靶向外表面蛋白C的多价mRNA疫苗为莱姆病提供多菌株保护

《npj Vaccines》：Polyvalent mRNA vaccine targeting outer surface protein C affords multi-strain protection against Lyme disease

本研究针对莱姆病疫苗研发中因外表面蛋白C(OspC)基因高度变异导致的保护范围有限这一关键难题，开发了编码北美最常见OspC类型(A、C、I、K、N)的多价mRNA疫苗。实验证明该疫苗能诱导针对所有五种OspC类型的抗体反应，并对表达OspC类型A、I和K的伯氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)感染提供显著保护，提高剂量还可增强对OspC类型C菌株的保护效果。这项研究首次证实了OspC靶向mRNA疫苗的可行性，为开发广谱莱姆病疫苗奠定了坚实基础。

　　

在温带的北美和欧洲地区，一种由蜱虫传播的疾病正悄然成为重大的公共卫生威胁——莱姆病。每年有超过48万北美人和12万欧洲人感染这种疾病，且发病率随着气候变暖和人类活动范围的扩大而持续上升。莱姆病由伯氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)引起，这种螺旋形细菌通过蜱虫叮咬进入人体后，会引发从特征性"牛眼疹"到关节炎、心脏炎症和神经系统症状等一系列健康问题。

尽管抗生素治疗对多数患者有效，但约10-20%的患者会出现治疗后莱姆病综合征(PTLDS)，持续遭受疲劳、疼痛和认知障碍的困扰。更令人担忧的是，许多病例因诊断延迟或误诊而错过最佳治疗时机，这凸显了开发有效预防措施的紧迫性。

疫苗研发之路并非一帆风顺。1998年，首款针对伯氏疏螺旋体外表面蛋白A(OspA)的LYMErix?疫苗获批上市，却在四年后因市场表现不佳和未经证实的副作用报道而退出市场。OspA疫苗的主要局限在于其作用机制：它需要在人体内维持高抗体水平，这些抗体能在蜱虫吸血时进入其中肠，杀死尚未传播给人的细菌。这意味着需要每年加强免疫，无疑降低了接种依从性。

科学家们将目光转向了另一个关键抗原——外表面蛋白C(OspC)。与OspA不同，OspC在细菌感染哺乳动物宿主期间高度表达，是早期传播的关键因子。理论上，靶向OspC的疫苗可能提供更持久的保护。然而，OspC基因在伯氏疏螺旋体中的高度遗传多样性成为主要障碍。在北美菌株中，ospC基因存在超过20种主要等位基因类型，且不同型别间抗体交叉保护有限。

随着mRNA疫苗技术在新冠疫情期间的成功应用，研究人员看到了解决这一难题的新机遇。mRNA疫苗不仅具有快速开发和生产的优势，还特别适合开发多价疫苗——将编码多种抗原变体的mRNA封装在同一脂质纳米颗粒(LNP)中，有望实现对多种菌株的广谱保护。

在这项发表于《npj Vaccines》的研究中，加拿大卫生部和渥太华大学的研究团队报道了他们开发的新型多价mRNA疫苗。研究人员设计了两种候选疫苗：一种仅编码OspC类型A(单价疫苗)，另一种同时编码北美人类和蜱虫感染中最常见的五种OspC类型(A、C、I、K和N)(多价疫苗)。

研究团队采用了几项关键技术方法：通过核苷修饰的mRNA技术合成编码不同OspC类型的mRNA序列；使用微流控技术制备封装mRNA的脂质纳米颗粒(LNP)；利用C3H/HeN小鼠模型进行疫苗免疫原性和保护效果评估；通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清抗体反应；采用定量PCR(qPCR)和组织培养评估感染程度；运用多因子检测和流式细胞术分析细胞免疫反应；以及组织病理学检查评估疫苗对心脏和淋巴结病变的保护效果。

OspC-A mRNA对同源伯氏疏螺旋体感染和传播的完全保护作用

研究人员首先评估了单价OspC-A mRNA疫苗的保护效果。小鼠在初次免疫和加强免疫后，用表达OspC类型A的伯氏疏螺旋体进行攻击实验。结果显示，所有接种OspC-A mRNA疫苗的小鼠均未在皮肤和耳朵组织中检测到存活的螺旋体，而对照组全部感染。通过qPCR进一步量化多种组织中的细菌负荷，发现接种疫苗的小鼠所有受检组织中的细菌DNA均低于检测限，表明疫苗完全阻止了细菌的感染和传播。

OspC-A mRNA对莱姆心脏炎和淋巴结病的保护作用

莱姆病的一个重要并发症是心脏炎症(莱姆心脏炎)，可导致传导系统异常。组织病理学分析显示，对照组小鼠出现了轻度心脏炎，表现为心脏基部的混合性单核细胞-中性粒细胞浸润。而接种OspC-A mRNA疫苗的小鼠则未检测到明显的心脏炎症。

