【3.2.5】腺病毒(Adenovirus,Ad)

腺病毒(Adenovirus,Ad)载体过去曾被用于针对其他病毒的疫苗,特别是HIV和埃博拉病毒,但从未被大规模地生产、分发或用于人类。有研究对几种不同血清型的编码SARS-CoV-2 S蛋白的Ad进行测试,发现其对COVID-19有效。

绝大多数 COVID-19 疫苗侧重于引发针对SARS-CoV-2的S蛋白的免疫反应(特别是结合和中和抗体)。S蛋白是病毒粒子表面的一种同型三聚体蛋白,负责与宿主细胞质膜上存在的受体血管紧张素转化酶 2 (ACE2) 结合,以促进病毒进入和感染。结合 S蛋白并阻止 ACE2 参与的抗体可以中和 SARS-CoV-2 并保护宿主;非中和抗体反应可以通过促进免疫控制和清除病毒来保护宿主;病毒特异性 CD8+ T 细胞可以清除受感染的细胞并抑制病毒复制。因此,包含 S蛋白的疫苗可以预防COVID-19感染。

以往的疫苗通常由病原体或蛋白亚基经灭活或减毒形成。对针对现有和新兴疾病的下一代疫苗平台的多年研究促进了核酸和病毒载体作为疫苗平台的开发,通过交换目的编码基因,可以从一种病原体适应另一种病原体。这种基于基因的疫苗对于 COVID-19 大流行的疫苗研发至关重要。

一、腺病毒载体史

Ad是无包膜的双链 DNA 病毒,其二十面体衣壳直径在 80 -100 纳米之间,于 1950 年代首次被发现,有超过100种人类血清型,其基因组已被测序,且组装和复制的机制已经相当清楚。Ad可感染多种细胞,包括上皮细胞和内皮细胞以及肝细胞和成肌细胞等。Ad在20世纪90年代成为第一个用于治疗基因递送的体内基因表达载体,用于治疗α-1抗胰蛋白酶缺乏和囊性纤维化。然而,即使Ad平台能够可靠地传递目的基因,该载体也引发了免疫反应,从而抑制了治疗基因的长期表达。Ad载体具有高度的免疫原性,在引入宿主后可引发炎症性固有反应,导致了对Ad衣壳的适应性免疫反应。尽管这种免疫原性限制了Ad载体用于基因治疗的潜力,但它对于疫苗平台仍然具有吸引力。

外源基因的短期表达和 Ad 病毒颗粒的固有免疫原性使 Ad成为很有前途的疫苗平台,与许多其他蛋白质或亚单位疫苗不同,它不需要额外的佐剂。Ad载体已被研究作为多种不同病毒的疫苗平台,包括 HIV、埃博拉、寨卡病毒和 SARS-CoV-2等。这些疫苗使用了不同的 Ad 血清型,从人类 Ad5 到人类 Ad26,再到黑猩猩 Ads (ChAds) 或恒河猴 Ads (RhAds)。这些实验性疫苗的一部分已被授权紧急用于埃博拉和 SARS-CoV-2。

Ad载体疫苗利用Ad固有的传染性促进目标疫苗抗原的体内表达。这是通过删除关键的病毒复制基因(特别是E1和E3盒)、插入疫苗抗原的编码序列,使载体在保持基因组原始大小的同时无法复制而实现的(图1)。Ad载体疫苗诱导与疫苗抗原表达平行的先天免疫应答,导致适应性T细胞和B细胞对Ad载体本身和疫苗抗原的应答。先天性反应主要由细胞溶质DNA传感器识别宿主细胞中的Ad基因组驱动,如Toll样受体9(TLR9)和环磷酸鸟苷AMP合酶(cGAS);空的Ad衣壳诱导的固有反应明显较低。这些传感器可触发炎症级联反应,包括干扰素(IFN)和其他细胞因子的产生以及免疫细胞募集到给药部位。巨噬细胞和树突状细胞(DC)是最早被招募的细胞,可以吸收病毒颗粒,然后在局部以及运输到引流淋巴结后表达疫苗转基因。这种在淋巴结中的表达、释放和淋巴引流后局部表达抗原的摄取,能够产生强大的适应性免疫反应。同源T细胞和B细胞被淋巴结中的DC激活;CD8+T细胞被激活,它们可以从淋巴结中排出,到达感染部位,并杀死受感染的细胞。Naïve B细胞产生最初的低亲和力抗体,也进入生发中心(GC)反应,亲和力成熟并最终产生高亲和力抗体,识别抗原的记忆B细胞也可能增殖并分化为抗体分泌细胞。这一过程既针对Ad载体本身,更针对载体中编码的疫苗抗原。 图片

图1 腺病毒载体疫苗开发过程

抗载体免疫可能对Ad疫苗策略构成挑战。关于Ad载体的大部分初始工作都集中在Ad5上,Ad5是一种特征明确且高度流行的Ad。鉴于Ad5在人类中的普遍性,多数人都具有循环的抗Ad5抗体。针对所用载体血清型的高滴度抗体可降低病毒载体的传染性,从而削弱疫苗转基因的表达和所需的抗疫苗免疫应答。

尽管目前仍在使用Ad5载体,但规避先前存在的免疫问题的一个主要策略是使用罕见的Ad血清型或非人类Ad。已在该领域开展了大量工作,以确定各种Ads作为载体的血清流行率和免疫原性,Ad26成为一个很有希望的候选者。同时,还有工作对人类以前很少或根本没有接触过的非人灵长类动物(包括CHAD和RHAD)的Ads进行表征和矢量化。

鉴于其模块化性质,Ad疫苗平台可以很容易地适应包括几乎任何感兴趣的抗原。事实证明,这对于应对SARS-CoV-2和COVID-19大流行的快速疫苗开发至关重要。

参考资料

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