基于mRNA的轮状病毒VP8*疫苗，编码多聚化结构域实现分泌型抗原自组装颗粒！

2023-12-27

疫苗信使RNA

近日，伦敦国王学院Susanne Rauch教授团队在npj Vaccines上发表了题为“mRNA-based VP8* nanoparticle vaccines against rotavirus are highly immunogenic in rodents”[1]的研究论文。他们开发了针对轮状病毒刺突蛋白VP8*的基于mRNA的候选疫苗。本研究采用的单体P2（通用T细胞表位）-VP8* mRNA设计参考了目前正在临床开发中的蛋白质疫苗，而LS（lumazine合酶）-P2-VP8*旨在形成纳米颗粒。数据表明，源自LS-P2-VP8*mRNA的蛋白质在体外分泌并自组装成递送VP8*的60聚体纳米颗粒。mRNA编码的VP8*在啮齿动物中具有优异的免疫原性，可引发强大的体液和细胞反应。LS-P2-VP8*可设计为单价和三价疫苗，在豚鼠中诱导了对P2-VP8*的强烈体液反应，并可检测到针对最普遍的P基因型的反应。总体而言，该研究的数据证明三价LS-P2-VP8*代表了一种有前途的基于mRNA的下一代轮状病毒候选疫苗。轮状病毒是一种呼肠孤病毒科无包膜分段的双链RNA病毒，是诱发全球5岁以下婴儿和儿童严重脱水性胃肠炎的罪魁祸首。在全球低收入和中等收入国家中，每年约有20万例患者的死亡与轮状病毒有关。目前，临床应用的口服轮状病毒减毒活疫苗在临床试验中对严重轮状病毒胃肠炎的保护率高达97%，显著降低了全球医疗负担。然而，在腹泻死亡率高的中低收入国家中，临床疗效较差。此外，口服减毒轮状病毒活疫苗的上市后研究报告显示，与接种相关的肠套叠风险增加（可导致肠组织坏死），使得人们对开发非复制型肠外疫苗越来越感兴趣，本研究开发的疫苗有希望克服目前轮状病毒疫苗的局限性。在本研究中中，作者研究了两种基于mRNA的针对VP8*蛋白的候选轮状病毒疫苗（P2-VP8*和LS-P2-VP8*）在啮齿动物中的免疫原性，疫苗组成均为经典的脂质纳米颗粒（LNP）装载mRNA的组合。P2-VP8*的mRNA编码为蛋白质疫苗P2-VP8*的等效设计，但基础轮状病毒P[8]、P[6]和P[4]分离株存在差异。LS-P2-VP8*编码源自与P2-VP8*融合的Aquifex aeolicus lumazine合酶（LS）的多聚化结构域，来自这种超嗜热细菌的LS会自然地自组装成60聚体的二十面体纳米颗粒。基于LS的方法已成功应用于其他疫苗研究中，以在纳米颗粒表面展示抗原，从而显著提高所呈现抗原的免疫原性。这些研究的成功可能基于以下事实：纳米颗粒表面抗原的多聚化有利于通过B细胞受体聚集以多次且同时结合抗原表位，从而在生发中心产生有效、长效的免疫保护。首先，作者用铝佐剂的P2-VP8* P[8]蛋白或LNP配制的P2-VP8* P[8] mRNA疫苗对BALB/c小鼠进行肌肉注射（I.M.），评估编码P2-VP8* P[8]的mRNA疫苗的免疫原性。蛋白质疫苗和mRNA疫苗比较实验数据显示，基于mRNA的疫苗在一次免疫后IgG1和IgG2a滴度显着升高，并且在第二次免疫后 IgG2a 滴度显着升高。此外，只有mRNA疫苗产生了显著的IFN-γ/TNF双阳性CD8和CD4 T细胞反应，证明编码P2-VP8* P[8]的mRNA在小鼠中诱导强烈了体液和细胞免疫反应。图1 编码P2-VP8* P[8]的mRNA在小鼠中诱导了强大的体液和细胞免疫反应水平为了进一步提高mRNA编码的VP8*的免疫原性，作者制备了融合构建体LS-P2-VP8*。