mRNA-LNP在小鼠模型中诱导和优化类VRC01的广泛中和抗体

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mRNA疫苗 广谱中和抗体 临床前人源化小鼠模型 HIV 免疫 脂质纳米颗粒

mRNA-LNP在小鼠模型中诱导和优化类VRC01的广泛中和抗体

背景介绍

近年来，获得广泛中和抗体（bnAbs）对疫苗开发的重要性逐渐被认知，在HIV（人类免疫缺陷病毒）疫苗研发领域尤其如此。HIV包膜糖蛋白（Env）是病毒进入宿主细胞的关键，在研究中被视为bnAbs的目标。尽管从患者体内分离出的bnAbs表现出对HIV的高亲和力，但这些抗体的前体通常不具备如同成熟抗体的高亲和力。因此，诱导这些前体抗体进化成为成熟bnAbs是疫苗开发中的一大挑战。

一种有前景的方法是germline-targeting（GT）疫苗接种策略，该策略正是在初次接种时激活bnAb前体抗体，并将这些前体抗体募集到生发中心（GCs）进行体细胞高突变（SHM），从而逐渐提高对HIV Env的亲和力。

研究来源

这篇题为“mRNA-LNP Prime Boost Evolves Precursors Toward VRC01-like Broadly Neutralizing Antibodies in Preclinical Humanized Mouse Models”的研究论文于2024年5月16日发表于《Science Immunology》期刊。论文的主要作者包括Xuesong Wang、Christopher A. Cottrell、Xiaozhen Hu等，隶属于Ragon Institute of Massachusetts General、MIT和哈佛大学，以及Scripps Research Institute、Moderna Inc.等机构。本文对HIV免疫原在人体化小鼠模型中的预临床验证进行了详细探讨。

研究流程

实验设计

研究首先在小鼠模型中验证了一种脂质纳米颗粒封装的核苷酸mRNA（mRNA-LNP）编码的可溶性自组装纳米颗粒（EOD-GT8 60mer）的有效性。研究采用了三种人源化B细胞谱系，这些小鼠携带具有不同VRC01前体B细胞受体（BCR）的B细胞。

  1. B细胞的转移与免疫接种

    • EOD-GT8 60mer蛋白和EOD-GT8 mRNA-LNP分别以高剂量（10 μg）和低剂量（0.6 μg）对接种小鼠进行免疫。
    • 接种后的小鼠分别在第14天、第42天和第72天进行分析。

  2. 次级免疫（Boost）

    • 在经过初次免疫接种后，实验在第42天使用三种不同的mRNA-LNP编码的纳米颗粒进行次级免疫。
    • 各种组合的初次免疫和次级免疫对生发中心的影响进行评估。

数据分析与结果

  1. 生发中心响应

    • 研究发现在初次免疫的小鼠淋巴结和脾脏中，EOD-GT8 60mer mRNA-LNP能诱导并维持强劲的B细胞响应。GC中抗原特异性B细胞的形成在低剂量和高剂量的mRNA-LNP组中表现类似，在第14天达到峰值，并在第42天仍能维持显著水平。
    • EOD-GT8 60mer mRNA-LNP相比于蛋白免疫组在生成记忆B细胞（MBC）方面表现更为出色。

  2. 体细胞高突变（SHM）与亲和力成熟

    • 单细胞测序结果显示，EOD-GT8 60mer mRNA-LNP能在不同B细胞谱系中诱导显著多样化的SHM，各谱系在第14天和第36天均出现了显著的突变频率。重要的CDR区域（互补决定区）突变在第36天达到高峰。
    • 亲和力测定表明，经过mRNA-LNP免疫的小鼠抗体对EOD-GT8抗原的亲和力在40到900倍之间显著提高，并在一定程度上对次级免疫抗原（G5和G28）的亲和力也明显增加。

  3. 次级免疫效应

    • 使用G5或G28 mRNA-LNP次级免疫的结果表明，次级免疫能进一步增强生发中心响应，并促进更高水平的SHM。其中，次级免疫使clk19和clk09谱系的抗体表现出与成熟VRC01相似的突变，包括关键残基突变。
    • 紧随次级免疫后，抗体的整体亲和力继续提高，尤其是对包含N276糖基化位点的抗原表现出显著的亲和力提升。

关键发现与价值

  1. 多谱系诱导

    • mRNA-LNP能在同一宿主内同时诱导多种前体谱系的初步免疫响应，并在次级免疫阶段引导这些谱系进一步进化，体现出多谱系免疫诱导的可行性。

  2. 体细胞高突变和亲和力成熟

    • 研究验证了通过mRNA-LNP免疫能够有效诱导多样化的体细胞高突变，并逐步提高抗体对原抗原及次级抗原的亲和力，为后续的疫苗开发铺平了道路。

  3. 次级免疫的重要性

    • 次级免疫策略显著增强了免疫响应，特别是对高保守位点（如N276）的抗体亲和力，提高了抗体的广泛中和能力。

展望

该研究在HIV疫苗开发的预临床阶段取得了重要进展，验证了mRNA-LNP免疫的有效性和多谱系诱导的可能性，为未来的临床试验提供了坚实的科学基础。此外，该研究所采用的mRNA-LNP免疫策略也为其他传染病疫苗的开发提供了新的思路和技术支持。

总结

本文以综合、详细的实验设计验证了mRNA-LNP在预临床小鼠模型中诱导和优化广泛中和抗体的可能性。研究不仅揭示了多谱系免疫诱导的可行性，还揭示了次级免疫在抗体亲和力成熟中的重要作用。未来，该研究有望为HIV疫苗以及其他传染病疫苗的开发提供重要参考。