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本文聚焦疟原虫裂殖子结合蛋白同源物 5（PfRH5）疫苗，探讨其研发进展、面临挑战及未来方向。PfRH5 在红细胞入侵中起关键作用，基于它的疫苗在临床前和临床试验表现出潜力，但仍需解决免疫反应等问题，为疟疾防控带来新希望。
PfRH5 疫苗：从实验室到临床应用的探索
疟疾，作为全球最致命的传染病之一，严重威胁着人类健康，尤其对撒哈拉以南非洲地区的低收入人群影响巨大。它由疟原虫引起，通过雌性按蚊传播，每年导致超过 2 亿病例和近 50 万人死亡 ，孕妇和 5 岁以下儿童是最易受影响的群体。目前，杀虫剂、蚊帐、抗疟药物以及已获批的 RTS,S/AS01 和 R21/Matrix-M 疫苗等防控手段虽有助于减轻疾病负担，但现有疫苗存在效力有限、无法提供完全或终身免疫等问题，这促使人们积极寻找更有效的下一代疟疾疫苗。
在众多有潜力的候选疫苗中，疟原虫裂殖子结合蛋白同源物 5（PfRH5）备受关注，它在疟原虫入侵红细胞的过程中发挥着至关重要的作用，是极具前景的血液期疟疾疫苗候选靶点。
PfRH5 成为可行疫苗候选靶点的独特之处
PfRH5 是一种高度保守的蛋白质，它介导了疟原虫裂殖子与人类受体嗜碱细胞激活蛋白（basigin，CD147）之间的关键相互作用，这是红细胞入侵过程中的关键步骤。与其他参与疟原虫入侵红细胞的蛋白质不同，PfRH5 在疟原虫的生存中不可或缺，并且在间日疟原虫或其他感染人类的疟原虫物种中不存在已知的同源物。同时，它在许多区域的序列变异极小，抗原多样性低，这一特性使其能够避开疟疾疫苗开发中常见的难题 —— 许多血液期抗原具有高变异性和潜在的免疫逃逸机制。因此，PfRH5 有望成为一种广泛有效的疫苗靶点，提供跨菌株保护，这是它相较于其他血液期抗原的显著优势。
PfRH5 是一个复杂蛋白复合物的组成部分，该复合物由富含半胱氨酸的保护性抗原（CyRPA）和 RH5 相互作用蛋白（Ripr）组成，通常称为 RCR（RH5 - CyRPA - Ripr）复合物。而 RCR 复合物又通过疟原虫血小板反应蛋白相关的顶端裂殖子蛋白（PTRAMP）和富含半胱氨酸的小分泌蛋白（CSS）锚定，在入侵过程中于红细胞和感染性裂殖子的界面形成五聚体复合物 PTRAMP/CSS/Ripr/CyRPA/RH5（PCRCR） 。这些复合物对疟原虫的生长和发育至关重要，进一步证实了 PfRH5 作为疫苗开发重要靶点的地位。
PfRH5 在信号传导事件中的关键作用
PCRCR 复合物在疟原虫入侵过程中对棒状体分泌和钙信号传导至关重要。PfRH5 与 basigin 的相互作用会诱导红细胞从细胞外环境摄入 Ca2+，进而导致红细胞细胞骨架发生变化。近期研究发现，这种相互作用还会触发红细胞中环磷酸腺苷（cAMP）的增加，促进 Ca2+内流，显著影响紧密连接的形成和入侵过程。这些研究揭示了宿主细胞信号传导事件在红细胞入侵中的必要性，而 PfRH5 在这一关键过程中可能起着核心作用，进一步凸显了其作为有效疟疾疫苗靶点的重要性。
PfRH5 疫苗的开发与优化
PfRH5 被广泛用于开发能够针对最致命形式的疟疾提供保护性免疫的血液期疫苗。多项研究表明，纯化的人类抗 PfRH5 IgG 的体外生长抑制活性（GIA）与在初次和二次受控人类疟疾感染（CHMI）中接种 RH5.1/AS01B疫苗后体内寄生虫繁殖率的抑制呈正相关 。在小鼠和夜猴模型中也有类似的保护作用证据，这充分证明了 PfRH5 抗体对疟原虫血液期感染的保护能力，进一步确认了 PfRH5 作为可行疫苗靶点的地位。
在过去十年中，众多研究发现了 PfRH5 的其他关键特征，可用于疫苗开发。例如，它存在中和表位，其抗体具有跨菌株活性，能够对抗实验室和临床分离的疟原虫。同时，重组蛋白、病毒样颗粒等递送系统在临床前模型和早期临床试验中展现出了潜力。这些重要进展凸显了人们为开发一种有效的血液期抗原所付出的巨大努力，涵盖了从基础细胞、分子和结构生物学到免疫学，再到临床试验转化的多个领域。
