《International Journal of Biological Macromolecules》：A self-assembling ferritin nanoparticle-based trivalent vaccine of gB/gE/gH elicits potent immune responses against varicella-zoster virus
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基于24-mer铁蛋白纳米颗粒的三价VZV疫苗（靶向gB、gE、gH）在动物实验中表现出优于Shingrix的免疫原性（IgG≥10^6，FRNT??>10^3）和安全性，铝佐剂替代AS01b显著降低不良反应风险。
邓杰毅|刘颖颖|林英通|陈涛|冯林远|蒲泽宇|刘杰|张贤涛|吴世坚|袁家毅|李蓉|张艺文|张旭|刘冰峰|张慧|何欣
中山大学医学院病原生物学与生物安全系人类病毒学研究所，教育部热带疾病控制重点实验室，广州，510080，中国
摘要
水痘和带状疱疹的病因对全球健康构成了重大负担。ZOSTAVAX（减毒活疫苗）和Shingrix（蛋白亚单位疫苗）是针对水痘-带状疱疹病毒（VZV）的主要疫苗。然而，ZOSTAVAX与澳大利亚最近发生的三起死亡事件有关，而使用AS01b佐剂的Shingrix常引起发热和炎症等副作用。因此，开发第二种重组VZV疫苗具有重要意义。在本研究中，我们通过在24聚体铁蛋白纳米粒子上展示gB、gE和gH糖蛋白来制备了一种三价VZV疫苗，从而增强了免疫原性并扩大了表位覆盖范围。值得注意的是，这种使用明矾佐剂的三价疫苗避免了AS01b的使用，可能减少了不良反应。与Shingrix的直接比较显示，该三价疫苗能够诱导出高水平的糖蛋白特异性IgG（≥10^6）、高水平的中和抗体（FRNT50 > 10^3）、强烈的B细胞反应以及抗原特异性T细胞产生的细胞因子（IFN-γ、IL-2、TNF-α）。这些发现表明，我们的三价纳米粒子疫苗为现有VZV疫苗提供了一种有前景的替代方案，它结合了广泛的抗原覆盖和潜在的安全性改进。
引言
水痘-带状疱疹病毒（VZV）属于疱疹病毒科，水痘病毒属，与单纯疱疹病毒（HSV）有密切关系，共享许多同源基因。VZV病毒具有gB、gC、gE、gH、gI、gK和gL包膜糖蛋白[1]。当VZV病毒通过呼吸道或结膜黏膜进入体内时，会引发全身性水疱症状。水痘感染后，少量病毒基因组会潜伏在背根神经节或颅神经节中。由于VZV特异性T细胞的减少，这些潜伏的病毒基因组可能会重新激活并产生具有传染性的病毒，随后通过感觉神经扩散到皮肤，导致带状疱疹[2]。
流行病学报告显示，2019年全球约有8396万例VZV感染病例，导致14,553人死亡[3]。50岁及以上的带状疱疹患者中，带状疱疹后神经痛（PHN）的发病率为18%，80岁及以上的患者中这一比例为33%。值得注意的是，50岁及以上的个体占PHN病例的约80%[4]。世界卫生组织建议将水痘疫苗纳入常规儿童疫苗接种计划，目标接种率至少达到80%[5]。目前的疫苗包括减毒活疫苗ZOSTAVAX和gE蛋白亚单位疫苗Shingrix。ZOSTAVAX在60-69岁人群中预防带状疱疹的有效率为64%，但在80岁以上人群中效果降至18%[6],[7],[8]。接种ZOSTAVAX后报告了严重的不良反应，其中包括六例死亡病例，其中三例发生在澳大利亚的疫苗接种活动中。此外，一名患者在接受ZOSTAVAX后出现了急性视网膜坏死，但通过抗病毒治疗存活下来[9]。Shingrix采用强效的AS01b佐剂系统，具有持久的疗效，已成为预防带状疱疹的主要重组疫苗。然而，AS01b由MPL和QS-21组成，位于脂质体载体中，与较高的反应原性相关，导致局部和全身性不良反应，如注射部位疼痛、发热和疲劳[10],[11],[12],[13],[14]。74.1%的接种者出现轻度至中度的注射部位反应，而安慰剂组为9.9%；Shingrix组有8.5%的接种者出现3级反应，安慰剂组为0.2%。Shingrix组的全身性反应也更常见，分别为53.0%和25.1%。此外，AS01b的复杂配方需要冻干、冷链运输和高生产成本，这限制了其大规模生产和可及性，特别是在资源有限的环境中[15]。这些因素凸显了开发具有相似疗效但安全性更高、更易于制造的佐剂疫苗的必要性。鉴于基于AS01b的疫苗的局限性，迫切需要开发能够保持强免疫原性同时降低反应原性的替代配方。为此，我们设计了一种针对VZV进入和传播所需关键包膜糖蛋白的多价纳米粒子疫苗。
