科學家研發新型寨卡病毒疫苗，有效對抗病毒感染

導 讀

寨卡病毒（Zika virus，ZIKV）於1947年首次在烏干達恆河猴中發現，屬於黃病毒科黃病毒屬，為單股正鏈RNA病毒，主要通過蚊媒傳播。近年來，ZIKV在南美、東南亞等地區爆發流行，已造成數百萬人感染，尤其是ZIKV感染導致的新生兒小頭畸形和格林-巴利綜合征，已成為全球公共衛生的新挑戰，但目前尚無批准使用的預防疫苗。

近日，美國俄亥俄州立大學大學、德克薩斯州立大學等科學家聯合攻關，以減毒重組水皰性口炎病毒（rVSV）為載體，研發了一種表達ZIKV prM-E-NS1多蛋白的病毒載體疫苗，單針免疫便可誘導小鼠產生ZIKV特異性體液和細胞免疫應答，並能有效對抗ZIKV的攻擊。相關研究以「A Zika virus vaccine expressingpremembrane-envelope-NS1 polyprotein.」為題，發表於2018年8月3日最新一期的國際期刊Nature Communication。

Science Daily 發布題為「新型疫苗對寨卡病毒具有強大的抵抗」（Novel vaccine approach proves powerful against Zikavirus）的新聞評論，稱頌其為「一種獨特的針對寨卡疫苗設計」（A uniquely designed experimental vaccineagainst Zika virus has proven powerful in mice, new research has found）。

Fig .Validation the safety and immunogenicity of rVSV-prM-E-NS1 in A129 mice

研究背景

寨卡病毒（Zika virus，ZIKV）於1947年首次在烏干達恆河猴中發現，屬於黃病毒科黃病毒屬，為單股正鏈RNA病毒，主要通過蚊媒傳播。近年來，ZIKV在南美、東南亞等地區爆發流行，已造成數百萬人感染，尤其是ZIKV感染導致的新生兒小頭畸形和格林-巴利綜合征，已成為全球公共衛生的新挑戰，但目前尚無批准使用的預防疫苗。

最近報道了幾種ZIKV候選疫苗，包括核酸（DNA和mRNA）、滅活病毒、亞基、VLP、病毒載體疫苗（包括腺病毒和痘病毒）和減毒活疫苗。這些候選疫苗在嚙齒動物和/或非人類靈長類動物模型中引發了不同程度的體液和細胞免疫和保護。在這些候選疫苗中，DNA疫苗、亞單位疫苗和滅活疫苗已經開始用於臨床試驗。儘管這些候選疫苗很有希望，但還需要探索其他新的、高效的ZIKV疫苗。

目前寨卡病毒亞基疫苗的研發主要集中在前體膜蛋白（pre-membrane，prM）和包膜蛋白（envelope，E）為抗原靶標，但對非結構蛋白1（non-structual protein 1，NS1）在寨卡病毒特異性免疫應答和保護中的作用知之甚少。

結果速覽

1、為了比較不同抗原的免疫原性，作者構建了表達ZIKV不同抗原的13個重組rVZV病毒。設計的抗原結構包括全長E蛋白，刪除跨膜區的E蛋白，prM-E結構、信號肽的增減、以及包括同時表達prM-E-NS1多蛋白的抗原的結構，並對這些重組病毒的蝕斑形成大小、生長特性、目的蛋白表達水平、表達產物的電鏡分析、小鼠中誘發的抗體水平等特點進行了鑒定。結果顯示，prM-E-NS1的rVZV病毒載體中的prM、E、NS1蛋白均能在細胞中進行有效表達，電鏡下觀察到表達產物形成的VLP顆粒，重組疫苗在小鼠中毒力減弱、具有良好的安全性，單針免疫後1-2周就可引發高水平的血清抗體反應（Fig1）。

Fig. 1 Recombinant rVSV expressing ZIKV antigens are immunogenic in mice.

2.為了進一步提高疫苗的安全性，研究者對rVZV進行了定點突變的減毒改造，並對獲得減毒後的重組載體病毒疫苗rVSV-G1670A-E, rVSV-G1670A-E, rVSV-G1670A-prM-E和rVSV-G1670A-prM-E-NS1與野生型病毒rVZV和母本病毒rVSV-G1670A進行了比較。結果表明，基於突變載體MTase-defective rVSV (mtdVSV)的疫苗具有高度的減毒性和良好的免疫原性（Fig2）。

Fig. 2 ZIKV antigen expression and antibody response by MTase-defective rVSV (mtdVSV) vector.