特异性抗体能够破坏 PfRH5 与 basigin 的相互作用，显著抑制红细胞入侵，这进一步证明了 PfRH5 作为有效疫苗靶点的潜力。近期研究揭示了 PfRH5 抗体可能的作用机制：人类红细胞 basigin 的生理形式主要与单羧酸转运蛋白（MCTs）或质膜钙 ATP 酶（PMCAs）形成复合物表达 ，这些复合物与 PfRH5 的结合亲和力比单体 basigin 更高。令人惊讶的是，最有效的生长抑制性抗 PfRH5 抗体虽不影响全长单体 PfRH5 与 basigin 的结合，但却能抑制 PfRH5 与 basigin - PMCA 和 basigin - MCT1 复合物的结合。因此，这些中和抗体的作用机制可能是通过空间位阻阻碍 PfRH5 与生理形式的 basigin 之间的关键相互作用。
此外，越来越多的证据表明，将 PfRH5 与其他入侵相关蛋白（如 CyRPA 和 Ripr）结合，可能会增强免疫反应的强度，并通过协同作用最小化潜在的免疫逃逸机制，提高抗体活性。在临床前研究中，这种组合策略能够提供更全面的免疫反应，增强基于 PfRH5 的疫苗的功能免疫原性。例如，将 Ripr 和 CyRPA 的 C 末端 EGF 样结构域融合形成 R78C 构建体，并与 PfRH5 结合，产生的抗体在体外具有比单独使用 PfRH5 更高的 GIA。综合来看，开发一种有效的疟疾疫苗的有前景策略可能涉及多抗原和 / 或多阶段（如 PfRH5/CSP - 基于）疫苗组合，分别针对疟原虫的红细胞前期和血液期，以预防寄生虫感染和在人体宿主中的后续发育。
PfRH5 作为血液期疫苗靶点的优势与潜在问题
基于顶端膜抗原（AMA1）的 FMP2.1/AS02A 和基于裂殖子表面蛋白 3（MSP3）的 GMZ2 等血液期疟疾疫苗在 2b 期临床试验中疗效不佳 ，这主要是由于这些抗原的高度多态性，即便使用新的佐剂也难以提高其疗效。与这些抗原相比，PfRH5 具有独特的免疫原性特征。它的多态性有限，且在疟原虫入侵中具有关键作用，这使得它不太容易受到免疫逃逸变异体快速进化的影响，而这正是疟疾疫苗开发中常见的难题。
值得注意的是，PfRH5 的多态性会介导宿主选择 / 嗜性 。因此，即使是微小的基因变异也可能对 PfRH5 的功能和疫苗疗效产生影响。虽然早期研究使用体外入侵抑制试验和下一代测序未发现单个核苷酸多态性对入侵抑制的剂量依赖性显著差异 ，但在肯尼亚的一项研究中，在 RCR 蛋白复合物中鉴定出 58 个变异体，其中 PfRH5 含有 30 个单核苷酸多态性（SNPs） ，部分 SNPs 位于 PfRH5 与 basigin 的结合界面。然而，这些多态性对疫苗诱导的多克隆 PfRH5 特异性抗体的影响尚未完全明确。目前尚不清楚这些自然发生的多态性是否会导致疫苗逃逸，或者疫苗的引入是否会产生选择压力，扩大 SNP 的种类，从而改变 PfRH5 的结合特性，以及这种情况需要多长时间才会发生。尽管一些人类抗 PfRH5 单克隆抗体表现出不同的菌株中和活性，但现有数据仍充分支持 PfRH5 疫苗诱导的（单克隆和多克隆）抗体对红细胞入侵的跨菌株活性 。因此，尽管 pfrh5 基因中存在 SNP，且部分单克隆抗体对携带某些 PfRH5 变异体的分离株失去抑制活性，但这些多态性对疫苗诱导的多克隆抗体疗效的影响仍不确定。不过，鉴于单克隆抗体组合具有增强作用 ，可以推测疫苗诱导的多克隆抗体可能克服 PfRH5 基因变异带来的挑战，但这仍需大规模的实证检验。总体而言，与其他血液期疫苗候选靶点相比，PfRH5 目前显示出作为领先的血液期疟疾疫苗候选靶点的巨大潜力。
PfRH5 疫苗临床前和临床开发的证据
近期研究表明，PfRH5 能够在非人灵长类动物和啮齿动物模型中产生强大的免疫反应，对疟原虫感染提供显著保护。在夜猴研究中，高滴度的 PfRH5 抗体与较低的寄生虫血症水平相关 。这些临床前研究结果强调了 PfRH5 作为疫苗设计靶点的潜力，为其进入临床试验提供了有力支持。
