鼠产生高水平的细胞免疫应答,并与MVA85A联合应用对结核分枝杆菌感染显示出较强的保护作用[20]。2020年,一项Ⅰ期临床试验表明,ChAdOx1.85A疫苗接种方案在健康的英国成年人中具有良好的耐受性和免疫原性[21]。实验中,经ChAdOx185A诱导和MVA85A刺激的多功能CD4+T细胞(干扰素c、肿瘤坏死因子α和IL-2)和干扰素c、肿瘤坏死因子-α、CD8+T细胞。ChAdOx185A诱导的血清Ag85A免疫球蛋白应答可被MVA85A增强[21]。如上所述,该疫苗策略目前处于第二阶段临床试验,是公认具有广阔临床应用前景的TB候选疫苗。

3.5TB/FLU-04L 早在2006年,一种表达ESAT-6的重组流感病毒载体疫苗被证明能够诱导高水平的CD4+Th1细胞免疫应答[22]。TB/FLU-04L即为用 H1N1流感病毒株构建表达结核分枝杆菌 Ag85A 和ESAT-6抗原,具有复制缺陷型减毒株的亲本菌株[23]。此外,TB/FLU-04L还含有由结核分枝杆菌分泌的免疫显性抗原ESAT-6,在动物实验中证实具有强烈的免疫原性和牢固的免疫保护性[4]。在第一阶段试验中,研究了TB/FLU-04L在接种BCG后的安全性和免疫原性,没有严重的不良反应,也没有流感感染的报告[23]。

3.6MCMV85A和RhCMV/TB 牛津大学于2014年研制出表达Ag85A的重组小鼠巨细胞病毒(CMV)载体疫苗MCMV85A,采用腹膜腔内注射或血管内给药(静脉注射)的方法,可激活自然杀伤细胞,以提供早期的非特异性抗结核分枝杆菌感染[24]。RhCMV/TB可诱导高水平的特异性CD4+T和CD8+T细胞免疫应答,并在高致病性结核分枝杆菌株攻击恒河猴1年后提供持久的免疫保护力,其中41%的动物经评估未发现TB[25]。尽管人类CMV感染只在免疫功能正常的人群中引起无症状感染,但CMV是高度物种特异性和全身性疾病,具有严重的并发症,免疫低下的个体可能发生高死亡风险[26-27]。所以该载体的有效性如何还有待进一步的研究。

3.7SeV85AB SeV85AB是首次将SeV载体应用于TB疫苗的重组疫苗,其表达结核分枝杆菌免疫优势抗原Ag85A和Ag85B,具有很高的安全性。SeV载体以RNA病毒为基础,无与人类基因组整合的风险[28],安全性更高,具有良好的临床应用前景。

4 小结与展望

重组病毒载体疫苗在TB疫苗接种策略中具有较好的前景。其中,MVA85A疫苗可以与BCG协同作用,增强BCG预防TB[29]。先前成功地开发了表达Ag85A的单价腺病毒载体疫苗(AdAg85A),并在肺TB模型中证明了其上级的保护功效。现在有一个双价的TB疫苗表达的Ag85A和TB10.4抗原作为融合蛋白(AdAg85A:TB10.4),并比较其T细胞活化和免疫保护效力与单价AdAg85A。该研究结果表明,多价病毒载体TB疫苗的免疫对肺结核的独特优势[30],这也是疫苗未来的一个发展方向。TB/FLU-04L是一种新的鼻内TB疫苗候选物,由于TB是一种空气传播疾病,因此诱导黏膜免疫的能力是流感载体的潜在优势之一,且此疫苗可以加强BCG的作用[31]。SeV85AB则以RNA载体为基础,预防了与人类基因组整合的危险。

TB仍然是世界上最致命的传染性疾病之一,而TB疫苗的接种能够在很大程度上预防TB的传染。疫苗接种利用获得性免疫原理,建立有效和持久的免疫记忆,以缩短适应性免疫反应开始的时间间隔,从而能够迅速控制结核分枝杆菌感染[32]。然而现有的TB疫苗保护力不足,亟待研发更多具有全面、持久保护力的TB疫苗。重组病毒载体疫苗能够通过模拟病原体入侵生物体的过程诱导产生免疫反应,并形成长期免疫记忆。然而,宿主诱导的抗载体免疫可能限制加强免疫接种策略,一些病毒载体不适合用于免疫低下的个体。总体来说,新型病毒载体TB疫苗的研发对于TB防治意义深远,优缺点均较为明显,期待更多相关的国内外研究进行提高和完善。