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2018年11月29日

研究人员发现体温如何破坏潜在的登革热Zika疫苗

制备针对登革热病毒和寨卡病毒的有效疫苗的主要途径涉及覆盖每种病毒颗粒表面的E蛋白。如果我们能够开发出针对这种E蛋白的强抗体,那么这将是一种强大的疫苗的关键基于180 E蛋白成对出现的重要事实。但由于多种原因,已经证明创造这种疫苗很困难。现在,UNC医学院的研究人员已经描述了有希望的疫苗的一个主要障碍的细节。这是我们都拥有的自然体温约98.6度。之前在Aravinda de Silva实验室进行的研究表明,人类在病毒表面产生强烈的E蛋白抗体,这表明可溶性E蛋白(称为sRecE)可以成为一种良好的疫苗。

不幸的是,截止目前,这还没有完全消失,基于sRecE的疫苗也失败了。由生物化学和生物物理学教授Brian Kuhlman博士领导的UNC研究人员和微生物学和免疫学教授Aravinda de Silva博士表示,体温降低了sRecE的配对倾向及其被这些强抗体识别的能力。

发表在生物化学杂志上的这些研究结果表明,稳定sRecE的配对倾向可能对创造有效的疫苗至关重要。我们已经证明了我们的天然体温如何破坏sRecE效力,以及未来基于sRecE的疫苗开发如何从一开始就考虑温度,UNC研究生Stephan Kudlacek说,他是JBC论文的第一作者。

经过数十年的激烈研究,登革热和寨卡病毒疫苗的开发取得了有限的成功。这些由蚊子传播的黄病毒是一个主要的公共卫生问题。世界上超过50%的人口面临感染风险,数亿人受到感染,其中很大一部分人面临严重的衰弱症状。登革热感染可导致危及生命的出血性疾病。与此同时,最近的寨卡病毒爆发将寨卡病毒感染与严重的神经系统疾病联系起来,如婴儿的小头畸形和成人的格林巴利综合症。出于这些原因,疫苗开发已经加强,以防止登革热和寨卡病毒。

疫苗开发具有挑战性,因为登革热有四种不同的血清型或味道,疫苗需要对它们各自提供相同的保护。此外,必须创建疫苗,使其不会促进免疫系统产生识别但不能中和病毒的抗体。如果发生这种情况,登革热和寨卡可以使用这些抗体感染免疫系统细胞并使感染更严重这称为抗体依赖性增强。

这个固有的问题是为什么登革夏登革热唯一的许可疫苗现在只推荐用于对先前登革热感染的登革热具有部分免疫力的人,因为疫苗似乎增加了人们使用时患严重疾病的风险从未接触过病毒的人,疫苗可以在不同的登革热血清型之间提供部分保护。

登革热和寨卡病毒颗粒的表面在结构上相似。两种病毒都涂有一种蛋白质称为包膜蛋白(E)。每种病毒在表面上含有180个拷贝的E蛋白,成对的两个,称为同型二聚体。可溶形式的E蛋白,称为sRecE,可以形成与病毒表面上的E蛋白观察到的相同的同二聚体结构。登革热和寨卡病毒感染的患者会产生针对E蛋白特定区域的中和和保护性抗体,称为表位。这些知识使研究人员能够测试E蛋白或sRecE是否可以作为有效的疫苗。不幸的是,基于sRecE的疫苗表现不佳。

其他研究人员发现,从人类患者中分离出的许多最有效的中和抗体与病毒表面上E蛋白同源二聚体上存在的表位结合,而促进疾病增强的弱中和抗体与E上的位点结合。蛋白质单体E蛋白的单拷贝,称为融合环。称为E二聚体表位(EDE)抗体的特定类型的强效抗体在登革热和寨卡病毒中惊人地识别E蛋白的区域。这些抗体能够中和所有四种登革热血清型和寨卡病毒。这些发现表明,为了创造有效的疫苗,设计呈现这些新发现的二聚体表位的抗原将是重要的。

如果使用重组蛋白如sRecE,二聚体特异性表位可能是最直接的一种。并且已经提出sRecE同源二聚体可以起到有效疫苗的作用。

但研究表明,我们98.6度的自然体温会改变E蛋白在病毒表面配对和形成同源二聚体的能力。由于sRecE是用于疫苗开发的有希望的抗原,并且由于sRecE同型二聚体的稳定性对于呈递二聚体抗体表位如EDE用于疫苗接种是重要的,因此Kuhlmande Silva的实验室试图了解温度如何影响sRecE蛋白的稳定性和它形成同源二聚体的能力。

我们使用了许多生物物理技术来回答这些问题。Kudlacek说。正如通常所观察到的,我们发现较冷的温度有助于将蛋白质保持在其天然或活性结构中。因此,我们接着测试了三种登革热血清型和Zika中的sRecE如何形成同二聚体,如在表面上所见。病毒,在室温缓冲液中。

UNC研究人员发现登革热和Zika sRecE在室温下形成同型二聚体。但是当我们在生理温度[98F]进行实验时,所有sRecE包括登革热血清型2DENV2)和Zika sRecE同源二聚体都会分崩离析并成为单体。这一结果表明生理温度诱导的E蛋白在病毒表面观察到的变化也发生在sRecE中。进一步的分析表明,与在室温下形成同型二聚体的能力相比,DENV2sRecE在体温下形成同型二聚体的能力降低了150倍。

然后研究人员想知道:由于sRecE二聚化在生理温度下降低,是否能特异性识别E二聚体能够在生理温度下与登革热和Zika sRecE结合的抗体?他们测试了这一点,发现登革热和Zika sRecE同源二聚体在98.6F时分崩离析,从而消除了sRecE同型二聚体中存在的二聚体表位并降低了抗体结合。

我们的结果显示,在体温下,登革热和Zika sRecE同型二聚体的存在大大减少,并且sRecE单体的存在增加,Kudlacek说。这解释了为什么先前基于sRecE的疫苗策略表现不佳,因为体温有利于单体sRecE,因此将免疫系统集中在产生更弱的中和抗体上,这可以导致疾病增强,而不是产生有效的中和二聚体特异性抗体。

对于未来基于sRecE的疫苗开发,这项工作表明sRecE同源二聚体需要重新设计以在体温下稳定,因此免疫系统可以产生足够强的E二聚体特异性抗体,以防止疾病而不是增强它。

美国国立卫生研究院和疾病控制与预防中心资助了这项研究。

(选自《麦肯息讯》(医药))