这种mRNA设计包含lumazine合酶，这是一种来自Aquifex aeolicus 的60聚体纳米颗粒形成蛋白，融合到P2-VP8*的N末端。透射电子显微镜（TEM）以及冷冻电镜表征结果证明了从编码LS纳米颗粒结构域的mRNA翻译到P2-VP8* P[8]的蛋白质在体外分泌并自组装成60聚体纳米颗粒的成功制备。图2 从编码LS-P2-VP8* P[8]的mRNA翻译的蛋白质被分泌并自组装成60聚体纳米颗粒最后，作者在豚鼠中通过I.M.注射方式考察了两种mRNA疫苗的免疫原性。数据表明，编码LS-P2-VP8* P[8]的单价mRNA疫苗可诱导高而持久的结合抗体反应，不仅能够引发针对同型轮状病毒的nAb，还能够引发针对豚鼠异型轮状病毒的nAb。虽然P2-VP8* P[8]蛋白疫苗在同型免疫应答方面表现相对较好，但 LS-P2-VP8* P[8] mRNA疫苗在测试剂量下诱导异型nAb反应方面表现更好。此外，为了开发一种对最普遍的致病轮状病毒基因型P[8]、P[4]和P[6]有效的疫苗，作者开发了与所述P[8]设计相对应的P[6]和P[4]基因型特异性mRNA，并在细胞培养物中确认了蛋白质表达，随后制备了三价P2-VP8*或LS-P2-VP8* mRNA疫苗，并在豚鼠中测试了它们的免疫原性。相比之下，三价mRNA疫苗在所有三种P基因型特异性IgG反应中表现同样出色。mRNA疫苗引发的P[8]-、P[6]-和P[4]特异性抗体水平在第三次疫苗接种时平均增加了12倍。图3 编码LS-P2-VP8* P[8]的mRNA诱导豚鼠高而持久的体液免疫水平图4 编码VP8*基因型P[8]、P[6]和P[4]的三价LS-P2-VP8* mRNA疫苗在豚鼠中引发了针对P2-VP8* P[8]蛋白的高滴度结合抗体图5 编码VP8*基因型P[8]、P[6]和P[4]的三价LS-P2-VP8* mRNA疫苗在豚鼠中引发了针对P[8]、P[6]和P[4]轮状病毒基因型的高滴度功能抗体总结综上，作者发现了mRNA疫苗在豚鼠中诱导针对所有测试的P基因型的nAb反应。单价或三价LS-P2-VP8* mRNA疫苗诱导的nAb水平与P2-VP8*蛋白疫苗诱导的nAb水平相当或更高。结果表明，三价疫苗比基于单价VP8*的轮状病毒mRNA疫苗更具优势。本研究报告了基于mRNA的轮状病毒候选疫苗，并在啮齿动物模型中显示出有希望的免疫原性结果。病毒表面蛋白VP8*，负责病毒附着在宿主细胞上，用作mRNA疫苗开发的基础。与之前报道的大多数主要针对包膜病毒的mRNA疫苗相比，编码的抗原VP8*不是细胞表面的三聚体糖蛋白，而是来源于无包膜病毒，并且在没有其他病毒蛋白的情况下表达时仍然是细胞质单体。这些特性使VP8*成为通过mRNA表达时体液反应的次优靶标。因此，除了表达与通用T细胞表位P2融合的野生型VP8*的mRNA疫苗外，作者还开发了一种旨在改善抗原特性的疫苗设计，即分泌型纳米颗粒形成疫苗LS-P2-VP8*，可能成为一种有前途的基于mRNA的轮状病毒疫苗。参考资料[1]Roier, S., Mangala Prasad, V., McNeal, M.M. et al. mRNA-based VP8* nanoparticle vaccines against rotavirus are highly immunogenic in rodents. npj Vaccines 8, 190 (2023). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41541-023-00790-z识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场