利用百日咳杆菌外膜囊泡克服无细胞百日咳疫苗的关键缺陷：增强黏膜免疫与应对PRN?菌株的新策略

这篇研究创新性地将百日咳杆菌外膜囊泡（OMVs）与商用无细胞疫苗（aP）结合，通过小鼠模型证明该联合疫苗能显著增强Th1/Th17极化、诱导组织驻留记忆T细胞（TRM），并突破现有aP疫苗对黏膜免疫和PRN?菌株防护的局限，为下一代百日咳疫苗开发提供关键实验依据。

　　

引言

百日咳作为由革兰阴性菌百日咳杆菌（Bordetella pertussis）引发的高传染性呼吸道疾病，尽管疫苗使用已超70年，仍是全球健康挑战。当前的无细胞疫苗（aP）虽降低重症负担，但其诱导的免疫应答存在黏膜保护不足、持续时间短且对PRN^?菌株无效等缺陷。本研究提出将百日咳杆菌外膜囊泡（OMVs）整合至aP疫苗，旨在通过OMVs的多抗原性和天然佐剂特性，弥补现有疫苗的短板。

材料与方法

实验采用BALB/c小鼠模型，通过两剂次肌肉注射（间隔14天）评估OMV+aP联合疫苗的安全性、免疫原性及保护效力。OMVs从百日咳杆菌Tohama I株提取，经超速离心纯化后与商用aP疫苗（含PTx、FHA、PRN等抗原）配伍。挑战试验使用PRN⁺（Tohama）和PRN^?临床分离株（来自美国及阿根廷），通过鼻内接种模拟感染，7天后检测肺和鼻腔细菌载量。

结果

安全性：联合疫苗未引起显著体重下降或IL-6水平升高，符合非毒性标准。

免疫原性：

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  体液免疫：OMV+aP组抗PTxA和全菌裂解物（HK_Bp）的IgG滴度显著高于aP组，且IgG2a/IgG1比值升高，提示Th1极化。

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  细胞免疫：脾细胞刺激后，联合疫苗组IFN-γ（Th1标志）和IL-17（Th17标志）分泌量分别达68,415 pg/mL和2,260 pg/mL，显著高于aP组；IL-22（黏膜防御相关）亦显著提升。

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  组织驻留记忆：流式分析显示，联合疫苗组肺和鼻腔CD4⁺ TRM细胞数量显著增加，而aP组几乎未检出。

保护效力：

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  肺部保护：OMV+aP对PRN⁺菌株的肺定植降低4.45 log₁₀ CFU，完全清除PRN^?菌株；aP组仅减少2.86 log₁₀ CFU且对PRN^?无效。

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  鼻腔定植控制：联合疫苗在高/低剂量挑战下分别降低0.9 log₁₀和1.66 log₁₀ CFU，而aP组无显著效果。

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  被动转移：接受联合疫苗血清或脾细胞的受体小鼠均显示更强保护，证实抗体和细胞免疫的协同作用。

讨论

OMVs通过以下机制增强aP疫苗：

1. 1.

   多抗原广度：OMVs携带的多种蛋白（如外膜蛋白、脂多糖）可弥补PRN缺失的免疫逃逸。

2. 2.

   黏膜免疫激活：诱导的IgA和TRM细胞直接抑制上呼吸道定植，阻断传播链。

3. 3.

   Th1/Th17极化：逆转aP的Th2偏倚，形成更持久的保护性免疫。

该策略为应对疫苗失效和PRN^?流行提供了兼具临床转化潜力和科学创新性的解决方案。