乙肝疫苗打了几十年，丙肝疫苗为啥开发不出来？

2023-04-17

疫苗

▎药明康德内容团队编辑丙型肝炎病毒（HCV）是一种常见的血源性病原体，其主要感染部位是肝脏。一经感染，HCV可能引发急性或慢性肝炎，并增加感染者发展为肝硬化、肝功能衰竭和肝细胞癌（肝癌）的风险。据世界卫生组织（WHO）统计，全球范围内大约有5800万HCV感染者，每年约有10万例新增感染病例。仅在2019年，便有多达29万人死于HCV引发的丙型肝炎——主要死因是肝硬化和原发性肝癌。HCV主要通过血源性途径传播，比如共用针头、注射器或其他药物注射设备，或是输注未经筛查的血液制品或使用消毒不良的医疗设备。在少数情况下，它也可以通过性接触传播。尽管抗病毒药物可以治愈95%以上的HCV感染者，但许多HCV感染者无法得到诊断和治疗——通常只有在病情发展为严重和潜在的不可逆转的肝损伤时才会出现症状。防大于治，成功有效的HCV疫苗将在控制病毒传播和减轻全球HCV相关肝病负担方面发挥关键作用。WHO已经把2030年消灭丙肝列为目标，然而，目前却仍没有有效的丙肝疫苗问世，这无疑为WHO的2030计划带来了一丝不确定性。图片来源：123RF由于几个因素，HCV疫苗的开发一直具有挑战性。首先，HCV是一种高度多样化的病毒，具有多种基因型和亚型，这使得制造一种提供广泛保护作用的疫苗变得困难。其次，该病毒具有高突变率，使其能够逃避宿主的免疫反应。第三，科学家们对于HCV的保护性免疫机制尚未完全了解，使得研究人员难以确定合适的疫苗靶点。尽管存在这些挑战，研究人员在探究HCV病毒生物学、保护性免疫机制以及HCV包膜糖蛋白的结构和功能方面取得了一定进展，为HCV疫苗的开发和评估奠定了基础。当前，已有几种候选疫苗在临床前和早期临床试验中进行了测试。近日，知名学术期刊《科学》发表了一篇前瞻性文章（Perspective），总结了近期HCV疫苗研发领域的进展，并论述了HCV疫苗开发亟待解决的挑战和一些可行的解决策略。临床研究不尽人意，亟待破局HCV属于黄病毒科，是一种包膜正义单链RNA病毒，分为八种主要基因型，各基因型之间的序列差异约为30%，这种广泛的遗传异质性无疑为疫苗的开发带来了不小的挑战。HCV病毒颗粒含有结构蛋白Core，它包裹着RNA基因组、E1和E2蛋白——这是HCV的两种高度异质性包膜糖蛋白，在病毒进入肝细胞期间与宿主细胞受体形成异二聚体并相互作用。E1和E2是中和抗体（nAbs）的主要靶点，因此也是针对B细胞疫苗开发的主要靶点。而非结构性蛋白（包括p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A和NS5B）介导了宿主细胞内的病毒处理过程，因此这一类蛋白主要作为基于T细胞介导的免疫反应的疫苗的开发靶点。在临床前研究中，研究人员探索了各种基于病毒载体、重组灭活病毒、病毒样颗粒（VLPs）、纳米颗粒、重组蛋白、肽、DNA和mRNA的HCV候选疫苗，这些疫苗的免疫原性迥异，其中只有一种成功推进到临床研究阶段。2021年，一项针对注射毒品人群的1/2期临床试验表明，一种以黑猩猩腺病毒3型（初免时）和改良的安卡拉牛痘病毒（增强剂）为载体、编码NS3和NS5B蛋白的疫苗可以诱导人体产生HCV特异性T细胞。然而，这种候选疫苗无法保护受试者免于慢性HCV感染。为此，研究人员只得另行考虑设计方案。图片来源：123RF目前，针对B细胞的最为前沿的HCV候选疫苗是一种采用MF59佐剂的E1-E2异源二聚体疫苗，它在黑猩猩中显示出了保护作用，并在2010年的一项1期临床试验中表现出诱导广谱中和性抗体（bnAbs）的能力。