Science：諾獎團隊開發多價mRNA-LNP疫苗，預防艱難梭菌感染

編輯丨王多魚

排版丨水成文

艱難梭菌（Clostridioides difficile）是一種厭氧、革蘭氏陽性的芽孢桿菌，可引起一系列胃腸道疾病，從輕度腹瀉到中毒性巨結腸甚至死亡。該細菌一旦感染，就很難治癒，因爲其產生的耐抗生素孢子能夠在體內潛伏數年之久。

在全球範圍內，艱難梭菌感染（CDI）已成爲一個重大公共衛生威脅。之前的艱難梭菌感染預防疫苗試驗主要集中在使用佐劑增強的類毒素或重組疫苗上，這些疫苗針對的是兩種強效艱難梭菌毒素（TcdA和TcdB）的組合重複寡肽（CROP）域或受體結合域（RBD），以抑制毒素與腸道上皮細胞的結合。

輝瑞最近的一項3期臨牀試驗顯示，該試驗在減輕艱難梭菌感染的嚴重程度和持續時間方面顯示出了希望，但未能預防最初的感染，這凸顯了開發有效的艱難梭菌疫苗所面臨的挑戰。此外，賽諾菲停止了其抗艱難梭菌疫苗的研發，凸顯了需要探索其他疫苗接種策略的必要性。

2024年10月4日，mRNA疫苗先驅、2023年諾貝爾生理學或醫學獎得主Drew Weissman教授團隊與賓夕法尼亞大學Joseph P. Zackular團隊合作，在國際頂尖學術期刊Science上發表了題爲：A multivalent mRNA-LNP vaccine protects against Clostridioides difficile infection 的研究論文。

該研究利用mRNA技術開發了一種同時靶向艱難梭菌毒素和毒力因子的多價mRNA疫苗，多管齊下，在動物模型中誘導了強大且長期的全身和粘膜抗原特異性體液和細胞免疫反應，且不會顯著破壞腸道微生物羣。該疫苗不僅能夠在首次感染和重複感染中保護小鼠免受致死性艱難梭菌感染（CDI）感染，還能促進產毒素艱難梭菌從胃腸道中的去定植。

核苷酸修飾的mRNA疫苗已成爲對抗多種傳染病病原體（包括致命細菌病原體）的領先疫苗平臺。其安全性和有效性在新冠mRNA疫苗中得到了廣泛驗證。

研究團隊推測，靶向多種致病因子的多價mRNA疫苗策略可以預防艱難梭菌感染相關疾病。研究團隊最初的疫苗策略包括兩種強效艱難梭菌毒素（TcdA和TcdB）的組合重複寡肽（CROP）域和受體結合域（RBD），以及金屬蛋白酶毒性因子Pro-Pro內肽酶1（PPEP-1/Zmp1）。因爲PPEP-1是通過在艱難梭菌細胞表面切割多種因子來調節病原體運動和黏附的保守因子，所以研究團隊認爲靶向該因子可以促進艱難梭菌感染相關疾病發生後的致病菌的清除。

在醫院和社區環境中都存在多種遺傳多樣性的艱難梭菌菌株。爲了探究上述疫苗靶點的保護機制，研究團隊對mRNA中的TcdA、TcdB和PPEP-1序列與137株代表型艱難梭菌菌株的共享氨基酸序列相似性進行了比較基因組分析。結果顯示，mRNA編碼的PPEP-1在所研究的艱難梭菌菌株之間具有最低97.4%、中位數99.5%以及平均99.4%的氨基酸相似性。在產毒素菌株中，TcdA的最小氨基酸同源性爲39.4%，中位數爲97.1%，平均值爲90.9%。TcdB的最小氨基酸同源性爲87.0%，中位數爲100%，平均值爲97.8% 。

研究團隊合成了相應的mRNA序列，並封裝到脂質納米顆粒（LNP）中， 轉染Neuro2A細胞後，所有mRNA-LNP均通過了質控參數，3種蛋白均表達並被分泌出來 ， 與TcdA和TcdB毒素相比，PPEP-1的表達明顯降低 。在體外，TcdA和TcdB mRNA-LNP的表達並未降低細胞活力，表明了在動物中肌肉注射的安全性 。

在多種動物模型實驗中，該研究開發的 多價mRNA疫苗均誘導產生了強大且持久的全身和黏膜抗原特異性體液和細胞免疫應答，且不會明顯破壞腸道微生物羣。 在初次和重複感染模型中，該疫苗接種均可保護小鼠免於致死性艱難梭菌感染（CDI），接種該疫苗的小鼠在6個月後進行第二次艱難梭菌感染挑戰時，疫苗的保護性與首次感染時差不多。 此外，該疫苗納入的非毒素細胞和孢子抗原可改善胃腸道中產毒素艱難梭菌的去定植 。

mRNA-LNP疫苗可引起針對艱難梭菌毒力因子的強大免疫應答

總的來說，該研究表明，mRNA-LNP疫苗技術是開發新型艱難梭菌疫苗和療法的一個有前景的平臺，具有限制急性疾病和促進艱難梭菌去定植的潛力。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn4955