3.進一步的細胞免疫檢測結果發現，共表達NS1的重組mtdVSV在BALB/c小鼠中可誘發ZIKV特異性T細胞免疫反應。prM、E、NS1共表達誘導的Th2和Th17細胞因子反應與prM-E相比水平顯著升高（Fig 3）。

.Fig. 3 MTase-defective rVSV (mtdVSV)-based vaccine induces ZIKV-specific T helper cell responses.

4.為了評估疫苗的免疫保護效果，作者以質粒DNA疫苗pCI-prM-E（2針免疫）為對照，對mtdVSV疫苗在BALB/c小鼠中的免疫效果進行了評估。單針免疫106PFU的重組病毒疫苗，並以106的寨卡病毒柬埔寨株（FSS13025）進行攻擊，結果發現，基於mtdvsvv的疫苗可有效保護BALB/c小鼠免受病毒血症（Fig4）。

Fig. 4 MTase-defective rVSV (mtdVSV)-based vaccine protects BALB/c mice from viremia

4.為了進一步評估疫苗的免疫保護效果，作者以質粒DNA疫苗pCI-prM-E、pCI-NS1為對照，對突變載體疫苗VSV-G1670A-prM-E-NS1、rVSV-G1670A-prM-E、rVSV-prM-E-NS1在I型干擾素缺失的A129小鼠中進行評估。單針免疫105PFU的重組病毒疫苗，並以106的寨卡病毒柬埔寨株（FSS13025）進行攻擊。結果發現，基於mtdvv的疫苗在A129小鼠中可誘導ZIKV特異性體液免疫反應,並提供完全的保護（Fig5，7）。此外，對單獨NS1在免疫反應和免疫保護中的作用探討結果表明，雖然NS1不能誘導中和抗體，但能夠對小鼠的ZIKV感染提供部分保護（Fig6，7）。對rVSV-prM-E-NS1在A129小鼠中免疫保護效果研究表明，該疫苗不僅具有良好的減毒性，還能完全保護小鼠免受ZIKV的攻擊（Fig8）。

Fig. 5 MTase-defective rVSV (mtdVSV)-based vaccine induces high levels of ZIKV-specific antibody in A129 mice.

Fig. 6 NS1 alone provides partial protection against ZIKV challenge

Fig. 7 MTase-defective rVSV (mtdVSV)-based vaccine protects A129 mice from viremia and prevents ZIKV replication in vivo.

Fig. 8 Validation the safety and immunogenicity of rVSV-prM-E-NS1 in A129 mice.

結 語

綜上，研究者研發了一種新型的基於mtdvv的病毒載體疫苗，該疫苗共表達寨卡病毒的prM、E、NS1蛋白，該疫苗一針免疫便能在免疫力健全和免疫力缺陷的小鼠模型中均顯示出良好的安全性和有效性。

在已有寨卡疫苗靶抗原中增加NS1蛋白，進行多蛋白共表達，這是寨卡疫苗的一種創新方法，本研究同時也強調了對於ZIKV NS1蛋白在免疫應答和免疫保護中的作用。為進一步探討該疫苗在人體的免疫效果奠定了基礎。

ABSTRACT

Current efforts to develop Zika virus (ZIKV) subunit vaccines have been focused on pre-membrane (prM) and envelope (E) proteins, but the role of NS1 in ZIKV-specific immune response and protection is poorly understood. Here, wedevelop an attenuated recombinant vesicular stomatitis virus (rVSV)-based vaccine expressing ZIKV prM-E-NS1 as a polyprotein. This vectored vaccine candidate is attenuated in mice, where a single immunization induces ZIKV-specific antibody and T cell immune responses that provide protectionagainst ZIKV challenge. Co-expression of prM, E, and NS1 induces significantly higher levels of Th2 and Th17 cytokine responses than prM-E. In addition, NS1 alone is capable of conferring partial protection against ZIKV infection inmice even though it does not induce neutralizing antibodies. These results demonstrate that attenuated rVSV co-expressing prM, E, and NS1 is a promising vaccine candidate for protection against ZIKV infection and highlights an important role for NS1 in ZIKV-specific cellular immune responses.

參考文獻：

1. LiA, Yu J, Lu M, Ma Y, Attia Z, Shan C, Xue M, Liang X, Craig K, Makadiya N, HeJJ, Jennings R, Shi PY, Peeples ME, Liu SL, Boyaka PN, Li J.AZika virus vaccine expressing premembrane-envelope-NS1 polyprotein.NatCommun. 2018 Aug 3;9(1):3067.

本期編輯：Annabella

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