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美国国家科学院院刊。2018年6月12日;115(24): 6267–6272.
2018年4月30日在线发布。 数字对象标识:10.1073/pnas.1800177115
预防性维修识别码:PMC6004431型
PMID:29712861
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非中和抗体效应功能介导的HCMV糖蛋白B亚单位疫苗效力

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重要性

美国疾病控制与预防中心估计,每小时就有一名儿童在美国出生,患有人类巨细胞病毒(HCMV)感染引起的永久性神经功能障碍,这比唐氏综合征、胎儿酒精综合征和神经管缺陷的总和还要多。阻断HCMV向发育中胎儿传播的母体疫苗是预防这些不良后果的必要干预措施。gB/MF59疫苗是迄今为止临床测试最成功的疫苗,HCMV获得量减少了50%。这份手稿确立了疫苗刺激的体液反应的功能和表位特异性,这可能解释了疫苗的部分疗效。了解gB/MF59合法保护性免疫应答的机制将指导下一代HCMV疫苗的合理设计和评估。

关键词:巨细胞病毒、疫苗、糖蛋白B、儿科

摘要

人类巨细胞病毒(HCMV)是世界上最常见的先天性感染,经常导致受累婴儿的听力损失和脑损伤。为了降低婴儿疾病的发病率,有必要为孕妇接种预防HCMV感染的疫苗。糖蛋白B(gB)+MF59佐剂亚单位疫苗平台是迄今为止测试的最成功的HCMV疫苗,在多个2期试验中证明了约50%的预防HCMV获得的有效性。然而,疫苗保护的机制仍然未知。对33名处于免疫原性高峰的产后女性gB/MF59疫苗血浆进行gB表位特异性、中和和非中和抗-HCMV效应器功能测试,并与HCMV阳性队列进行比较。gB/MF59疫苗接种诱导的IgG反应具有与自然感染相当的gB结合强度和亲和力。此外,IgG亚类分布与gB疫苗和HCMV感染诱导的主要IgG1和IgG3应答相似。然而,疫苗合法抗体对自体病毒的中和作用有限,对多种异源菌株的中和作用微不足道,对中和抗体(包括AD-1、AD-2和结构域I)靶向的gB结构基序的结合反应有限。疫苗接种者对AD-3线性表位有高强度的IgG反应,显示出对这个非中和的细胞溶质区域的免疫优势。最后,疫苗合法的IgG在转染或HCMV感染的细胞表面牢固结合膜相关gB并介导病毒吞噬作用,尽管它们是NK细胞激活的不良介质。总之,这些数据表明,非中和抗体功能,包括病毒吞噬作用,可能在观察到的50%疫苗介导的HCMV获得保护中发挥作用。

全世界每150名活产婴儿中就有1人感染人巨细胞病毒(HCMV)(1). 仅在美国,这就相当于每年有40000名儿童感染,其中8000人发展为长期残疾,包括小头畸形、宫内生长受限、听力/视力丧失或神经发育迟缓(2,)-比美国目前筛查的29种新生儿疾病加起来还要多的先天性疾病(4). 很明显,已有的母体免疫会影响先天性感染的发生率,因为在妊娠期间感染HCMV的女性中,有30-40%的人会在宫内将感染传播给胎儿,而在HCMV感染女性再次感染后,这一比例为1-2%(2). 因此,假设母体疫苗可以防止母体获得HCMV,防止病毒传播给婴儿,或降低先天性感染的严重程度,这是一个可以实现的目标(5).

已经测试了多种HCMV候选疫苗,包括活性减弱病毒、糖蛋白亚单位制剂和单/双价DNA质粒(参考文献中综述)。6). 在产后两组人群中,用MF59角鲨烯佐剂接种的HCMV糖蛋白B(gB)亚单位疫苗在预防原发性HCMV感染方面表现出中等(~50%)的疗效(7)和青春期女性(8). 此外,该疫苗对HCMV病毒血症具有保护作用,减少了移植受者抗病毒治疗的临床需求(9). 作为主要的病毒融合蛋白,HCMV gB对于进入所有类型的细胞至关重要,并且是已知的中和抗体靶点(10,11). 然而,以前的研究报告称,gB/MF59合法抗体中和效果不佳(1214)这对在多个临床试验中观察到的部分gB疫苗疗效的机制提出了疑问。需要了解gB/MF59介导的保护作用,以合理设计免疫原,提高临床上获得的部分疫苗效力。

