Science：诺奖团队开发多价mRNA-LNP疫苗，预防艰难梭菌感染|mrna|免疫|梭菌感染|疫苗|病原体|艰难梭菌|菌株|诺奖

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

艰难梭菌（Clostridioides difficile）是一种厌氧、革兰氏阳性的芽孢杆菌，可引起一系列胃肠道疾病，从轻度腹泻到中毒性巨结肠甚至死亡。该细菌一旦感染，就很难治愈，因为其产生的耐抗生素孢子能够在体内潜伏数年之久。

在全球范围内，艰难梭菌感染（CDI）已成为一个重大公共卫生威胁。之前的艰难梭菌感染预防疫苗试验主要集中在使用佐剂增强的类毒素或重组疫苗上，这些疫苗针对的是两种强效艰难梭菌毒素（TcdA和TcdB）的组合重复寡肽（CROP）域或受体结合域（RBD），以抑制毒素与肠道上皮细胞的结合。

辉瑞最近的一项3期临床试验显示，该试验在减轻艰难梭菌感染的严重程度和持续时间方面显示出了希望，但未能预防最初的感染，这凸显了开发有效的艰难梭菌疫苗所面临的挑战。此外，赛诺菲停止了其抗艰难梭菌疫苗的研发，凸显了需要探索其他疫苗接种策略的必要性。

2024年10月4日，mRNA疫苗先驱、2023年诺贝尔生理学或医学奖得主Drew Weissman教授团队与宾夕法尼亚大学Joseph P. Zackular团队合作，在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：A multivalent mRNA-LNP vaccine protects against Clostridioides difficile infection 的研究论文。

该研究利用mRNA技术开发了一种同时靶向艰难梭菌毒素和毒力因子的多价mRNA疫苗，多管齐下，在动物模型中诱导了强大且长期的全身和粘膜抗原特异性体液和细胞免疫反应，且不会显著破坏肠道微生物群。该疫苗不仅能够在首次感染和重复感染中保护小鼠免受致死性艰难梭菌感染（CDI）感染，还能促进产毒素艰难梭菌从胃肠道中的去定植。

核苷酸修饰的mRNA疫苗已成为对抗多种传染病病原体（包括致命细菌病原体）的领先疫苗平台。其安全性和有效性在新冠mRNA疫苗中得到了广泛验证。

研究团队推测，靶向多种致病因子的多价mRNA疫苗策略可以预防艰难梭菌感染相关疾病。研究团队最初的疫苗策略包括两种强效艰难梭菌毒素（TcdA和TcdB）的组合重复寡肽（CROP）域和受体结合域（RBD），以及金属蛋白酶毒性因子Pro-Pro内肽酶1（PPEP-1/Zmp1）。因为PPEP-1是通过在艰难梭菌细胞表面切割多种因子来调节病原体运动和黏附的保守因子，所以研究团队认为靶向该因子可以促进艰难梭菌感染相关疾病发生后的致病菌的清除。

在医院和社区环境中都存在多种遗传多样性的艰难梭菌菌株。为了探究上述疫苗靶点的保护机制，研究团队对mRNA中的TcdA、TcdB和PPEP-1序列与137株代表型艰难梭菌菌株的共享氨基酸序列相似性进行了比较基因组分析。结果显示，mRNA编码的PPEP-1在所研究的艰难梭菌菌株之间具有最低97.4%、中位数99.5%以及平均99.4%的氨基酸相似性。在产毒素菌株中，TcdA的最小氨基酸同源性为39.4%，中位数为97.1%，平均值为90.9%。TcdB的最小氨基酸同源性为87.0%，中位数为100%，平均值为97.8% 。

研究团队合成了相应的mRNA序列，并封装到脂质纳米颗粒（LNP）中，转染Neuro2A细胞后，所有mRNA-LNP均通过了质控参数，3种蛋白均表达并被分泌出来，与TcdA和TcdB毒素相比，PPEP-1的表达明显降低。在体外，TcdA和TcdB mRNA-LNP的表达并未降低细胞活力，表明了在动物中肌肉注射的安全性。

在多种动物模型实验中，该研究开发的多价mRNA疫苗均诱导产生了强大且持久的全身和黏膜抗原特异性体液和细胞免疫应答，且不会明显破坏肠道微生物群。在初次和重复感染模型中，该疫苗接种均可保护小鼠免于致死性艰难梭菌感染（CDI），接种该疫苗的小鼠在6个月后进行第二次艰难梭菌感染挑战时，疫苗的保护性与首次感染时差不多。此外，该疫苗纳入的非毒素细胞和孢子抗原可改善胃肠道中产毒素艰难梭菌的去定植。