四價mRNA疫苗激發(fā)針對牛痘和猴痘病毒抗原的有效免疫應(yīng)答
2022年人類猴痘病毒感染的quanqiu暴發(fā)引起了公眾對人畜共患疾病人際傳播威脅的衛(wèi)生關(guān)注。
鑒于有證據(jù)表明，包括牛痘和駱駝痘在內(nèi)的其他正痘病毒也報告對人類具有傳染性，并且存在天花從實驗室意外逃逸的風(fēng)險，此迫切需要開發(fā)一種具有廣泛預(yù)防正痘病毒的痘病毒疫苗，以儲備以應(yīng)對未來的緊急情況。
在這項研究中，我們構(gòu)建了一種新的痘病毒候選疫苗mRNA-ALAB-LNP，編碼牛痘病毒抗原A27、L1、A33和B5。單次免疫后，小鼠即產(chǎn)生強(qiáng)效的抗L1特異性抗體，和中等程度的抗A33-、抗A27 -和抗B5特異性抗體反應(yīng)。第二次接種后，四種抗原的抗體反應(yīng)均顯著增強(qiáng)，IgG滴度均>5 logs，其中抗A33的 IgG滴度zuigao。
實驗結(jié)果
設(shè)計了一個常規(guī)的mRNA序列，包含帽結(jié)構(gòu)、5'UTR非翻譯區(qū)、CDS翻譯區(qū)、3'UTR非翻譯區(qū)和PolyA 結(jié)構(gòu)。CDS翻譯區(qū)表達(dá)4個串聯(lián)的VACV抗原分子(A27, L1, A33, B5)被連接體分離，mRNA分子命名為mRNA- ALAB。在完整的mRNA序列的5'端添加一個T7啟動子和在3'端添加一個BspQI限制性內(nèi)切酶切割位點（圖1A）。用BspQI酶切質(zhì)?？梢杂行У鼐€性化質(zhì)粒模板(圖1B)。以線性化質(zhì)粒為模板，通過體外轉(zhuǎn)錄反應(yīng)合成了mRNA-ALAB分子。瓊脂糖凝膠電泳和HPLC-SEC分析表明，合成mRNA具有良好的完整性(圖1C)和純度(圖1D)。
圖1: mRNA-ALAB的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備
本研究中，使用邁安納微流控設(shè)備INano L進(jìn)行脂質(zhì)和RNA的充分混合，空載LNP和包載了RNA的LNP的粒徑分別為75nm和84nm（圖2B），PDI<0.1顯示了良好的均一性，包封率約為98%。轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞，抗A27, L1, A33, B5的陽性率分別為20%, 85%, 6% 和75%（圖3）。
圖2: mRNA-ALAB-LNP的準(zhǔn)備和表征
圖3: 轉(zhuǎn)染mRNA-ALAB-LNP后四種靶蛋白的表達(dá)
mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠中誘導(dǎo)了強(qiáng)效的抗原特異性結(jié)合抗體反應(yīng)
為了研究mRNA疫苗的免疫原性，6-8周齡BALB/c小鼠以2周間隔肌肉注射2次疫苗(圖4A) ，每次注射劑量為20ug。于shouci注射前3天、第14天(shouci注射后2周)、第28天(shouci注射后4周)和第42天(增強(qiáng)注射后2周)，采血取樣，檢測抗原特異性結(jié)合抗體(圖4B-4E)。第二次免疫后45 d取脾進(jìn)行細(xì)胞免疫評價。在diyi次免疫后，誘導(dǎo)了強(qiáng)效的抗L1特異性和中等的抗A33 -、抗A27 -和抗B5特異性抗體反應(yīng)，并且針對所有四種抗原的抗體反應(yīng)隨著時間的推移而增加。同時，加強(qiáng)免疫后4種抗原的抗體水平顯著升高。這些結(jié)果表明，mRNA -ALAB- LNP疫苗能夠誘導(dǎo)強(qiáng)效的抗原特異性結(jié)合抗體反應(yīng)。
圖4：mRNA-ALAB-LNP在小鼠體內(nèi)引起強(qiáng)效抗體反應(yīng)
mRNA-ALAB-LNP疫苗免疫血清展現(xiàn)了強(qiáng)效的痘病毒中和活性