糖蛋白B是一种907氨基酸同源三聚体糖蛋白,由四个不同的结构区域组成:外结构域、膜近端区域(MPER)、跨膜结构域和细胞质结构域(SI附录,图S1) (11,15). 此外,已知有五个不同的抗原位点被gB-特异性抗体靶向,被识别为抗原域(AD)1-5(SI附录,图S1) (10,11,15). AD-1是一种不间断的~80氨基酸表位,几乎所有感染者都有抗AD-1的抗体(10)可以是中和的也可以是非中和的(16). 相反,AD-2特异性抗体仅存在于血清阳性人群的一部分中(10),该区域由两个独特的线性表位组成:1号位点在所有病毒株中完全保守,是有效中和抗体的靶点,而2号位点变异很大,仅被非中和抗体靶向(17). AD-3位于细胞溶质域内,是唯一非中和抗体的已知靶点(18,19). 最后,AD-4(结构域II)和AD-5(结构域I)是最近被鉴定为中和抗体靶点的构象球形蛋白结构域(10). 用于gB/MF59疫苗临床试验的抗原(79)由具有两种修饰的完整蛋白质组成,以便于制造:()跨膜结构域(75个氨基酸)缺失和(ii(ii))呋喃蛋白酶裂解位点的突变(20).

为了确定临床试验中观察到的部分保护的可能机制,我们对gB/MF59疫苗引起的抗体反应的特征和功能进行了深入调查。在这里,我们报告了我们的观察结果,即gB/MF59疫苗接种导致的抗体谱与在自然HCMV感染环境中观察到的抗体谱截然不同。此外,我们的数据表明,非中和抗体功能可能在观察到的50%疫苗抗HCMV获得的效力中发挥了作用。

结果

HCMV中和和与gB-中和结构域的IgG结合。

我们在血清阴性的产后妇女群体中进行的2期临床试验中,从33名gB/MF59疫苗接种者身上获得了血浆样本(7). 所有后续研究均使用在免疫原性峰值(6.5个月)或下一个可用时间点(不超过12个月)采集的样本。以前有报道称,接种gB/MF59疫苗可诱导gB免疫原特异性IgG的稳健滴度(20,21). 我们对这一亚群疫苗观察到类似的结果,高强度血浆gB-IgG结合超过了慢性感染、血清阳性(SP)个体的诱导水平(SI附录,图S2)(日志10AUC:gB/MF59=6.32,SP=5.64;P(P)=0.03,Wilcoxon秩和检验)。

我们首先研究了疫苗合法抗体中和一组HCMV株(包括自体Towne株)的能力(图1),公元169年(图1B类)和TB40/E[在成纤维细胞中(图1C类)和上皮细胞(图1D类)]. 在存在和不存在兔补体的情况下进行测定,以评估补体固定后中和滴度增强的可能性。尽管与血清阳性组相比显著降低(Towne中值对数),但观察到针对自身Towne病毒的疫苗合法中和水平较低10身份证件50:gB/MF59=1.70,SP=2.96;P(P)<0.001,合并t吨测试)。尽管在血清阳性组(TB40/E上皮细胞中值对数10身份证件50:gB/MF59<1;SP=3.80;P(P)<0.001,Fisher精确测试)。我们观察到,在补体存在的情况下,疫苗介导的中和活性最低(Towne中值疫苗对数10身份证件50:无补偿=1.70;comp=1.93),不如以前的报告那么稳健(22). 此外,我们使用基于GFP报告的中和试验来确认观察到的血浆中和缺乏。基于GFP的分析检测到血清阳性个体的血浆中和水平高于基于IE-1免疫荧光的分析(SI附录,图S3)与以前的报告一致(12)但仍仅在疫苗血浆中检测到低水平、罕见的中和作用。因此,检测方法不能解释在gB/MF59疫苗中观察到的对异源病毒株缺乏中和作用。