VZV的发病机制特征是在皮肤中形成多核合胞体，这一过程由gB和gH/gL异二聚体组成的VZV糖蛋白复合物介导[16]。作为一种嗜神经病毒，VZV具有独特的致病机制，包括诱导分化神经元与卫星细胞之间的膜融合。这种融合促进了病毒向感觉神经节的传播，随后通过轴突前向运输到皮肤，最终导致带状疱疹和带状疱疹后神经痛[17]。虽然gE已被证明是诱导针对VZV的中和抗体（nAbs）的有效因子[18]，但新证据表明gB和gH也含有多个免疫优势表位，能够有效阻止病毒进入和细胞间传播[19],[20],[21],[22]。补体系统参与了gE诱导的抗体的中和，但对于gB或gH则不是必需的[23],[24],[25]。这种多抗原特性表明，这些免疫原的协同组合可能诱导更广泛的中和活性，从而提高保护效果。
gB和gH糖蛋白在疱疹病毒家族中的保守性突显了它们在病毒致病性和疫苗开发中的关键作用。特别是在γ-疱疹病毒（EBV）疫苗研究中，gH和gB糖蛋白显示出强大的免疫原性，在临床前研究中始终能诱导强烈的中和抗体反应。这些发现确立了gB和gH作为疱疹病毒研究中的关键抗原决定因素的地位[26],[27]。这些糖蛋白的进化保守性及其已证明的免疫原性为将它们纳入下一代疱疹病毒疫苗提供了有力依据。
基于铁蛋白的纳米粒子疫苗为疫苗开发提供了一个多功能平台，特别是用于诱导广谱保护的多价疫苗。这些疫苗通过高效抗原展示增强免疫原性，并由于剂量减少和使用低炎症明矾佐剂而提高安全性。我们和其他研究者最近在使用自组装铁蛋白纳米粒子平台开发针对SARS-CoV-2、寨卡病毒、流感和EBV的疫苗方面展示了显著优势[28],[29],[30],[31]。考虑到VZV的多种糖蛋白参与病毒入侵和感染，针对gB、gE和gH的三价VZV疫苗代表了一种创新方法，可能通过针对多种入侵和传播机制提供全面保护。这种三价纳米粒子疫苗结合铝基佐剂，可诱导高水平的抗体滴度和强烈的细胞免疫反应，表明其对VZV入侵和水痘发作的有效预防作用，为免疫功能低下者提供针对初次VZV感染及其潜在复发的保护。
伦理声明
动物实验获得了中山大学医学院（ZSSOM）伦理委员会的批准（实验室动物护理批准编号：2023002306）。
细胞和病毒
ARPE-19细胞来自ATCC（#CRL-2302），这是一种源自19岁男性正常眼睛的自发产生的视网膜色素上皮（RPE）细胞系。ARPE-19细胞在添加了10%胎牛血清（Gibco）和1%...
VZV单价和三价纳米疫苗的开发
为了构建VZV纳米粒子疫苗，我们使用了来自VZV Oka株（NCBI ID：10335）的gE（31–546aa）、gB（72-736aa）和gH（18-658aa）蛋白的胞外域，将其展示在基于铁蛋白的纳米粒子上（图1A-B）。gH从内质网运输到细胞外介质需要gL（19-159aa）的帮助，这两种蛋白通过P2A连接子共表达。
讨论
发达国家的高VZV疫苗接种率降低了水痘和带状疱疹的发病率。然而，不良反应和生产限制等问题阻碍了发展中国家的疫苗接种工作。ZOSTAVAX在保护老年人群方面的效果不佳，而Shingrix亚单位疫苗中使用的AS01b佐剂与接种者不良反应率增加有关。此外，生产成本...
结论
我们的研究结果表明，基于自组装铁蛋白纳米粒子的三价VZV疫苗，在加入铝佐剂后表现出强烈的免疫原性，能有效诱导强烈的中和抗体和B细胞免疫反应。动物临床前研究表明，该疫苗在免疫原性和安全性方面优于Shingrix。三价纳米粒子疫苗显示出显著的保护效果和实用的配方...
CRediT作者贡献声明
邓杰毅：撰写——原始草案，研究。刘颖颖：研究。林英通：研究。陈涛：研究。冯林远：研究。蒲泽宇：研究。刘杰：研究。张贤涛：研究。吴世坚：研究。袁家毅：研究。李蓉：研究。张艺文：研究。张旭：研究。刘冰峰：研究。张慧：撰写——审阅与编辑，监督，研究，资金获取，正式文件利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（82471862、92369205、82171825、92169201）、广东省基础与应用基础研究基金（2022B1111020004）、广州国家实验室重大项目（GZNL2024A01017）以及广东省基础与应用基础研究基金委员会（SL2022A04J01923）和广东省卫生健康委员会项目（0920220202）的支持。
