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寨卡病毒(ZIKV)威胁人类健康,本文聚焦其感染中 Toll 样受体(TLR)反应及疫苗研发进展。
### 寨卡病毒:全球健康的潜在威胁
寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)感染是一个重大的全球公共卫生问题,自 1947 年首次从乌干达寨卡森林的恒河猴中分离出来后,逐渐在全球范围内传播。它分为非洲和亚洲谱系,传播途径多样,包括伊蚊(如埃及伊蚊、白纹伊蚊)叮咬、血液传播、母婴传播、性传播以及器官移植等。ZIKV 属于黄病毒科黄病毒属,是一种单链正义 RNA 病毒,其基因组约 11kb,编码多种蛋白,这些蛋白在病毒的组装、致病性、复制以及逃避宿主免疫监视等过程中发挥着关键作用。
虽然大多数 ZIKV 感染无症状,但却可能引发严重后果。在成人中,它可能导致严重的神经系统并发症;对于孕妇而言,感染 ZIKV 可能引发流产,还会致使胎儿和新生儿出现先天性神经发育障碍,如小头畸形,少数情况下甚至与格林 - 巴利综合征(一种神经退行性疾病)相关。目前,尚无临床批准的 ZIKV 疫苗,因此研发安全有效的疫苗迫在眉睫。
Toll 样受体(TLR):宿主免疫的 “前哨兵”
在人体的免疫系统中,先天免疫系统起着至关重要的作用,它通过模式识别受体(PRRs)来检测微生物相关分子模式和病原体相关分子模式,从而为机体提供保护。Toll 样受体(Toll - like receptors,TLRs)是 PRRs 中研究最为广泛的一类。不同生物体含有的 TLRs 数量不同,例如人类有 10 种(TLR1 - TLR10),小鼠有 12 种(TLR1 - TLR9 和 TLR11 - TLR13)。它们在细胞中的定位和响应活性也有所差异,有的位于细胞表面,有的则存在于内质网中。细胞表面的 TLRs 主要负责检测病毒蛋白,而细胞内的 TLRs 则参与病毒 RNA 或 DNA 的识别。
TLRs 的结构较为保守,包含富含亮氨酸重复序列的 N 端胞外结构域、单个跨膜结构域以及胞质内的 Toll / 白细胞介素 - 1 受体(TIR)结构域。TIR 结构域在激活下游信号传导中发挥关键作用,不同的 TIR 结构域包含的胞质衔接蛋白参与调节 TLR 信号通路。其中,髓样分化因子 88(MyD88)参与除 TLR3 通路外的所有 TLR 信号通路,而 TLR4 和 TLR3 的反应可激活 TRIF 通路,最终激活 IRF3,TLR4 信号通路较为独特,能够同时激活 MyD88 和 TRIF 信号通路。TLRs 在早期识别病原体、诱导促炎细胞因子和趋化因子产生,进而调节感染结局、连接先天免疫和适应性免疫方面发挥着重要作用。然而,TLR 反应也可能是一把双刃剑,失调的 TLR 反应可能引发免疫介导的病理反应,而非保护作用,因此深入了解其在 ZIKV 感染中的作用至关重要。
TLR 对 ZIKV 感染的反应:复杂的免疫 “交响曲”
ZIKV 感染会诱导宿主产生先天免疫和适应性免疫反应。作为一种 RNA 病毒,ZIKV 的 RNA 可激活包括 TLRs(如 TLR3、TLR7 和 TLR8)和维甲酸诱导基因 I(RIG - I)样受体(RLRs,如黑色素瘤分化相关基因 - 5 [MDA - 5] 和 RIG - I)在内的多种 PRRs,促使细胞产生细胞因子和干扰素(IFNs)。例如,在原代人角膜上皮细胞中,ZIKV 感染可诱导 TLR3、RIG - I 和 MDA5 的表达,同时产生炎症趋化因子 CXCL10 和 CCL5,以及抗病毒细胞因子 IFNs、MX1、OAS2 和干扰素刺激基因 15(ISG15),这些物质最终可限制病毒复制。