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gB/MF59免疫后疫苗合法中和反应有限,gB中和表位结合不良。(D类)中和抗体反应和(E类J型)对33名gB/MF59疫苗(蓝圈)和30名血清阳性、慢性HCMV感染者(红方框)的gB中和表位结合进行评估。通过针对Towne株HCMV的IE-1染色测量中和作用()和AD169株HCMV(B类)在成纤维细胞和TB40/E株HCMV中(C类)和上皮细胞(D类). 在纯化兔补体存在(+C;开放符号)和不存在(-C;固体符号)的情况下进行分析。将响应绑定到(E类)gB免疫原和已知的gB中和表位(F类)AD-1(G公司)AD-2(H(H))域I()域II,以及(J型)测量域I+II组合。每个数据点代表两个实验重复的平均值。中和分析的水平虚线表示开始稀释,而中和表位结合的虚线表示阳性阈值(免疫前对照平均值+2个标准偏差)。黑色水平条表示每组的中值*P(P)<0.05,Fisher精确试验(中和),合并t吨测试(表位结合)。

随后,我们检查了疫苗合法抗体是否与先前确定的gB中和表位结合(SI附录,图S1) (10,11),包括AD-1(图1F类),AD-2站点1(图1G公司),域I(AD-5)(图1H(H)),域II(AD-4)(图1)和域I+II组合(图1J型). 本研究使用的所有gB抗原在SI附录,表S1,质量控制数据显示在SI附录,图S4虽然疫苗接种引发了强大的gB结合反应,但这些gB中和表位的靶向性很差。与慢性HCMV感染的血清阳性女性相比,疫苗合法与AD-1的结合显著降低(中位对数10MFI:gB/MF59=1.75,SP=2.46;P(P)=0.001,合并t吨测试),AD-2站点1(中值日志10MFI:gB/MF59=0.65,SP=1.70;P(P)=0.002,萨特韦特t吨测试),域I(中值对数10MFI:gB/MF59=1.70,SP=3.20;P(P)<0.001,合并t吨测试)和域I+II融合构造(中值对数10MFI:gB/MF59=2.60,SP=3.14;P(P)<0.001,合并t吨测试)。

产后和1期gB/MF59疫苗接种者血浆中和活性的比较。

因为我们观察到gB/MF59疫苗中缺乏异源病毒中和和适度补体增强,这与以前关于gB/MF58疫苗1期免疫原性的报告不一致(22),我们获得了1期gB/MF59疫苗血清(14)以及其他研究人员报告的补体依赖性中和单克隆抗体(210.4、272.7和350.1)(22). 我们首先注意到,在第一阶段队列和产后第二阶段队列中,gB结合水平具有可比性(SI附录,图S5). 在我们的中和试验中,gB mAbs 210.4、272.7和350.1在两个成纤维细胞中以互补依赖的方式增强了中和作用(图2)和上皮细胞(图2B类). 我们的中和试验也证实了先前在健康成人1期疫苗接种者血浆中低水平gB/MF59诱导的异源病毒中和的发现,该发现通过添加补体而得到有力增强。即使没有补体,与产后疫苗相比,1期gB/MF59血清的中和活性增加(成纤维细胞对数中值10身份证件50,无补体:1期=1.32,产后<1;P(P)<0.001,Fisher精确测试)。在有补体存在的情况下,1期gB/MF59疫苗的血浆中和滴度中位数提高了1 log以上(成纤维细胞1期中位数增加了10 log10身份证件50:−C=1.32,+C=2.57;P(P)=0.018,Wilcoxon符号秩检验)。然而,产后gB/MF59疫苗未观察到补体增强血浆中和作用(图2).

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与产后接种的gB/MF59疫苗相比,第1阶段接种的gB/MF59疫苗表现出更强的血浆HCMV中和效力。通过GFP-报告基因表达评估10份1相血浆样品对修复的AD169株HCMV的中和作用()成纤维细胞和(B类)上皮细胞。在纯化兔补体存在(+C;固体符号)和不存在(-C;开放符号)的情况下进行分析。对照组为互补依赖性中和抗体210.4(绿色)、272.7(红色)和350.1(紫色)*P(P)<0.05,Fisher精确检验(第1阶段vs.产后),Wilcoxon符号秩检验(−C vs.+C)。

