靶向病毒样颗粒的树突状细胞作为强效mRNA疫苗载体

2024-05-23 Thu
树突状细胞靶向病毒样颗粒作为强效mRNA疫苗载体引言在疫苗开发方面，尤其是mRNA疫苗近年来取得了显著的成就。Moderna 和 Pfizer/BioNTech 针对 COVID-19 的 mRNA 疫苗成为了成功的典范，极大地推动了mRNA疫苗的发展。然而，现有的mRNA疫苗缺乏对特定细胞类型的专一性，尤其是树突状细胞（DCs），这在抗原呈递方面非常关键。树突状细胞是主要的抗原呈递细胞，能有效启动 T 细胞的免疫反应和抗体反应，但现有的mRNA疫苗，如LNPs（脂质纳米粒）等，无法特异性地传递mRNA到这些细胞。此外，还有一些病毒感染，如HIV和HSV，甚至包括一些非传染性疾病如癌症，至今尚无有效预防或治疗疫苗。
论文来源本文由Nature Biomedical Engineering发表，题名为“Dendritic-cell-targeting virus-like particles as potent mRNA vaccine carriers”。作者团队主要来自上海交通大学系统生物医学教育部重点实验室，复旦大学基础医学院等多个科研机构，以及上海、杭州等地的相关研究中心。本文描述了一种新型的树突状细胞靶向病毒样颗粒（dVLP）的开发及其作为mRNA疫苗载体的研究。
研究工作流程设计与表征
为了验证dVLP作为mRNA疫苗载体的潜力，研究团队设计了一种候选的SARS-CoV-2 mRNA疫苗。该疫苗包含全长SARS-CoV-2刺突蛋白mRNA，并在其末端插入MS2干环结构，以增强mRNA的稳定性和表达水平，同时引入两个脯氨酸替换突变（K986P/V987P）来提高稳定性。研究团队采用电子显微镜观察dVLP的形态，发现这些颗粒呈现出约120nm的圆形结构。
为了验证刺突蛋白mRNA是否成功被包装到VLPs中，研究团队进行了反转录实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）和RNA免疫沉淀（RIP）实验，发现mRNA能特异性地通过RNA-蛋白相互作用被包装入VLP。接下来，研究团队通过Western blotting分析找到刺突蛋白在VLP中的成功装饰，这些结果表明dVLP能够有效传递刺突蛋白mRNA。
免疫原性实验
将dVLP-SARS-CoV-2 mRNA疫苗注射到小鼠足底，研究发现该疫苗比无靶向的VLP和LNP制剂诱导了更高且更持久的抗原特异性IgG滴度和细胞免疫反应。在进行质谱分析后，发现突蛋白在VLP表面被N-连接糖基化，这与SARS-CoV-2的特性相似。随后，研究团队检测了刺突蛋白序列的免疫原性，利用大肠杆菌和噬菌体中的突变体验证了刺突蛋白在dVLP中的表达和翻译。
主要研究结果抗体反应
通过酶联免疫吸附实验（ELISA），研究团队证明单次注射2 μg dVLP–S-mut足以引发小鼠体内强效的中和免疫反应。接下来，通过假病毒中和实验，验证了接种小鼠血清的中和能力，发现高滴度的中和抗体可以有效抵御活病毒感染。同样，通过对小鼠进行短期和长期随访实验，发现单次剂量的疫苗接种引发了持久的刺突特异性IgG反应。值得注意的是，研究还发现通过鼻内途径给药可以在肺部诱导刺突特异性的IgA，显示该疫苗技术可能用于鼻内疫苗以阻挡SARS-CoV-2的感染。
细胞免疫反应
为了分析dVLP–mRNA疫苗对细胞免疫应答的影响，研究团队将小鼠脾细胞进行刺突蛋白肽混合物刺激，通过ELISPOT实验，发现dVLP–mRNA疫苗特别是通过SV-G伪型化的dVLP诱发了细胞因子（IFN-γ、TNF-α和IL-2）的显著产生。这一结果表明dVLP–mRNA疫苗诱导了较强的T细胞应答，比LNP–mRNA疫苗的效果更为显著。
体内分布
为了探索导致dVLP改进疫苗效力的机制，研究团队直接比较了LNPs、VSV-G VLPs和dVLPs在mRNA和蛋白水平上的表现。发现dVLPs在注射后12小时内mRNA在淋巴结中显著富集，而VLPs在注射部位和淋巴结中的mRNA数量相似。此外，通过免疫荧光分析发现，dVLP传递的刺突蛋白可以特异性地在淋巴结中的树突状细胞中进行表达。
疫苗效力
为了验证dVLP–mRNA疫苗对小鼠的保护效力，研究团队使用活SARS-CoV-2感染hACE2转基因小鼠，结果表明接种dVLP–mRNA疫苗的小鼠体重稳定，病毒载量显著减少且肺部没有检测到明显的SARS-CoV-2病变。类似地，研究表明dVLP–mRNA疫苗同样能够保护小鼠免受HSV感染，显著减少病毒在皮肤和神经系统中的复制。
结论及意义本研究开发了一种新型的dVLP–mRNA疫苗载体，显示了其在特异性传递mRNA到树突状细胞上的潜力，并通过多种实验验证了其卓越的免疫效应和对病毒感染的有效保护。与现有的LNP–mRNA疫苗相比，dVLP–mRNA疫苗在诱导更强的抗体和细胞免疫应答方面具有显著优势。未来，该技术可能应用于癌症或慢性病毒感染的治疗疫苗，提高疫苗的效力及安全性。
通过此次研究，有望为mRNA疫苗技术的发展提供新的思路和技术支持，促进解决目前疫苗开发中的诸多挑战。研究团队指出，未来可通过环状RNA或自扩增RNA进一步优化dVLP–mRNA疫苗的效力，进而降低疫苗的剂量和成本。