不同谱系的 ZIKV 在免疫反应和发病机制上存在差异。例如,在小鼠模型中,皮肤接种白细胞介素 - 27(IL - 27)可抑制 ZIKV 感染,而静脉接种则无此效果;感染不同谱系 ZIKV 的单核细胞,其促炎和抗病毒反应也有所不同,波多黎各株的 ZIKV 通过 TLR2 信号通路和 NF - κB 激活产生更高的促炎反应,并诱导更强的 IL - 27 依赖性抗病毒活性。在人类皮肤细胞中,ZIKV 可诱导多种 PRRs 和 ISGs 的转录,增强 IFN - β 基因表达,且 ZIKV 对 I 型和 II 型 IFNs 的抗病毒作用均较为敏感。
值得注意的是,TLR3 在 ZIKV 感染中具有双重作用。一方面,ZIKV 感染可诱导 TLR3 表达和炎症,促进病毒在星形胶质细胞中的复制;另一方面,抑制 TLR3 表达却能减少病毒复制。此外,ZIKV 感染还会增强 TLR3 介导的炎症细胞因子产生,以 SOCS3 依赖的方式抑制 RLRs 触发的 IFN 反应,从而有利于病毒复制。而 TLR7 基因的单核苷酸多态性(rs179008)会增加先天性寨卡综合征患儿小头畸形的严重程度,这表明 TLR7 反应在抑制 ZIKV 感染中具有重要意义。同时,研究发现 IFN?可保护小鼠免受阴道 ZIKV 感染,揭示了其抗病毒作用。
TLR 激动剂:抑制 ZIKV 复制的潜在 “利器”
研究发现,TLR7/8 激动剂 R848(瑞喹莫德)诱导产生的抗病毒蛋白维普林(viperin)可通过阻止病毒 RNA 和蛋白质的合成,抑制髓样细胞中的 ZIKV 复制,这表明 TLR 激动剂有望成为预防和治疗 ZIKV 感染的有效工具。
自噬作为先天免疫反应的重要组成部分,与 PRR 信号传导相互作用,参与 IFN 的产生,在抵御病毒感染中发挥着重要作用。TLR 信号传导可通过增强自噬体的形成诱导自噬,进而促进病毒识别和调节下游炎症细胞因子的合成。然而,自噬在病毒感染中是一把双刃剑,ZIKV 可抑制人胎儿神经干细胞中的 Akt - mTOR 信号通路诱导自噬,反而增加病毒复制并阻碍神经发生。
TLR 激动剂:ZIKV 疫苗研发的 “新希望”
传统的全病毒疫苗在安全性、免疫原性和生产过程等方面存在诸多问题,限制了其广泛应用。而佐剂的使用可有效克服这些局限性,TLR 激动剂作为一种新型佐剂,在疫苗研究中展现出巨大潜力。
TLR 激动剂能够激活特定的 TLR 信号通路,最终激活核因子(NF) - κB 或干扰素调节因子(IRF),从而调节免疫反应。它们在诱导树突状细胞成熟、调节树突状细胞功能以及连接先天免疫和适应性免疫方面发挥着关键作用。此外,TLR 配体还能增强细胞的抗原加工能力,触发不同的辅助性 T 细胞(Th)反应,强烈激活先天免疫系统,促进免疫细胞的成熟和激活,诱导细胞因子和趋化因子的产生,进而引发有效的适应性免疫反应。
目前,多项研究正在探索使用 TLR 激动剂作为佐剂来增强疫苗的免疫反应和效力。在多种病毒感染的疫苗研究中,如乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒 - 1、流感病毒和严重急性呼吸综合征冠状病毒 - 2 等,TLR 激动剂都展现出了增强疫苗效果的潜力。在寨卡病毒疫苗研发方面,像三酰化脂肽(如 Pam3CysSerLys4 [Pam3CSK4])及其衍生物(针对 TLR1/2)、聚肌胞苷酸(poly I:C,合成的双链 RNA,针对 TLR3)、细菌脂多糖或单磷酰脂质 A(针对 TLR4)、细菌鞭毛蛋白(针对 TLR5)、咪喹莫特和瑞喹莫德(核苷类似物,针对 TLR7/8)以及 CpG ODN(针对 TLR9)等 TLR 激动剂,都值得进一步研究其在 ZIKV 疫苗开发中的应用潜力。例如,在西尼罗河病毒(WNV)重组 E 蛋白疫苗中添加 TLR4 激动剂 SLA 或皂苷佐剂 QS21,可诱导持久的免疫反应;在基于植物的重组 ZIKV 包膜蛋白疫苗中添加含有阳离子 LMP(一种 TLR4 激动剂脱酰化低脂糖)和利胆皂苷组分 QS - 21 的 CIA09A 佐剂 ,可增强体液免疫和细胞免疫。