线性gB表位结合。

为了绘制疫苗诱导抗体靶向的表位,创建了一个肽微阵列库,由15个单体组成,每个后续肽重叠10个残基,跨越整个gB ORF(Towne菌株)。我们观察到,疫苗合法的线性表位结合与慢性HCMV感染的情况截然不同(图3SI附录,图S6). 最值得注意的是,接种疫苗引发的AD-2位点1反应微不足道,这是已知的有效gB特异性中和抗体的靶点(23)(AD-2站点1中值日志10货币金融机构:gB/MF59=2.68,SP=3.69;P(P)<0.001,Satterthwaitet吨测试)。此外,疫苗接种导致对位于gB蛋白细胞域的非中和AD-3表位产生显性IgG反应(AD-3中值对数10货币金融机构:gB/MF59=5.23,SP=4.14;P(P)<0.001,合并t吨试验),占疫苗中线性gB-IgG反应的76%,而慢性HCMV感染者为32%(SI附录,图S6,B类、和F类)

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gB/MF59免疫后对胞浆抗原结构域3的显性线性表位结合反应。利用横跨整个Towne gB ORF(180个独特肽)的15肽库评估了Cytogam、19 gB/MF59疫苗免疫前、32 gB/MF58疫苗免疫后和30个慢性感染血清阳性对照的抗体反应结合量。每行表示一名患者。一式三份完成测定,结合强度以对数标度的中值荧光强度表示。白色表示荧光强度中值<100。与不同gB抗原结构域对应的肽如下所示x个轴。

IgG亚类和与膜相关gB的结合。

鉴于观察到的弱中和抗体反应,我们试图研究疫苗合法的IgG反应是否具有介导非中和抗体效应器功能的能力。首先,我们检查了gB导向应答的IgG亚类,并确定疫苗和慢性HCMV感染者的应答模式类似,主要是IgG1和IgG3,很少检测到IgG2或IgG4亚类(图4D类). 此外,我们检测了疫苗合法抗体是否能与两种转染gB的细胞表面表达的膜相关gB结合(图4E类F类)和TB40/E感染的细胞(图4H(H)). 疫苗诱导的IgG与两种转染的自体Towne株gB结合(图4E类)和一个异源菌株gB(图4F类)(感染疫苗中最常检测到的菌株)比慢性HCMV感染引起的抗体更稳定(异源中位%IgG结合:gB/MF59=13.2%,SP=5.9%;P(P)<0.001,Satterthwaitet吨测试)。然而,疫苗合法的IgG结合TB40/E感染细胞的能力不如慢性感染引起的抗体(图4H(H))(感染细胞结合中位数%:gB/MF59=6.7%,SP=36.7%;P(P)<0.001,Satterthwaitet吨试验),可能是由于抗体与血清阳性组中的其他糖蛋白表位结合。因此,我们从gB/MF59疫苗和SP血浆中纯化了gB-特异性IgG,并评估了感染细胞相关gB结合的程度。纯化的gB-特异性IgG显示疫苗组中感染细胞相关的gB结合量较高(图4)(感染细胞gB结合的中位数%:gB/MF59=4.4%,SP=1.7%;P(P)=0.01,萨特思韦特t吨试验),与gB-转染细胞IgG-结合量一致。最后,我们在gB疫苗血浆抗体存在的情况下检测了NK细胞脱颗粒,因为这一过程是抗体依赖性细胞毒性(ADCC)和活化NK细胞释放细胞因子的先决条件。尽管该疫苗能诱导gB转染和感染细胞IgG结合,但在使用两种gB转导疫苗的疫苗中检测到最小的NK细胞脱颗粒反应(图4G公司)和TB40/E感染的靶细胞(图4J型). 相比之下,大多数慢性HCMV感染者的抗体介导了可测量的NK脱颗粒,尽管量值较低(TB40/E感染靶点,%CD107a+NK细胞:gB/MF59=4.9%,SP=6.6%;P(P)<0.001,Wilcoxon秩和检验)。