PfRH5 疫苗的初期临床试验主要聚焦于评估在人类受试者中的安全性、免疫原性和疗效。最初的人体研究使用复制缺陷型黑猩猩腺病毒 63 型（ChAd63），并辅以含有改良痘苗病毒安卡拉株（MVA）的加强剂。免疫原性结果显示，接种疫苗的个体产生了能够在体外抑制多种疟原虫菌株入侵红细胞的功能性抗体 。在一项使用病毒载体疫苗的研究中，发现儿童的免疫反应高于成年人，并且在接种后产生了目前在人体中记录到的最高体外功能性 GIA 水平 。考虑到儿童是受疟疾影响最大的人群，也是疟疾疫苗的主要目标群体，这些数据既及时又具有重要意义。
在 1/2a 期临床试验中，使用 AS01 佐剂制备了 RH5.1（可溶性全长 PfRH5 重组蛋白）疫苗。尽管该疫苗仅提供部分保护，但与对照组相比，接种疫苗的参与者体内寄生虫繁殖率有所降低 。随后，在坦桑尼亚，接种 RH5.1/Matrix - M 疫苗（RH5.1 抗原与 Matrix - M 佐剂结合）的儿童产生的生长抑制抗体水平与在非人灵长类动物中观察到的保护水平相当 。目前，RH5.1/Matrix - M 疫苗正在布基纳法索进行 2b 期临床试验（ClinicalTrials.gov: NCT05790889），以评估其对 5 - 17 个月儿童的疗效。2023 年 4 月至 9 月的早期结果显示，接种者的纯化 IgG 对恶性疟原虫具有较高的体外 GIA。该研究报告的疫苗效力估计，每月接种方案为 40%（95% CI - 3 至 65%），延迟第三次接种方案为 55%（95% CI 20 至 75%） 。
总体而言，这些试验表明 PfRH5 疫苗通常是安全且耐受性良好的，不良事件轻微且短暂，这为 PfRH5 作为疟疾疫苗靶点的可行性提供了支持，并为进一步的临床开发提供了基础数据。
提高 PfRH5 疫苗疗效的考虑因素
近年来，多项研究致力于提高 RH5.1 疫苗抗原的疗效。疫苗平台对候选抗原引发持久保护性免疫反应的性能有着重大影响。例如，对比异源病毒载体初免 - 加强和蛋白质结合 AS01 (B) 佐剂平台在接种者中的效果发现，AS01 (B) 通过 PfRH5 特异性循环滤泡辅助性 T 细胞（cTfh）反应，在诱导更高强度的体液免疫反应方面表现更优 ，这再次强调了疫苗平台在诱导体液免疫反应中的重要作用。
Campeotto 等人通过计算设计了 PfRH5 疫苗变体，利用改善包装表面极性等特性，制备出热稳定且具有免疫原性的抗原 。这些生物物理数据，结合对与人类受体 basigin 相互作用的 PCRCR 核心的鉴定 ，为优化基于 PfRH5 的疫苗、提升其作为有效疟疾防控工具的潜力提供了关键步骤。
此外，一项研究对基于 PfRH5 的疫苗应答者的免疫景观进行了深入表征，发现 RH5.1/AS01B 疫苗接种者诱导的抑制性单克隆抗体定位于 PfRH5 结构上半部分的 basigin - PfRH5 界面周围 。这突出了设计下一代基于 PfRH5 的疫苗时需要考虑的结构因素，支持了针对正确折叠的 PfRH5 抗原上半部分（抑制性表位所在位置）进行设计的理念，有望开发出具有更优免疫反应的 PfRH5 疫苗。
开发有效疟疾疫苗的一个关键障碍是候选抗原能否引发强大且持久的免疫反应，这种反应要对广泛的现场分离株有效，并且能够跨越不同地理区域。在坦桑尼亚高度流行地区的无症状恶性疟原虫患者中，通过遗传多态性和抗原性筛选等自然选择指标发现，PfRH5 存在正向选择和近期种群扩张的潜力 。但这些遗传变异和对 PfRH5 的自然选择压力是否跨越不同的撒哈拉以南非洲地区，进而可能影响 PfRH5 疫苗在全球范围内的长期有效性，仍需要更深入的研究来明确。因此，下一代基于 PfRH5 的疟疾疫苗开发工作必须考虑遗传变异增加和地理差异对接种者体液免疫反应的潜在影响。
