四價mRNA疫苗激發針對牛痘和猴痘病毒抗原的有效免疫應答
2022年人類猴痘病毒感染的quanqiu暴發引起了公眾對人畜共患疾病人際傳播威脅的衛生關注。
鑒于有證據表明,包括牛痘和駱駝痘在內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險,此迫切需要開發一種具有廣泛預防正痘病毒的痘病毒疫苗,以儲備以應對未來的緊急情況。
在這項研究中,我們構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,小鼠即產生強效的抗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。第二次接種后,四種抗原的抗體反應均顯著增強,IgG滴度均>5 logs,其中抗A33的 IgG滴度zuigao。
實驗結果
設計了一個常規的mRNA序列,包含帽結構、5'UTR非翻譯區、CDS翻譯區、3'UTR非翻譯區和PolyA 結構。CDS翻譯區表達4個串聯的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限制性內切酶切割位點(圖1A)。用BspQI酶切質粒可以有效地線性化質粒模板(圖1B)。以線性化質粒為模板,通過體外轉錄反應合成了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的結構設計和制備
本研究中,使用邁安納微流控設備INano L進行脂質和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%。轉染293T細胞,抗A27, L1, A33, B5的陽性率分別為20%, 85%, 6% 和75%(圖3)。
圖2: mRNA-ALAB-LNP的準備和表征
圖3: 轉染mRNA-ALAB-LNP后四種靶蛋白的表達
mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠中誘導了強效的抗原特異性結合抗體反應
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(增強注射后2周),采血取樣,檢測抗原特異性結合抗體(圖4B-4E)。第二次免疫后45 d取脾進行細胞免疫評價。在diyi次免疫后,誘導了強效的抗L1特異性和中等的抗A33 -、抗A27 -和抗B5特異性抗體反應,并且針對所有四種抗原的抗體反應隨著時間的推移而增加。同時,加強免疫后4種抗原的抗體水平顯著升高。這些結果表明,mRNA -ALAB- LNP疫苗能夠誘導強效的抗原特異性結合抗體反應。
圖4:mRNA-ALAB-LNP在小鼠體內引起強效抗體反應
mRNA-ALAB-LNP疫苗免疫血清展現了強效的痘病毒中和活性
為了確定mRNA -ALAB- LNP疫苗產生的抗體是否具youbing毒中和活性,我們用100 CCID50 VACV病毒和增強疫苗注射后2周的滅活血清孵育,以檢測中和活性。通過觀察和分級細胞病變效應(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,未表現出中和活性,感染的BSC-1細胞顯示出明顯的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細胞中未見CPE,顯示出細胞免受病毒感染的保護(圖5A)。在本實驗中,mRNA -ALAB- LNP的平均中和抗體滴度可達1431 (圖5B)。
圖5:mRNA-ALAB-LNP誘導出抗牛痘病毒的強效中和抗體
mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠體內誘導抗原特異性細胞免疫反應
為了探討mRNA疫苗是否能誘導小鼠特異性細胞免疫應答,在增強針注射45 d后收集小鼠脾細胞,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細胞。對所有四種抗原均檢測到特異性IFN-γ應答,且應答顯著高于空白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/百萬細胞和27747個點/百萬細胞。與抗A33的總特異性IgG應答zuigao一致(圖3D),對A33肽庫的應答中IFN-γ應答也zuigao(圖6B)。
圖6:mRNA-ALAB-LNP誘導小鼠細胞免疫應答(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合效應
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,檢測交叉結合抗體滴度。ELISA結果顯示,shouci免疫后對猴痘抗原A35、M1、222、A29和B6均有較強的血清IgG應答,且隨著免疫時間的延長,抗體滴度逐漸升高。(圖7A- 223 7D)。抗A29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抗體滴度分別達到110000、2430000、558000和1782000。總之,這些結果表明,編碼牛痘抗原(A27、L1、232、A33和B5)的mRNA-ALAB-LNP疫苗在小鼠體內誘導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抗體。(圖7 A-7D)。
圖7:mRNA-ALAB-LNP可誘導針對MPXV抗原的強效交叉反應抗體。
綜上所述,本研究基于牛痘病毒抗原A27, L1, A33、B5,開發了一種新的四價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生了顯著的抗體應答。這些數據證明了mRNA-ALAB- 282 LNP疫苗設計的可行性,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。
文獻來源:
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.