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gB/MF59疫苗接种诱导了高强度IgG3应答和强有力的膜相关gB-IgG结合。特定于gB的大小()IgG1(B类)IgG2(C类)IgG3和(D类)对33名gB/MF59疫苗接种者(蓝圈)和30名血清阳性、慢性HCMV感染者(红方框)进行IgG4亚类应答评估。此外,还评估了血浆抗体与gB转染细胞结合的能力,包括(E类)自体(城镇)和(F类)异源gB。同样,与TB40/E感染细胞的结合使用两种方法进行定量(H(H))全血浆和()纯化的gB特异性IgG。最后,血浆抗体在任何一种情况下激活NK细胞的能力(G公司)gB mRNA转染的ARPE靶细胞或(J型)通过表达CD107a的NK细胞百分比评估TB40/E感染的ARPE靶细胞。黑色水平条表示每组的中值。子类图中的水平虚线(D类)表示阳性阈值,此处定义为100 MFI。NK细胞脱颗粒图中的虚线(G公司J型)表示阳性阈值(免疫前样本平均值+2 SDs)。每个数据点代表两个实验重复的平均值。对于E类J型,控制值包括Cytogam(黑色)、AD-2 mAb TRL345(紫色)、Dom I mAb SM10(绿色)和Dom II mAb SM 5-1(棕色)*P(P)<0.05,萨特思韦特t吨测试。

抗体介导的吞噬作用和单核细胞感染。

接下来我们研究了疫苗合法抗体介导吞噬作用的能力。我们开发了高度特异的基于流动的检测方法,用于测量两种gB-结合珠的吞噬作用(SI附录,图S7B类)和荧光共轭HCMV病毒(SI附录,图S7C类D类)使用THP-1单核细胞系。共焦显微镜证实细胞摄取HCMV,在细胞表面显示荧光病毒(SI附录,图S7E类)或内化(SI附录,图S7F类). 吞噬作用后观察到的少量不同病毒病灶与单核细胞感染后的多个分散病灶不同(SI附录,图S7H(H)). 此外,我们确认吞噬作用不会导致生产性感染,因为吞噬TB40/E-mCherry病毒的细胞在吞噬作用后48小时没有表现出mCherry表达(SI附录,图S8). 观察到gB免疫原偶联珠的强大疫苗合法吞噬作用,超过SP个体(吞噬细胞百分比中值:gB/MF59=52.1,SP=29.1;P(P)=0.04,合并t吨测试)(图5). 确定显性AD-3抗体反应(图3)有助于观察到这种疫苗合法的gB吞噬作用,我们研究了gB胞外偶联珠的吞噬作用(图5B类). 与完整的gB蛋白相比,针对gB外结构域的吞噬活性降低。此外,疫苗接种者和SP个体之间的gB胞外区定向吞噬活性没有明显差异(吞噬细胞百分比中值:gB/MF59=24.8,SP=18.6;P(P)=ns,合并t吨试验),表明疫苗中检测到的吞噬介导抗体的一部分是针对可能未暴露在HCMV病毒或感染细胞表面的细胞域表位。此外,我们检测了整个HCMV病毒的吞噬作用,发现与疫苗相比,慢性HCMV感染者的血浆抗体介导的病毒吞噬作用更强(图5C类)(吞噬细胞百分比中值:gB/MF59=9.6%,SP=17.6%;P(P)<0.001,合并t吨测试)。为了确定针对SP组中其他糖蛋白表位的抗体是否会导致这种差异,我们评估了由疫苗和HCMV感染者纯化的gB-特异性IgG介导的病毒吞噬作用,并观察到类似的gB特异性吞噬作用水平(图5D类)(阳性细胞中位数%:V=11.3%,SP=10.1%;P(P)=ns,合并t吨测试)。此外,我们证实,尽管gB疫苗合法抗体可以介导强大的病毒吞噬作用,但它们可以最小程度地阻断THP-1单核细胞的感染(图5E类F类)(1:100稀释标准化中和率:gB/MF59=18.4%,SP=82.8%;P(P)<0.001,Satterthwaitet吨测试)。最后,我们检测了疫苗合法的血浆抗体是否可以介导单核细胞来源巨噬细胞的整体病毒吞噬作用。然而,我们观察到,无论是否添加HCMV特异性抗体,巨噬细胞都能高度摄取非特异性病毒(SI附录,图S9).