ZIKV 疫苗:从实验室到临床的探索之路
目前,尚无获得许可的 ZIKV 疫苗用于临床。为满足这一医疗需求,科研人员正在积极研发多种类型的 ZIKV 疫苗,包括减毒活疫苗、灭活疫苗、核酸疫苗、病毒载体疫苗和重组亚单位疫苗等,其中 ZIKV 包膜(E)和前膜(prM)蛋白是疫苗开发的主要抗原。
在动物模型研究中,ZIKV 灭活疫苗和 DNA 疫苗展现出了一定的潜力。例如,福尔马林灭活的 ZIKV 疫苗在怀孕前接种,可预防小鼠模型中的垂直传播;在 1 期临床试验中,纯化的 ZIKV 灭活疫苗(ZPIV)安全且具有免疫原性,在未接触过黄病毒的个体中血清转化率较高。DNA 疫苗方面,编码 ZIKV pre - ME 蛋白的合成 DNA 疫苗可在小鼠和非人灵长类动物中产生抗原特异性的细胞和体液免疫,并具有中和活性;编码 ZIKV NS1 的 DNA 疫苗能快速保护免疫功能正常的小鼠免受全身性 ZIKV 感染。在 1 期临床试验中,多种 DNA 疫苗候选物被证明是安全且具有免疫原性的。
mRNA 疫苗技术为疫苗生产提供了一个简便、灵活且快速的平台。多项临床前研究表明,脂质纳米颗粒(LNP)包裹的编码 ZIKV prME 蛋白的修饰 mRNA(mRNA - LNP)疫苗可在小鼠和非人灵长类动物中产生高滴度的中和抗体(nAb),并提供对 ZIKV 感染的保护和绝育免疫。在 1 期临床试验中,两种 mRNA - ZIKV 疫苗(mRNA - 1325 和 mRNA - 1893)耐受性良好,但免疫反应存在差异,mRNA - 1893 疫苗在多个剂量水平下可诱导强烈的 ZIKV 特异性 nAb 反应,且该反应可持续至第 13 个月,这为其进一步开发提供了有力支持。
多种病毒载体,如慢病毒、逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒载体等,可用于 ZIKV 疫苗的开发。例如,编码 ZIKV M - Env 抗原的非复制型腺病毒载体 26 型(Ad26)可诱导 ZIKV 特异性的 CD4?和 CD8? T 细胞反应,并产生中和抗体,保护小鼠和非人灵长类动物免受 ZIKV 攻击;基于麻疹疫苗(MV)载体表达 ZIKV - E 或 ZIKV - E/NS1 的病毒载体疫苗,可消除雌性生殖道中的 ZIKV,增强保护作用;杆状病毒表达的 ZIKV 病毒样颗粒疫苗安全有效,可引发中和抗体和病毒特异性免疫球蛋白 G(IgG),并诱导强大的记忆 T 细胞反应。
此外,新型的疫苗给药技术也在不断探索中,如口服溶解膜或黏膜粘附膜技术,通过颊部给药的微粒 ZIKV 疫苗可引发强大的体液(IgG 及其亚型 IgG1 和 IgG2a)和 T 细胞(CD4?/CD8?)反应。ZIKV - E 结构域 III 重组蛋白纳米佐剂疫苗(基于皂树皂苷)相比明矾佐剂疫苗或未佐剂疫苗,可诱导产生更多的抗 ZIKV IgG 及其亚型。
总结与展望
TLR 反应与 ZIKV 感染之间的关系十分复杂且关键。在病毒感染过程中,TLR 反应如同双刃剑,平衡的 TLR 反应对宿主有益,而失调的反应则可能导致免疫病理损伤。深入理解宿主先天免疫反应,尤其是 TLRs 与病毒成分之间的相互作用,对于开发安全有效的 ZIKV 疫苗至关重要,这将有助于针对亚洲和非洲谱系的 ZIKV 提供同等有效的保护。
目前,虽然在 ZIKV 疫苗研发方面取得了一定进展,但仍面临诸多挑战。TLR 激动剂作为疫苗佐剂展现出了增强 ZIKV 疫苗效力的潜力,然而,还需要进一步研究以确定更合适的 TLR 激动剂及其组合,优化疫苗配方。未来,随着对 ZIKV 感染机制和免疫反应的深入了解,有望开发出更安全、有效的疫苗,为全球抗击 ZIKV 感染提供有力的武器。
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