為了確定mRNA -ALAB- LNP疫苗產(chǎn)生的抗體是否具youbing毒中和活性，我們用100 CCID50 VACV病毒和增強(qiáng)疫苗注射后2周的滅活血清孵育，以檢測中和活性。通過觀察和分級細(xì)胞病變效應(yīng)(CPE)來計算血清中和活性。病毒對照(VC)和空載LNP免疫血清，在1:80的稀釋下，未表現(xiàn)出中和活性，感染的BSC-1細(xì)胞顯示出明顯的CPE(圖5A)。相反，mRNA -ALAB- LNP接種小鼠的免疫血清，在1：80和1：640和1：1280的稀釋下，在感染的BSC-1細(xì)胞中未見CPE，顯示出細(xì)胞免受病毒感染的保護(hù)(圖5A)。在本實驗中，mRNA -ALAB- LNP的平均中和抗體滴度可達(dá)1431 (圖5B)。
圖5：mRNA-ALAB-LNP誘導(dǎo)出抗牛痘病毒的強(qiáng)效中和抗體
mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)抗原特異性細(xì)胞免疫反應(yīng)
為了探討mRNA疫苗是否能誘導(dǎo)小鼠特異性細(xì)胞免疫應(yīng)答，在增強(qiáng)針注射45 d后收集小鼠脾細(xì)胞，分別用ELISPOT法檢測針對6種抗原肽文庫A27、L1-1、L1-2、A33、B5-1、B5-2的特異性IFN-γ陽性T細(xì)胞。對所有四種抗原均檢測到特異性IFN-γ應(yīng)答，且應(yīng)答顯著高于空白LNP免疫對照組(圖6A)。A27肽庫和A33肽庫對IFN-γ的刺激水平較高，分別為904個點/百萬細(xì)胞和27747個點/百萬細(xì)胞。與抗A33的總特異性IgG應(yīng)答zuigao一致(圖3D)，對A33肽庫的應(yīng)答中IFN-γ應(yīng)答也zuigao(圖6B)。
圖6：mRNA-ALAB-LNP誘導(dǎo)小鼠細(xì)胞免疫應(yīng)答(n=4)
mRNA-ALAB-LNP接種小鼠血清顯示針對猴痘病毒同源抗原的高水平交叉結(jié)合效應(yīng)
將mRNA-ALAB-LNP免疫小鼠的免疫血清依次稀釋，與4種蛋白A29、M1、220 A35和B6孵育，檢測交叉結(jié)合抗體滴度。ELISA結(jié)果顯示，shouci免疫后對猴痘抗原A35、M1、222、A29和B6均有較強(qiáng)的血清IgG應(yīng)答，且隨著免疫時間的延長，抗體滴度逐漸升高。(圖7A- 223 7D)?？笰29抗體平均滴度從2040 (初次免疫后2周)增加到4440 (初次免疫后4周)，抗M1抗體從74520 (初次免疫后2周)增加到184680 (初次免疫后4周)，抗A35抗體從2520 (初次免疫后2周)增加到9000 (初次免疫后4周)，抗B6特異性抗體從5880 (初次免疫后2周)增加到10920 (初次免疫后4周)。此外，增強(qiáng)免疫2周后，4種抗體水平均顯著升高，其中抗A29、抗M1、抗A35和抗B6抗體滴度分別達(dá)到110000、2430000、558000和1782000?？傊?，這些結(jié)果表明，編碼牛痘抗原(A27、L1、232、A33和B5)的mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)了針對各自猴痘抗原(A29、M1、A35和B6)的等效或更好的交叉反應(yīng)抗體。(圖7 A-7D)。
圖7：mRNA-ALAB-LNP可誘導(dǎo)針對MPXV抗原的強(qiáng)效交叉反應(yīng)抗體。
綜上所述，本研究基于牛痘病毒抗原A27, L1, A33、B5，開發(fā)了一種新的四價mRNA-ALAB-LNP疫苗，具有潛在的抗正痘病毒的潛力。該候選疫苗對牛痘病毒和猴痘產(chǎn)生了顯著的抗體應(yīng)答。這些數(shù)據(jù)證明了mRNA-ALAB- 282 LNP疫苗設(shè)計的可行性，并提供了其作為廣泛的正痘病毒候選疫苗的潛力的初步證據(jù)。
文獻(xiàn)來源：
Su et al., A Quadrivalent mRNA immunization elicits potent immune responses against vaccinia and monkeypox viral antigens – a step closer to a broad orthopoxvirus vaccine. bioRxiv. Doi: 10.1101/2023.04.23.537951.