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gB疫苗可诱导抗体介导HCMV病毒的强大吞噬作用,但不能阻止单核细胞感染。采用流式分析测试33 gB/MF59疫苗(蓝色圆圈)和30名慢性HCMV感染者(红色方块)血浆IgG的吞噬介导能力()gB免疫原偶联荧光珠(B类)gB胞外蛋白偶联荧光珠,以及(C类D类)荧光团结合整个HCMV病毒。最后,在单一稀释度(1:100)下,使用两种方法评估疫苗合法抗体阻断THP-1细胞感染的能力(E类)全血浆和(F类)纯化的gB-特异性IgG。黑色水平条表示每组的中值。整个病毒吞噬图中的虚线表示阳性阈值(免疫前样本的平均值+2 SDs),而THP-1单核细胞图中TB40/E感染的虚线则表示真正中和活性的阈值(50%)。每个数据点代表两个实验重复的平均值。对照抗体值包括Cytogam(黑色)、AD-2单抗TRL345(紫色)、Dom I单抗SM10(绿色)和Dom II单抗SM5-1(棕色)*P(P)<0.05,合并t吨测试。

感染/未感染疫苗的免疫反应比较和抗体反应相关矩阵。

尽管这项研究在检测试验过程中感染的疫苗之间免疫反应的差异方面能力不足(n个=11)和那些没有(n个=22),我们通过未修正的Mann–Whitney U或Fisher精确测试评估了这些组之间反应的相对大小(SI附录,表S2). 虽然大多数受保护疫苗的应答在名义上高于未受保护疫苗,但在受感染和未受感染的疫苗(生疫苗)之间唯一可能存在差异的疫苗合法应答P(P)<0.05)IgG与线性肽微阵列中的AD-2位点2结合(P(P)=0.01,精确的Wilcoxon秩和检验),这是一个非中和表位(11).

最后,我们通过创建相关矩阵来研究所测抗体反应之间的关系(SI附录,图S10). 我们观察到两组截然不同的反应,它们似乎相互关联。第一个簇由gB特异性吞噬活性(gB蛋白和整个HCMV病毒)、对游离gB蛋白及膜相关gB的结合反应以及gB特异的IgG1和IgG3亚类反应组成。相反,中和活性与一个明显的交替簇有关,在不同的病毒株和测试的细胞系之间观察到了强大的相关性。NK细胞活化与簇1中的几个参数(吞噬作用、gB结合)呈负相关。最后,一些表位特异性反应与抗体功能相关,包括具有吞噬活性的gB结构域II特异性IgG反应和具有中和活性的AD-2和结构域I特异性Ig G反应。为了评估这些聚集相关性是否由接种疫苗者与血清阳性者驱动,我们对疫苗进行了相同的聚集分析(SI附录,图S11)和血清阳性抗体反应(SI附录,图S11B类)独立完成。值得注意的是,簇1的形成主要由gB疫苗合法免疫反应驱动,而簇2主要由HCMV感染驱动,可能是通过IgG结合和中和非gB HCMV糖蛋白表位。

讨论

在过去的十年里,HCMV疫苗领域已经在很大程度上将重点从gB特异性抗体反应的激发转移到gH/gL/UL128/UL130/UL131A五聚体复合物(PC)的靶向,因为这种蛋白质构建体被新确定为有效HCMV中和抗体的主要靶点(24). 然而,重要的是要认识到,不包括PC的gB/MF59疫苗平台在两个第2阶段试验中在预防原发性HCMV感染方面取得了~50%的疫苗效力(7,8)并证明了对移植受者的保护作用(9)无需激发有效的中和抗体反应(9,1214). 中和抗体在控制HCMV细胞间传播方面的局限性越来越大(23)非中和HCMV特异性抗体的保护能力正在得到认可(25)表明非中和抗体的作用需要进一步研究,作为HCMV疫苗免疫原性试验的潜在重要终点。