同时，对照组小鼠的腋窝淋巴结因B细胞大量增生而显著肿大，白细胞计数约为疫苗接种组的四倍。淋巴结炎症表现为明显的滤泡和髓索浆细胞增生及轻度副皮质区增生。相比之下，所有接种疫苗的小鼠淋巴结大小与未感染小鼠相似，未见增生现象。

OspC-A mRNA产生功能性抗体反应

为探究疫苗保护的免疫机制，研究人员分析了接种后的抗体反应。ELISA检测显示，OspC-A mRNA疫苗接种诱导了显著的抗OspC抗体滴度。抗体亚型分析发现，疫苗诱导了IgG1和IgG2a两种亚型，且IgG2a与IgG1比值大于1(平均为5±7.8)，表明可能偏向Th1型免疫反应。

功能实验证明这些抗体具有生物活性。在抗体依赖性细胞吞噬作用(ADCP)实验中，接种疫苗的小鼠血清能显著提高巨噬细胞对螺旋体的吞噬能力。此外，在补体存在下，疫苗诱导的抗体能在24小时内使活螺旋体数量减少两倍，显示出杀菌活性。

OspC-A mRNA引发抗原特异性CD4⁺T细胞反应

细胞免疫应答分析显示，接种疫苗的小鼠引流淋巴结细胞在OspC肽段刺激下，产生了显著更高水平的IFN-γ、IL-2、IL-6、IL-10、IL-18和TNF-α等Th1型细胞因子，而Th2型细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)未见升高。ELISpot分析检测到大量产生IFN-γ的细胞，而产生IL-4的细胞极少。流式细胞术进一步证实，CD4⁺T细胞而非CD8⁺T细胞在疫苗接种后产生IFN-γ和IL-2，且表达激活标志物CD25和OX40的CD4⁺T细胞比例显著高于对照组。

多价OspC mRNA对多种伯氏疏螺旋体菌株的保护作用

针对OspC多样性挑战，研究人员开发了编码五种OspC类型(A、C、I、K、N)的多价mRNA疫苗。攻击实验表明，接种多价疫苗的小鼠对OspC类型A、I和K菌株感染具有显著保护作用(感染率分别为10%、0%和20%)，但对类型C和N菌株保护有限(仅降低感染率10%)。qPCR分析进一步证实，疫苗接种显著降低了类型A、I和K菌株在组织中的螺旋体负荷，但对类型C和N无效。

组织病理学检查发现，疫苗接种显著降低了由类型A和I菌株引起的心脏炎，但对类型C、K和N菌株效果不显著。同样，淋巴结病变在类型A、I和K攻击组明显减轻，而在类型C和N攻击组改善有限。

增加疫苗剂量提高对表达OspC类型C的伯氏疏螺旋体的保护作用

为提高对OspC类型C和N菌株的保护效果，研究人员测试了更高剂量(3μg)的多价疫苗。结果显示，3μg剂量诱导了更高的抗OspC类型C抗体滴度，并将对类型C菌株的保护率从10%提高至50%。qPCR分析证实，高剂量疫苗接种显著降低了类型C菌株的螺旋体DNA负荷。虽然类型C菌株本身引起的心脏炎较轻，但疫苗接种显著减轻了相关的淋巴结病变。

本研究首次证实了OspC靶向mRNA疫苗对莱姆病的保护效果，并成功开发了能同时对抗多种伯氏疏螺旋体菌株的多价疫苗。尽管对某些高度传染性菌株(如表达OspC类型C和N的菌株)可能需要剂量优化才能实现完全保护，但考虑到约60%的莱姆病感染由OspC类型A或K引起，该疫苗仍有潜力预防大部分人类莱姆病感染。

与传统的重组蛋白疫苗相比，mRNA平台具有快速生产、强免疫原性和优异安全性记录等优势。脂质纳米颗粒中的可离子化脂质成分对T滤泡辅助细胞的佐剂效应，能进一步增强抗体反应。此外，核苷修饰的mRNA疫苗比重组蛋白疫苗能诱导更强的生发中心和T细胞反应，导致更高水平的抗原特异性记忆B细胞、长寿命浆细胞和抗体滴度。

研究人员也指出了本研究的局限性，如使用针头注射而非蜱虫叮咬进行攻击实验。然而，先前研究已证实重组OspC蛋白疫苗对两种感染途径均有效。有趣的是，近期研究表明，抗OspC抗体可能通过影响蜱体内螺旋体的传染性，在阻止蜱-宿主传播中发挥额外作用，这是针头注射实验无法完全模拟的。

总之，这项研究为应对莱姆病日益增长的流行和医疗负担提供了有前景的解决方案，支持OspC靶向mRNA疫苗向临床开发推进。未来的研究应评估多价mRNA OspC疫苗在短期和长期蜱虫攻击模型中的效果，进一步验证其应用前景。