《Microorganisms》:African Swine Fever: Vaccine Advancement and Major Gaps
Lihua Wang and
Jishu Shi
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本文系统总结了非洲猪瘟(ASF)疫苗的研究进展与挑战。文章指出,虽然灭活、亚单位、DNA/mRNA、病毒载体和减毒活疫苗(LAV)等多种策略已被探索,但目前仅LAV疫苗显示出显著保护效力。开发安全、高效、广谱的ASF疫苗仍面临诸多障碍,包括对病毒免疫逃逸机制、保护性免疫机制、抗原选择、疫苗安全性(如毒力返祖)等认知不足,以及缺乏标准化的评估体系。未来的成功依赖于对这些关键科学问题的深入理解、技术创新和国际协同努力。
1. 非洲猪瘟与非洲猪瘟病毒概述
非洲猪瘟(ASF)是由非洲猪瘟病毒(ASFV)引起的一种高度传染性、致死性的猪病毒性疾病,对全球养猪业构成严重威胁。该病自20世纪初在肯尼亚被首次报道以来,已扩散至非洲、欧洲、亚洲及加勒比海地区,造成了巨大的经济损失。ASFV是一种大型、有囊膜的双链DNA病毒,是Asfarviridae科Asfivirus属的唯一成员,也是目前已知的唯一由节肢动物(软蜱)传播的DNA病毒。其基因组庞大,编码约150-200种蛋白质,病毒粒子结构复杂。
ASFV存在显著的遗传多样性,目前已鉴定出24种基因型(I-XXIV)。其中,基因型I曾导致ASFV首次传播至欧洲、俄罗斯、南美洲和加勒比海地区,而基因型II则是自2007年以来在高加索地区重新出现并随后传播至欧洲和亚洲大部分国家的主要流行毒株。近年来,在亚洲和俄罗斯还发现了基因型I和II的重组毒株,这为ASF的控制和疫苗研发带来了新的挑战。
2. 非洲猪瘟疫苗研发进展
自20世纪60年代中期以来,针对ASF的疫苗研发探索了多种技术平台,包括灭活疫苗、亚单位疫苗、DNA/mRNA疫苗、病毒载体疫苗和减毒活病毒(LAV)疫苗。
灭活疫苗 虽然安全性较好,但由于功能性抗原呈递不足、灭活过程造成表位损伤、细胞免疫激活弱以及传统佐剂效果有限等原因,始终未能提供有效的保护。
亚单位、载体、DNA/mRNA疫苗 这类疫苗针对选定的病毒蛋白,旨在提供更好的安全性和兼容DIVA(区分感染与疫苗接种动物)策略的潜力。研究重点包括p30、p54、p72、CD2v等关键结构蛋白。然而,单独的抗原免疫通常效果有限,多蛋白组合也未能提供完全或持久的保护。尽管有报道称多蛋白亚单位疫苗在猪攻毒试验中达到了高存活率,但其详细数据和机制尚未在同行评审文献中公开,需谨慎看待。病毒载体(如腺病毒、痘病毒、杆状病毒等)和DNA/mRNA疫苗平台旨在激发体液和细胞免疫应答,在一些研究中显示出部分保护效果(如55.5%至80%的存活率),但结果不稳定且常常无法提供完全保护。
初免-加强免疫策略 采用不同疫苗平台(如腺病毒初免-MVA加强)的策略显示出增强免疫应答的潜力,在某些研究中实现了对同源毒株攻击的100%保护。然而,面对高毒力基因型II毒株时,类似的策略常常失败。这表明需要进一步优化抗原组合、免疫时序和递送途径。