使用一组产后2期gB/MF59疫苗接种者,我们证明了对异源菌株的中和反应可以忽略不计,补体介导的中和活性增强也很小。然而,在一组年轻、健康的1期gB/MF59疫苗中,我们观察到了不同的结果,证实了关于异源中和和强健的补体介导的病毒中和活性增强的报道(22). 由于疫苗免疫原和佐剂在两个试验中是相同的,我们假设两组之间存在生理和免疫学差异。长期以来,人们都知道孕妇对特定传染病原体的严重程度和/或敏感性增加(26)表明怀孕期间的免疫状态有所改变。生殖激素已被证明可以调节人类免疫系统的活动(26). 例如,孕酮在妊娠末期和产后期间激增,具有免疫抑制作用,可以改变Th1/Th2平衡(27),这可能会影响抗体成熟。无论如何,很明显,产后妇女接种gB/MF59疫苗后获得的部分疫苗效力并不依赖于诱导强大的中和抗体反应。

对线性gB表位IgG结合谱的分析显示,针对gB细胞域内AD-3区域的高强度疫苗合法抗体反应(11,15). 事实上,平均76%的疫苗合法线性gB-IgG结合是针对这一单一区域的,而血清阳性个体为32%。因为当gB在细胞膜上表达时,AD-3区域是细胞内的,它可能不会产生能够结合或中和感染性病毒的抗体(28). 目前尚不清楚AD-3定向抗体应答是否通过尚待定义的机制促进了疫苗介导的保护,或者,这种应答是否仅仅是转移了更多功能表位。对其他病原体,特别是HIV-1,已经描述了远离功能表位的诱骗免疫反应(29). 针对其他gB表位(包括中和表位,如AD-1、AD-2、结构域I和结构域II)的限制性抗体反应可能是转移性AD-3免疫反应的结果。因此,无细胞域AD-3表位的下一代HCMV gB疫苗构建可能会引发更大程度和广度的表位特异性IgG反应,并可能引发更有效的中和抗体。

gB/MF59疫苗可诱导gB-特异性IgG3亚类抗体的稳定滴度,这对于蛋白亚单位疫苗来说是不寻常的(30,31). 确定的IgG1/IgG3亚类概况与以前的报告一致(32)尽管由于gB-特异性IgG亚类的半定量性质,我们的分析无法确定其相对丰度。先前的研究表明,gB-特异性IgG反应的亚类分布可能取决于疫苗接种所用的佐剂(33)或gB免疫原的结构(34). 具体来说,佐剂MF59与其他疫苗增强的IgG3应答有关(30). 抗原特异性IgG3与其他病原体(如HIV-1)的病毒学控制有关(35)预期IgG3通过与效应细胞Fc受体结合并促进非中和功能,如抗体依赖性细胞毒性(ADCC),介导保护性抗病毒作用(36)或抗体依赖性细胞吞噬(ADCP)(37). 尽管NK细胞与HCMV复制的控制密切相关,但HCMV的非中和抗体效应器功能尚未得到广泛评估(38). 此外,ADCC介导的HCMV体外复制控制有一些先例(39). 任何疫苗合法非中和效应器功能的关键前提是抗体与膜相关糖蛋白结合。我们的结果表明,疫苗合法抗体与gB-转染细胞和HCMV感染细胞表面表达的gB具有强大的、菌株依赖性的结合,这表明这些抗体可能促进ADCC或ADCP等抗病毒功能。

尽管有高度的疫苗合法IgG3应答和膜相关gB结合,但在疫苗中没有观察到ADCC的实质性证据。然而,我们证明,疫苗合法的血浆抗体可以调节单独gB免疫原和在整个病毒表面表达的gB的ADCP的稳定水平。据我们所知,抗体介导的全病毒体摄取尚未被探索为HCMV的保护性免疫机制,尽管它已被证明在清除其他病毒病原体方面发挥着重要作用,包括流感、西尼罗河病毒、腺病毒、SARS、口蹄疫病毒,也许还有HIV-1(37). 正如我们观察到的强有力的疫苗合法IgG3抗体反应一样,应该注意到IgG4对单核细胞/巨噬细胞上表达的Fc受体具有很高的亲和力(40)这种IgG亚类与调理病毒的更强劲吸收有关(37,41). 单核细胞被广泛认为是HCMV潜伏感染和全身传播的重要靶点(42). 我们的数据表明,吞噬病毒被破坏,不会启动HCMV复制,但后续研究应调查抗体介导的HCMV摄取是否会促进潜伏/溶解HCMV感染的启动。

