樹状細胞を標的としたウイルス様粒子は強力なmRNAワクチンのキャリアとして機能します

2024-05-23 Thu
感染症学リウマチおよび免疫学生化学バイオエンジニアリング生命科学免疫学医学細胞生物学
樹状細胞を標的としたウイルス様粒子としての強力なmRNAワクチンキャリア序論ワクチン開発の分野では、特にmRNAワクチンが近年顕著な成果を収めています。ModernaやPfizer/BioNTechのCOVID-19向けmRNAワクチンは成功例となり、mRNAワクチンの発展を大きく推進しました。しかし、現行のmRNAワクチンは特定の細胞タイプ、特に抗原提示において非常に重要な樹状細胞（DC）に特異的に作用することはできません。樹狀細胞は主要な抗原提示細胞であり、T細胞の免疫反応と抗体反応を効果的に開始することができますが、現行のmRNAワクチン、例えばLNP（脂質ナノ粒子）などはこれらの細胞に特異的にmRNAを伝達することができません。さらに、HIVやHSVのようなウイルス感染、さらには癌などの非感染性疾患に対しても、有効な予防または治療ワクチンは存在していません。
論文の出典本研究はNature Biomedical Engineeringに掲載され、題名は「Dendritic-cell-targeting virus-like particles as potent mRNA vaccine carriers」です。著者チームは主に上海交通大学のシステムバイオメディシン教育部重点実験室、復旦大学基礎医学院などの複数の研究機関および上海、杭州などの関連研究センターから構成されています。本論文は、樹状細胞を標的とした新しいウイルス様粒子（dVLP）の開発と、mRNAワクチンキャリアとしての研究を記述しています。
研究の作業プロセス設計と表現
dVLPがmRNAワクチンキャリアとしての可能性を確認するために、研究チームは候補のSARS-CoV-2 mRNAワクチンを設計しました。このワクチンには、全長のSARS-CoV-2スパイクタンパク質mRNAが含まれ、その末端にMS2ステムループ構造を挿入してmRNAの安定性と発現レベルを向上させ、さらに二つのプロリン置換変異（K986P/V987P）を導入して安定性を高めました。研究チームは電子顕微鏡を使用してdVLPの形態を観察し、それらの粒子が約120nmの円形構造を示すことを発見しました。
スパイクタンパク質mRNAがVLPに成功裏にパッケージされるかどうかを確認するために、研究チームは逆転写定量ポリメラーゼ連鎖反応（RT-qPCR）とRNA免疫沈降（RIP）実験を行い、mRNAがRNA-タンパク質相互作用を通じて特異的にVLPにパッケージされることを発見しました。次に、研究チームはウェスタンブロット分析を通じてスパイクタンパク質がVLPに成功裏に装飾されることを確認し、これらの結果はdVLPがスパイクタンパク質mRNAを効果的に伝達できることを示しました。
免疫原性実験
dVLP-SARS-CoV-2 mRNAワクチンをマウスの足に注射したところ、このワクチンは標的がないVLPやLNP製剤よりも高く、持続的な抗原特異的IgG滴度と細胞免疫反応を誘導しました。質量分析を行った結果、スパイクタンパク質がVLPの表面でN結合型糖鎖付加を受けており、これはSARS-CoV-2の特性と類似していることが分かりました。続いて、研究チームはスパイクタンパク質の配列の免疫原性を検出し、大腸菌やファージの中での突然変異体を用いてdVLP内でのスパイクタンパク質の発現と翻訳を検証しました。
主な研究結果抗体反応
酵素結合免疫吸着実験（ELISA）によって、研究チームは2μgのdVLP–S-mutの単回注射がマウス体内で強力な中和免疫反応を引き起こすことを証明しました。次に、擬似ウイルス中和試験を通じて、接種したマウス血清の中和能力を検証し、高滴度の中和抗体が活ウイルス感染を効果的に防ぐことを発見しました。さらに、マウスへの短期間および長期間のフォローアップ実験を行い、単回量のワクチン接種が持続的なスパイク特異的IgG反応を引き起こすことを発見しました。特筆すべきは、鼻内経路での投薬が肺においてスパイク特異的IgAを誘導し得ることを発見し、これは鼻内ワクチンとしてSARS-CoV-2の感染を防ぐために使用できる可能性があることを示しています。
細胞免疫反応
dVLP–mRNAワクチンが細胞免疫応答に与える影響を分析するために、研究チームはマウスの脾細胞をスパイクタンパク質ペプチド混合物で刺激し、ELISPOT実験を行いました。dVLP–mRNAワクチン、特にSV-G疑似型化されたdVLPがインターフェロンγ（IFN-γ）、腫瘍壊死因子α（TNF-α）、およびインターロイキン2（IL-2）の顕著な産生を誘発することを発見しました。この結果は、dVLP–mRNAワクチンが強力なT細胞応答を誘発し、LNP–mRNAワクチンよりも顕著な効果を持つことを示しています。
体内分布
dVLPのワクチン効果向上のメカニズムを探索するために、研究チームはLNPs、VSV-G VLPs、およびdVLPsのmRNAとタンパク質レベルでの性能を直接比較しました。dVLPsは注射後12時間以内にリンパ節で顕著に集積し、一方、VLPsは注射部位およびリンパ節で類似したmRNA量を示しました。さらに、免疫蛍光分析により発見されたところ、dVLPが伝達するスパイクタンパク質はリンパ節内の樹状細胞に特異的に発現することが分かりました。
ワクチン効果
dVLP–mRNAワクチンのマウスに対する保護効果を検証するために、研究チームは活SARS-CoV-2でhACE2トランスジェニックマウスを感染させました。その結果、dVLP–mRNAワクチンを接種したマウスの体重は安定し、ウイルス負荷は著しく減少し、肺に顕著なSARS-CoV-2病変が検出されませんでした。同様に、研究はdVLP–mRNAワクチンがマウスをHSV感染からも保護し、皮膚および神経系でのウイルス複製を顕著に減少させることを示しました。
結論及び意義本研究は新しいdVLP–mRNAワクチンキャリアを開発し、それが特異的にmRNAを樹状細胞に伝達する可能性を示し、多くの実験によりその優れた免疫効果とウイルス感染からの効果的な保護を検証しました。現行のLNP–mRNAワクチンと比べて、dVLP–mRNAワクチンはより強力な抗体および細胞免疫応答を誘発する点で顕著な優位性を持ちます。将来的には、この技術は癌や慢性ウイルス感染の治療ワクチンに応用され、ワクチンの効力と安全性を向上させる可能性があります。
この研究により、mRNAワクチン技術の発展に新しい思考と技術的サポートを提供し、現在のワクチン開発の多くの課題の解決を促進することが期待されます。研究チームは、将来的には環状RNAや自己増幅RNAを使用してdVLP–mRNAワクチンの効力をさらに最適化し、ワクチンの投与量やコストを低減できる可能性があると指摘しています。