为了确定自然感染的免疫景观是否与疫苗接种相似，在马里的一项研究发现，抗 PfRH5 抗体水平与感染持续时间相关，尽管存在针对与疫苗诱导抗体相同表位的罕见但强效中和抗体 。尽管这些接种者的抗体持续时间较短，但 PfRH5 血液期疫苗的开发仍展现出有前景的态势。然而，仍有许多问题尚未解答。例如，自然感染如何影响 PfRH5 疫苗的疗效仍是一个谜题。自然感染能否作为有效 PfRH5 疫苗的加强剂，还是会对疫苗疗效产生负面影响，尤其是在疟疾高传播地区？疫苗诱导的 B 细胞亲和力成熟和 / 或接种后早期的偶发感染等因素是否会影响对 PfRH5 疫苗的免疫反应质量？近期在间日疟原虫达菲结合蛋白 Matrix - M 疫苗（PvDBPII/Matrix - M）的研究中观察到，延迟加强剂比早期加强剂能更好地改善抗体反应 。布基纳法索的 RH5.1/Matrix - M 疫苗在延迟第三次接种后疗效提高 ，这为延迟加强提供了支持。但自然感染是否会作为 “早期加强剂” 破坏 PfRH5 疫苗的疗效，仍有待深入理解，可能需要实证研究来验证。有一种假设认为，接种后的自然感染可能会呈现诱饵抗原，使免疫反应从疫苗表位转移到 “不太重要” 的抗原 / 表位。解决这些问题将为一旦疫苗获批后，如何采用这些疫苗进行疟疾防控提供策略思路。
近期，一种更先进的基于 PfRH5 的疫苗 RH5.2 - VLP/Matrix - M 被开发出来。King 等人发现，通过删除 PfRH5 无序的 N 末端区域，对抗原进行热稳定化处理并设计使其仅包含 α - 螺旋核心，引入 18 个突变，并将其与乙肝表面抗原病毒样颗粒（VLPs）结合（这种策略称为 “即插即显”），与 RH5.1/Matrix - M 疫苗相比，在大鼠中能够诱导更强、更高质量的免疫反应和 GIA 。目前，这种改进的 RH5.2 - VLP/Matrix - M 疫苗正在英国和冈比亚进行 1a/b 期临床试验（ClinicalTrials.gov: NCT05978037 和 NCT05357560）。
RH5.2 - VLP/Matrix - M 疫苗的进展再次强调了十年来为改进基于 PfRH5 的疫苗所做出的共同努力。到目前为止，它似乎是最有前景的血液期疟疾疫苗靶点，有望在最短时间内获得批准。此外，发现最小化非功能性 IgG 反应可以显著改善疫苗抗原，从而有助于在候选疫苗中优先选择功能性表位，这不仅对疟疾疫苗开发，对其他传染病疫苗开发也具有巨大潜力。
有效 PfRH5 疫苗的未来发展方向
血液期疟疾疫苗将是减轻疟疾感染负担、实现疟疾根除的重要工具。科学界正在深入了解阻碍疟疾疫苗从实验室走向临床应用的问题。提高基于 PfRH5 的疟疾疫苗效力可能需要采用下一代策略，如多亚基、多表位或多抗原疫苗，这被广泛认为是最有前景的策略。
尽管基于 PfRH5 的疫苗前景广阔，但与已获批的红细胞前期疫苗 RTS,S/AS01 和 R21/Matrix - M 联合使用，可能会进一步提高其效力。这种联合方法可以提供双层保护：红细胞前期疫苗限制成功入侵肝细胞并发育为肝裂殖子的子孢子数量，而 PfRH5 疫苗则清除可能从肝脏释放的任何逃逸裂殖子。这种组合对于高传播环境中的儿童和其他弱势群体尤为重要，因为在这些地区，单一疫苗可能会被高寄生虫密度所压倒，导致威胁生命的严重疟疾。然而，仍有一些相关问题需要解决。两种疫苗是应联合为一针注射，还是分开注射？联合注射可能具有成本效益、侵入性小且有助于提高依从性，但一种抗原是否会掩盖对另一种抗原的免疫反应，尤其是当一种抗原的免疫原性更强时？如果需要分开注射，接种顺序和间隔时间是否对实现最佳保护至关重要？哪种疫苗 / 抗原先接种？
也有充分证据表明，将 PfRH5 与其他血液期免疫原（如 CyRPA 和 Ripr）结合，可以降低抗原逃逸风险，扩大免疫反应的广度和持久性，从而协同增强整体疫苗效力 。有趣的是，利用结构生物学设计针对保守表位的疟疾疫苗已显示出潜力，有可能提高疫苗诱导抗体的质量 。这种组合通过多种抑制红细胞入侵的机制，有望产生更强大的免疫反应，为开发一种有效且全球适用的
