靶向外表面蛋白C的多價mRNA疫苗為萊姆病提供多菌株保護

《npj Vaccines》：Polyvalent mRNA vaccine targeting outer surface protein C affords multi-strain protection against Lyme disease

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：npj Vaccines 6.5

　　

在溫帶的北美和歐洲地區，一種由蜱蟲傳播的疾病正悄然成為重大的公共衛生威脅——萊姆病。每年有超過48萬北美人和12萬歐洲人感染這種疾病，且發病率隨著氣候變暖和人類活動范圍的擴大而持續上升。萊姆病由伯氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)引起，這種螺旋形細菌通過蜱蟲叮咬進入人體后，會引發從特征性"牛眼疹"到關節炎、心臟炎癥和神經系統癥狀等一系列健康問題。

盡管抗生素治療對多數患者有效，但約10-20%的患者會出現治療后萊姆病綜合征(PTLDS)，持續遭受疲勞、疼痛和認知障礙的困擾。更令人擔憂的是，許多病例因診斷延遲或誤診而錯過最佳治療時機，這凸顯了開發有效預防措施的緊迫性。

疫苗研發之路并非一帆風順。1998年，首款針對伯氏疏螺旋體外表面蛋白A(OspA)的LYMErix?疫苗獲批上市，卻在四年后因市場表現不佳和未經證實的副作用報道而退出市場。OspA疫苗的主要局限在于其作用機制：它需要在人體內維持高抗體水平，這些抗體能在蜱蟲吸血時進入其中腸，殺死尚未傳播給人的細菌。這意味著需要每年加強免疫，無疑降低了接種依從性。

科學家們將目光轉向了另一個關鍵抗原——外表面蛋白C(OspC)。與OspA不同，OspC在細菌感染哺乳動物宿主期間高度表達，是早期傳播的關鍵因子。理論上，靶向OspC的疫苗可能提供更持久的保護。然而，OspC基因在伯氏疏螺旋體中的高度遺傳多樣性成為主要障礙。在北美菌株中，ospC基因存在超過20種主要等位基因類型，且不同型別間抗體交叉保護有限。

隨著mRNA疫苗技術在新冠疫情期間的成功應用，研究人員看到了解決這一難題的新機遇。mRNA疫苗不僅具有快速開發和生產的優勢，還特別適合開發多價疫苗——將編碼多種抗原變體的mRNA封裝在同一脂質納米顆粒(LNP)中，有望實現對多種菌株的廣譜保護。

在這項發表于《npj Vaccines》的研究中，加拿大衛生部和渥太華大學的研究團隊報道了他們開發的新型多價mRNA疫苗。研究人員設計了兩種候選疫苗：一種僅編碼OspC類型A(單價疫苗)，另一種同時編碼北美人類和蜱蟲感染中最常見的五種OspC類型(A、C、I、K和N)(多價疫苗)。

研究團隊采用了幾項關鍵技術方法：通過核苷修飾的mRNA技術合成編碼不同OspC類型的mRNA序列；使用微流控技術制備封裝mRNA的脂質納米顆粒(LNP)；利用C3H/HeN小鼠模型進行疫苗免疫原性和保護效果評估；通過酶聯免疫吸附試驗(ELISA)檢測血清抗體反應；采用定量PCR(qPCR)和組織培養評估感染程度；運用多因子檢測和流式細胞術分析細胞免疫反應；以及組織病理學檢查評估疫苗對心臟和淋巴結病變的保護效果。

OspC-A mRNA對同源伯氏疏螺旋體感染和傳播的完全保護作用

研究人員首先評估了單價OspC-A mRNA疫苗的保護效果。小鼠在初次免疫和加強免疫后，用表達OspC類型A的伯氏疏螺旋體進行攻擊實驗。結果顯示，所有接種OspC-A mRNA疫苗的小鼠均未在皮膚和耳朵組織中檢測到存活的螺旋體，而對照組全部感染。通過qPCR進一步量化多種組織中的細菌負荷，發現接種疫苗的小鼠所有受檢組織中的細菌DNA均低于檢測限，表明疫苗完全阻止了細菌的感染和傳播。

OspC-A mRNA對萊姆心臟炎和淋巴結病的保護作用

萊姆病的一個重要并發癥是心臟炎癥(萊姆心臟炎)，可導致傳導系統異常。組織病理學分析顯示，對照組小鼠出現了輕度心臟炎，表現為心臟基部的混合性單核細胞-中性粒細胞浸潤。而接種OspC-A mRNA疫苗的小鼠則未檢測到明顯的心臟炎癥。

同時，對照組小鼠的腋窩淋巴結因B細胞大量增生而顯著腫大，白細胞計數約為疫苗接種組的四倍。淋巴結炎癥表現為明顯的濾泡和髓索漿細胞增生及輕度副皮質區增生。相比之下，所有接種疫苗的小鼠淋巴結大小與未感染小鼠相似，未見增生現象。

