在呼吸道中增加新型冠状病毒抗病毒免疫
Aaron Silva-Sanchez
摘要
为应对新冠肺炎疫情，公司成功推出了基于mRNA的疫苗，当肌肉注射时，可引发刺突蛋白特异性抗体并预防严重疾病，但不促进粘膜免疫。新的数据表明，如何提高全身免疫和引发肺部免疫，从而更有效地控制感染和削弱传播。在呼吸道中增加新型冠状病毒抗病毒免疫
主要文本
使用抗原编码mRNA作为有效载荷的新一代疫苗已经推出，以应对新冠肺炎疫情。像许多针对新抗原的疫苗一样，编码刺突蛋白的mRNA疫苗会注射两次:第一次免疫，然后是加强免疫。加强免疫后，大多数个体产生中和IgG滴度和循环T细胞，这与防止感染相关。然而，呼吸道粘膜免疫的特征，包括呼吸道分泌物中的抗原特异性IgA和鼻腔和肺中的组织驻留记忆淋巴细胞，几乎是检测不到的。在这种情况下，粘膜免疫的缺乏并不完全令人惊讶，因为肺归巢效应淋巴细胞和肺驻留记忆T和B细胞的产生通常需要抗原识别和呼吸道炎症，这两种情况都不会在肌内免疫后发生。这些疫苗在预防严重疾病方面的安全性和有效性现已得到充分证明，但缺乏对呼吸道病毒的粘膜免疫反应是一个不令人满意的结果。
为了利用mRNA疫苗接种的优势并在呼吸道中实现粘膜免疫，Mao和他的同事用肌内mRNA疫苗致敏K18-hACE2小鼠，并用相同的疫苗进行肌内加强，或用不含佐剂的可溶性刺突蛋白多聚体进行鼻内(整个呼吸道)加强，这种策略被他们称为“致敏和刺突”。虽然肌肉注射增加了抗原特异性CD8+肺中的T细胞和IgG几乎与鼻内加强一样，只有鼻内加强增加了CD4+肺中的T细胞和IgA反应。此外，在攻击感染后，鼻内加强的小鼠比肌内加强的小鼠表现出更低的发病率，经历更少的肺部病变，并且在其鼻道中具有更低的病毒滴度。
有趣的是，他们进行了类似的实验，但在没有佐剂的情况下，用严重急性呼吸综合征冠状病毒1型(SARS-CoV-1)病毒的刺突蛋白对小鼠进行了鼻内加强。这两种蛋白非常相似，它们共享一些B和T细胞表位，异源加强产生了针对这两种抗原的强有力的肺T细胞和中和抗体反应。使用鼻内mRNA作为增强剂，引发和尖峰策略也起作用。在批准的肌内疫苗中，抗原编码mRNA被包裹在脂质纳米粒中，以防止mRNA降解并增强mRNA的摄取和表达。不幸的是，这些纳米颗粒在肺部给药时会产生剂量限制性毒性。为了避免这个问题，作者鼻内使用聚(胺-共-酯)包裹的mRNA进行加强，这种mRNA比脂质纳米粒的炎症性更小，但可以有效地触发免疫反应。
对之前描述的病毒攻击实验的一个警告是，它们是通过用液体悬浮液(小鼠50 μl，仓鼠100 μl)鼻内感染动物来进行的。这些体积将病毒一路运送到肺部，并可能在鼻道中洗去或稀释IgA，潜在地绕过上呼吸道粘膜免疫的任何保护作用。为了解决这个问题，作者将接种疫苗的仓鼠和感染新型冠状病毒病毒的仓鼠安置在一起4小时，并监测病毒向接种疫苗的动物的传播。口咽表面的每日拭子显示，在肌内加强的仓鼠中，病毒传播被适度削弱，但是在鼻内加强的仓鼠中，病毒传播被显著削弱，感染程度降低，病毒清除加快。