然而，这款疫苗的免疫原性较低，只有不到一半的接种者体内产生了nAbs。新一代HCV疫苗的开发策略随着科学界对于HCV的保护性免疫、病毒免疫逃逸机制、HCV包膜糖蛋白以及HCV中和性抗原表位的结构有了更深入的认识，这些知识将启发、指引新一代疫苗的设计。不少学者认为，HCV保护性免疫是可行的，这一观点也得到了研究数据的支持。一项临床观察性研究结果发现，对于初次感染HCV、病情得到控制的人群，当他们发生二次HCV感染之时，83%的再感染患者体内出现了自发性的病毒清除，而在初次感染的人群中，自发性病毒清除的比例仅为25%。早期关于保护性免疫的研究集中在T细胞。后来，随着技术的进步，研究人员能够对nAbs展开更深入的研究。动物模型和人体研究结果均表明，体液免疫和细胞免疫应答都参与了HCV感染后的病毒自然清除，但这些免疫途径在其中所发挥的作用及其重要程度并不相同。因此，在任何个体中，nAbs或T细胞都有可能是病毒清除的主导因素。图片来源：123RF针对T细胞免疫的研究发现，HCV病毒清除与持续的CD4+和CD8+T细胞应答相关，比如低水平的T细胞上的抑制性受体（如PD-1）表达、以及催生高滴度的nAbs。此外，狭义特异性的nAbs，以及靶向多种HCV毒株的保守表位的bnAbs都被发现与HCV病毒的自然清除相关——这证明了B细胞免疫在其中的作用。更为关键的是，在慢性HCV感染过程中，也诱发了这样的抗体应答，表明抗体的滴度和产生时机与感染的发生方式、宿主体内病毒免疫逃逸变异的出现有关——这很可能决定了抗体驱动病毒清除的免疫策略的前景。在自然感染后持续存在的记忆B细胞和T细胞也为疫苗诱导的保护带来了希望。HCV的遗传异质性和突变免疫逃逸等特点，使得HCV疫苗的设计必须靶向保守性表位以发挥广泛的保护作用。尽管在1/2期临床试验中，诱导T细胞免疫反应的候选疫苗没有产生针对HCV的保护效力，但研究人员并没有放弃这一策略，他们正在优化类似的病毒载体疫苗，通过采用保守性表位来提高T细胞应答的幅度和广度。如何设计疫苗抗原以诱导产生强有效的bnAbs？鉴于nAbs在动物模型中显示出的良好保护效力，作者认为，以B细胞为靶点的新兴候选疫苗应当在人类中进行评估测试，以优化能诱导产生强效bnAbs的疫苗。图片来源：123RFbnAbs的靶点为HCV的包膜糖蛋白上保守性中和表位，这些表位有助于构成E2蛋白的“中和表面”以及肝细胞上关键HCV受体CD81的结合位点。靶向这类“中和表面”的抗体可以干扰受体结合和病毒侵入肝细胞。编码产生bnAbs的重链可变区的基因通常为IGHV1-69（免疫球蛋白重链可变1-69）基因，因此有必要探讨如何通过抗原的设计来引导那些产生前体bnAbs的胚系B细胞出现亲和力成熟，并从中提炼出针对HCV的生殖细胞系靶向疫苗开发策略。那么我们究竟该如何设计疫苗抗原以诱导产生有效的bnAbs？近年已有研究揭示了HCV在人体内免疫原性的决定性因素，并且确定了高度免疫原性的HCV毒株，此外该研究还进一步揭示了相关病毒特征，为抗原工程化改造提供了重要信息。研究表明，在人类中反复感染的过程中，由高度暴露的保守性表位所触发的bnAbs应答受到了抗原上E1-E2复合体的促进。然而，病毒外膜糖蛋白的结构灵活性和保守性中和表位的有限可及性构成了HCV的免疫逃避机制，并阻碍了自然感染和疫苗接种过程中bnAbs的诱导。针对这种情况，可以通过基于结构的抗原设计或通过遗传学修饰表位暴露的决定因素，如特定的E2残基、E2糖基化基序和E2高变区域1（HVR1）来实现表位的稳定和暴露调控。