OspC-A mRNA產生功能性抗體反應

為探究疫苗保護的免疫機制，研究人員分析了接種后的抗體反應。ELISA檢測顯示，OspC-A mRNA疫苗接種誘導了顯著的抗OspC抗體滴度。抗體亞型分析發現，疫苗誘導了IgG1和IgG2a兩種亞型，且IgG2a與IgG1比值大于1(平均為5±7.8)，表明可能偏向Th1型免疫反應。

功能實驗證明這些抗體具有生物活性。在抗體依賴性細胞吞噬作用(ADCP)實驗中，接種疫苗的小鼠血清能顯著提高巨噬細胞對螺旋體的吞噬能力。此外，在補體存在下，疫苗誘導的抗體能在24小時內使活螺旋體數量減少兩倍，顯示出殺菌活性。

OspC-A mRNA引發抗原特異性CD4⁺T細胞反應

細胞免疫應答分析顯示，接種疫苗的小鼠引流淋巴結細胞在OspC肽段刺激下，產生了顯著更高水平的IFN-γ、IL-2、IL-6、IL-10、IL-18和TNF-α等Th1型細胞因子，而Th2型細胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)未見升高。ELISpot分析檢測到大量產生IFN-γ的細胞，而產生IL-4的細胞極少。流式細胞術進一步證實，CD4⁺T細胞而非CD8⁺T細胞在疫苗接種后產生IFN-γ和IL-2，且表達激活標志物CD25和OX40的CD4⁺T細胞比例顯著高于對照組。

多價OspC mRNA對多種伯氏疏螺旋體菌株的保護作用

針對OspC多樣性挑戰，研究人員開發了編碼五種OspC類型(A、C、I、K、N)的多價mRNA疫苗。攻擊實驗表明，接種多價疫苗的小鼠對OspC類型A、I和K菌株感染具有顯著保護作用(感染率分別為10%、0%和20%)，但對類型C和N菌株保護有限(僅降低感染率10%)。qPCR分析進一步證實，疫苗接種顯著降低了類型A、I和K菌株在組織中的螺旋體負荷，但對類型C和N無效。

組織病理學檢查發現，疫苗接種顯著降低了由類型A和I菌株引起的心臟炎，但對類型C、K和N菌株效果不顯著。同樣，淋巴結病變在類型A、I和K攻擊組明顯減輕，而在類型C和N攻擊組改善有限。

增加疫苗劑量提高對表達OspC類型C的伯氏疏螺旋體的保護作用

為提高對OspC類型C和N菌株的保護效果，研究人員測試了更高劑量(3μg)的多價疫苗。結果顯示，3μg劑量誘導了更高的抗OspC類型C抗體滴度，并將對類型C菌株的保護率從10%提高至50%。qPCR分析證實，高劑量疫苗接種顯著降低了類型C菌株的螺旋體DNA負荷。雖然類型C菌株本身引起的心臟炎較輕，但疫苗接種顯著減輕了相關的淋巴結病變。

本研究首次證實了OspC靶向mRNA疫苗對萊姆病的保護效果，并成功開發了能同時對抗多種伯氏疏螺旋體菌株的多價疫苗。盡管對某些高度傳染性菌株(如表達OspC類型C和N的菌株)可能需要劑量優化才能實現完全保護，但考慮到約60%的萊姆病感染由OspC類型A或K引起，該疫苗仍有潛力預防大部分人類萊姆病感染。

與傳統的重組蛋白疫苗相比，mRNA平臺具有快速生產、強免疫原性和優異安全性記錄等優勢。脂質納米顆粒中的可離子化脂質成分對T濾泡輔助細胞的佐劑效應，能進一步增強抗體反應。此外，核苷修飾的mRNA疫苗比重組蛋白疫苗能誘導更強的生發中心和T細胞反應，導致更高水平的抗原特異性記憶B細胞、長壽命漿細胞和抗體滴度。

研究人員也指出了本研究的局限性，如使用針頭注射而非蜱蟲叮咬進行攻擊實驗。然而，先前研究已證實重組OspC蛋白疫苗對兩種感染途徑均有效。有趣的是，近期研究表明，抗OspC抗體可能通過影響蜱體內螺旋體的傳染性，在阻止蜱-宿主傳播中發揮額外作用，這是針頭注射實驗無法完全模擬的。

總之，這項研究為應對萊姆病日益增長的流行和醫療負擔提供了有前景的解決方案，支持OspC靶向mRNA疫苗向臨床開發推進。未來的研究應評估多價mRNA OspC疫苗在短期和長期蜱蟲攻擊模型中的效果，進一步驗證其應用前景。