本研究的一个局限性是,我们没有评估CD4+或CD8+T细胞在gB/MF59疫苗合法功能性免疫中的作用,因为储存的单核细胞不可用。然而,蛋白疫苗,尤其是MF59辅助蛋白疫苗,在刺激抗原特异性T细胞方面表现不佳(43). 尽管如此,这个话题仍然存在争议,因为在三剂MF59佐剂蛋白疫苗接种后,在人类队列中观察到了强大的CD4+/CD8+T细胞免疫(44)和HCMV阳性受试者的gB/MF59疫苗接种导致gB-特异性CD4+T细胞增强(13). 另一个缺点是,我们的研究在比较疫苗试验过程中获得HCMV的疫苗接种者与未获得的疫苗接种人之间的免疫反应程度方面能力不足。因此,我们不能肯定ADCP等非中和抗体功能与HCMV感染保护有关。

这项对迄今为止最有效的HCMV候选疫苗引发的免疫反应的深入研究揭示了抗体功能的重要生物学特性,这些抗体功能可能对HCMV感染具有保护作用。尽管中和抗体在控制无细胞HCMV传播中可能很重要,但细胞反应和/或非中和抗体效应器功能对于消除受感染的细胞库和遏制直接细胞间传播可能至关重要。我们的数据表明,异源中和抗体反应与HCMV疫苗临床试验中观察到的部分疗效无关(7). 此外,gB/MF59合法抗体可以介导强健的非中和抗病毒功能,在缺乏有效中和抗体的情况下的这种反应可能是临床证明的50%疫苗效力背后的机制。因此,在合理设计下一代HCMV疫苗以消除先天性和移植相关HCMV感染时,应考虑激发针对HCMV的非中和抗体反应。

方法

该研究队列由33名产后妇女组成,她们在第二阶段随机安慰剂对照临床试验中接种糖蛋白B+MF59佐剂亚单位疫苗(7). 在峰值免疫原性时间点(6.5个月)评估血浆抗体反应。在存在和不存在纯化的兔补体(Cedarlane Laboratories)的情况下,使用IE-1免疫荧光和GFP报告基因测定来评估中和抗体反应。通过结合抗体复合试验和线性肽芯片(JPT肽)评估与gB表位的抗体结合。最后,通过流式细胞术研究疫苗合法抗体结合膜相关gB和介导NK细胞脱颗粒或单核细胞吞噬的能力。将疫苗诱导的抗体反应幅度与30名慢性HCMV感染的产后妇女队列进行比较。请参见SI附录,补充材料和方法,了解详细信息。

机构审查委员会(IRB)获得了阿拉巴马大学伯明翰分校(产后gB/MF59)、弗吉尼亚联邦大学(第1阶段gB/MF58)和哈佛大学(血清阳性队列)的批准。所有受试者都签署了一份批准的同意书。杜克IRB确定,对未经鉴定的血清样本的分析不符合人类受试者研究的定义。

补充材料

补充文件

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致谢

作者感谢Sam McMillan和Shaunna Shen在肽微阵列设计、数据收集和分析方面提供的帮助,以及Matthew Tay、Derrick Goodman和Georgia Tomaras在吞噬试验方面提供的试剂和技术帮助。1期gB/MF59疫苗样品由Tong-Ming Fu和Stuart Adler提供。此外,作者感谢赛诺菲·巴斯德(Sanofi Pasteur)、默克疫苗公司(Merck Vaccines)和泰利斯生物科学公司(Trellis Biosciences)慷慨捐赠研究材料。这项工作得到了NIH/国家儿童健康和人类发展研究所所长的新创新者赠款(DP2HD075699给s.R.P.)、NIH/国立过敏和传染病研究所R21(R21AI136556给s.R.P)和研究员赠款F30HD089577(给C.s.N.)的支持。

脚注

利益冲突声明:S.R.P.为辉瑞公司的临床前人类巨细胞病毒疫苗项目和相关动物模型提供咨询服务。

这篇文章是PNAS直接提交的。

请参阅第页的评论6110.

本文包含在线支持信息,网址为www.pnas.org/lookup/supl/doi:10.1073/pnas.1800177115/-/DC补充.

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文章来自美国国家科学院院刊由以下人员提供美国国家科学院