在抗原呈递方面，研究人员也提出了改进方式，比如E1-E2复合体可以通过重组失活HCV来呈递，或是使用病毒样颗粒、纳米颗粒、mRNA和蛋白质疫苗等技术来呈递E1-E2复合体或E2，这通常更具技术可行性。还有一种方法是将相关表位呈现在支架上。除了这些技术路径，研究人员还在继续探索可用于增强免疫原性的佐剂。图片来源：123RF合格的保护性疫苗可能需要同时激活适应性免疫系统的两个部分，即B细胞主导的体液免疫和T细胞主导的细胞免疫部分。使用编码保守性T细胞表位和E2（去除其三个高度变异区域）的病毒载体对小鼠进行免疫接种，可以诱导T细胞和nAbs。mRNA疫苗技术也可以呈递T细胞和B细胞抗原，而基于失活病毒和VLP的疫苗不仅可以诱导nAbs，还可以诱导T细胞（这些细胞受到佐剂的调节）。或者，可以使用联合或初免-免疫增强（prime-boost）方案来激活T和B细胞。理想模型的缺乏掣肘HCV疫苗研究从现实情况看，亟需推动有前景的候选疫苗从临床前的动物免疫原性研究过渡到临床疗效试验。但目前，尚无可用于评估疫苗疗效的免疫功能健全型HCV易感动物模型，研究人员主要在免疫缺陷型人源化小鼠中研究HCV疫苗诱导的免疫保护效力。由疫苗诱导的nAbs的保护潜力则可以通过人鼠嵌合肝小鼠模型的被动转移研究来评估。此外，还可以使用HCV相关病毒的替代动物模型来研究疫苗诱导保护免疫的整体能力。图片来源：123RF对临床前候选疫苗的保护潜力的评估主要依赖于与保护性免疫应答相比较，对疫苗在体外诱导免疫应答的效力、广度和表位特异性进行知识性评估（knowledge-based evaluation）。因此，有研究者提议，在受控条件下建立人体感染模型的方案：健康志愿者主动感染HCV，以帮助有前景的候选疫苗得到快速且具成本效益的临床疗效测试。随后的临床疗效试验可以在有感染风险的个体中评估候选疫苗的保护能力，从而反映出在现实世界中，重点疫苗靶向群体在暴露于多种HCV菌株时免疫状态变化的情况。结语总言之，HCV疫苗的设计应该建立在充分理解病毒特征和宿主保护性免疫机制的基础上，以攻克HCV的免疫逃逸机制。在缺乏理想动物模型的情况下，研究人员应着力调整候选疫苗的表征和检测方法，以加速疫苗的临床测试。研究者们在HCV疫苗开发的艰难道路上所获得的经验可能会为其他具有复杂病毒靶标的疫苗开发提供借鉴。药明康德为全球生物医药行业提供一体化、端到端的新药研发和生产服务，服务范围涵盖化学药研发和生产、生物学研究、临床前测试和临床试验研发、细胞及基因疗法研发、测试和生产等领域。如您有相关业务需求，欢迎点击下方图片填写具体信息。▲如您有任何业务需求，请长按扫描上方二维码，或点击文末“阅读原文/Read more”，即可访问业务对接平台，填写业务需求信息▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放参考资料：[1] Anna Offersgaard et al. ,Toward a vaccine against hepatitis C virus.Science380, 37-38(2023).DOI:10.1126/science.adf2226[2] Hepatitis C，Retrieved April 14, 2023 from https://www-who-int.libproxy1.nus.edu.sg/news-room/fact-sheets/detail/hepatitis-c免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新