减毒活病毒(LAV)疫苗 在众多策略中,LAV疫苗展现出最大的前景,能够通过减毒同时保留强免疫原性,从而激发强大而持久的免疫应答。LAV主要分为三类:自然减毒株、细胞传代致弱株和基因工程减毒株。自然减毒株(如NH/P68、OURT88/3、Lv17/WB/Rie1)不致死,并能提供免疫保护,但可能建立持续性或慢性感染,存在安全隐患。细胞适应传代和基因编辑技术催生了大量LAV候选株,例如通过删除与毒力相关的基因(如I177L、MGF基因家族成员)构建的疫苗株。目前,已有两种LAV疫苗(AVAC ASF Live和NAVET-ASFVAC)在越南获准有条件使用。然而,LAV的应用仍面临重大挑战,包括毒力返祖风险(例如ASFV-G-ΔI177L在猪体内传代后恢复毒力)、对妊娠母猪的安全性、疫苗病毒排毒、缺乏稳定的细胞系用于大规模生产,以及对不同基因型毒株的交叉保护能力有限等。
3. 当前非洲猪瘟疫苗研发面临的挑战
ASF疫苗的开发面临多重严峻挑战。核心知识缺口包括:
- (i)
- 对保护性免疫机制理解不完整。体液免疫和细胞免疫的相对作用尚不明确,非中和抗体通过Fc依赖的效应机制(如抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用ADCC)可能介导保护,而ASFV特异性T细胞在控制感染中起关键作用。
(ii)对病毒免疫逃逸机制认知有限。ASFV在感染早期即能快速破坏宿主免疫反应,抑制干扰素(IFN-I、IFN-II、IFN-III)应答、损害NF-κB/NFAT和cGAS-STING通路、调节细胞凋亡并抑制T细胞活化。
(iii)抗原选择的确定性不足。尽管评估了众多结构和非结构蛋白,但尚未有单一或组合抗原能持续提供强效保护。对免疫优势表位与保护性表位的认知有限,加上基因型和毒株间的抗原变异,限制了疫苗的理性设计。
(iv)病毒多样性、重组变体的出现以及交叉保护缺口。ASFV遗传多样性高,重组频繁,这对开发广谱保护性疫苗构成重大挑战。
(v)LAV疫苗的安全性与DIVA问题。毒力返祖、水平或垂直传播风险、对妊娠母猪的安全性以及难以区分感染与免疫动物是LAV应用的主要障碍。
(vi)缺乏统一的疫苗评价标准。这阻碍了ASF疫苗的研发、监管审批和市场授权。2025年5月世界动物卫生组织(WOAH)标准的采用是一个重要进展,但更详细的指导方针仍在制定中。
4. 未来展望
ASF疫苗的未来发展依赖于持续投入和对ASFV生物学及病毒-宿主相互作用的更深入理解。系统性地对ASFV蛋白(特别是那些参与免疫逃逸、免疫抑制和毒力的蛋白)进行功能表征是理性疫苗设计的核心。高通量CRISPR筛选、结合人工智能分析的反向遗传学、多组学和系统免疫学策略将有助于鉴定保护性抗原和确定免疫保护相关因子。
需要更清晰地阐明体液和细胞免疫机制,以及ASFV破坏先天免疫的途径。同时,必须持续关注毒力返祖机制并确保稳健的DIVA策略,这对LAV疫苗至关重要。通过靶向删除免疫原性ASFV基因来开发标记疫苗及配套诊断方法,是实现安全部署LAV同时维持有效疾病监测的关键。
没有单一的“理想”ASF疫苗。不同的疫苗平台可能根据流行病学背景发挥互补作用:LAV疫苗可在高风险环境中提供快速疫情控制,而基于保护性抗原的疫苗(亚单位、载体、DNA/mRNA)则可能支持长期的疾病管理和净化。结合严格的生物安全措施、全面监测和 rigorous 的监管,并通过标准化评估、长期现场监测和独立安全性评估来确保疫苗质量,对于建立信心和实现负责任的全球部署至关重要。尽管挑战犹存,但持续的科学进展表明,安全有效的ASF疫苗在不久的将来是可以实现的目标。