这些结果对黏膜疫苗的支持者来说似乎是个好消息。然而，尽管有明显的证据表明鼻腔和肺中存在强有力的粘膜免疫(IgA)以及组织常驻CD4+和CD8+T细胞)，鼻内加强不能完全防止感染。这一结果似乎令人惊讶，因为初始和峰值策略实现了类似于混合免疫的东西:强烈的全身性反应以及粘膜T细胞和抗体反应，它们一起应该有效地抑制整个呼吸道的感染(图1)。刺突特异性IgG和IgA都能够中和新型冠状病毒，并且在某些情况下，IgA可能由于其聚合结构而具有优势。类似地，组织驻留T细胞是病毒感染的第一反应者，因此它们的存在也应该有助于快速清除病毒。也许即使有这些抗病毒机制在起作用，我们所能期待的最大“保护”是峰值病毒载量降低一个对数级，病毒清除加快一两天，如Mao研究中所见。
图1严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)“初始和峰值”策略应促进呼吸道粘膜免疫。
初始和峰值方法的一个吸引力是加强不需要佐剂。大多数基于蛋白质的粘膜疫苗依赖于佐剂，如细菌毒素，来促进免疫识别。然而，佐剂也可能是炎症性的，并可能导致组织损伤或加重已有的疾病，如慢性阻塞性肺病或哮喘。这种担心主要与疫苗被递送到下呼吸道而不是鼻腔有关，但是如用mRNA脂质纳米粒观察到的那样，在一种环境中起作用的公式可能不适合肺部。
对啮齿类动物疫苗研究的一个常见抱怨是，研究结果通常不会转化到人类身上。这些差异中的一些可以归因于实验室小鼠的免疫发育不成熟；然而，对于鼻内疫苗接种，确定抗原的递送方式和递送位置也很重要。例如，50 μl的小鼠鼻内接种物约为肺体积的5%。人肺中类似的接种物约为300毫升，这对于人来说是不切实际或不可忍受的。这种大量的液体显然不局限于鼻腔通道，肺部多余的液体通过淋巴管清除，并通过肺部引流淋巴结过滤，在那里B和T细胞可以仔细阅读可用的抗原。相比之下，专门递送到鼻腔的少量蛋白质更难刺激免疫反应，并且更依赖于佐剂。
两项新型冠状病毒疫苗接种临床试验可能对鼻腔和肺部给药之间的差异有指导意义。在第一项试验中，人类受试者接受了含有表达刺突蛋白的黑猩猩腺病毒的鼻喷雾剂。这项研究是复杂的，但包括一组首先肌内注射mRNA疫苗，然后用鼻喷雾剂加强。无论哪一组，鼻内免疫未能在血清或粘膜表面引发强烈的IgA或IgG反应。第二项试验也使用了表达刺突蛋白的腺病毒(Ad5 )，但在用两次肌肉注射剂量的灭活病毒引发后，将其作为口服吸入气雾剂给药。值得注意的是，雾化病毒比第三次肌肉注射灭活病毒诱导了更强的中和血清抗体反应。与毛相似以及其他人。研究气溶胶化的腺病毒也引发了与δ变体交叉反应的抗体。尽管未报告粘膜IgA，但通过气溶胶免疫接种，特异于刺突受体结合域的血清IgA显著增加。
尽管这两项试验之间存在许多差异，但人们很容易推测，与局限于鼻腔通道的鼻喷雾剂相比，气雾剂输送到肺部会引起更有效的免疫反应。如果是这样的话，那么岩崎明子的团队所使用的主要策略可能需要以将抗原输送到肺部而不仅仅是鼻腔的方式在人体中进行测试。
Silva-Sanchez A， Randall TD. Spiking SARS-CoV-2 antiviral immunity in the respiratory tract. Trends Immunol. 2022 Dec 22:S1471-4906(22)00277-0. doi: 10.1016/j.it.2022.12.007. Epub ahead of print. PMID: 36593157; PMCID: PMC9771740.
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