大规模蛋白质筛选揭示新型结核病疫苗的靶点

对结核病蛋白的大规模筛选揭示了几种可能的抗原，这些抗原可以开发成结核病（世界上最致命的传染病）的新疫苗。

在这项新研究中，麻省理工学院的一个生物工程师团队从 4000 多种细菌蛋白中识别出少数几种免疫原性肽，这些肽似乎能够刺激一种负责协调免疫细胞对感染反应的 T 细胞产生强烈的反应。

目前只有一种结核病疫苗，即卡介苗（BCG），它是牛结核病致病菌的减毒版本。这种疫苗在世界某些地区广泛使用，但对成人肺结核的保护效果不佳。在全球范围内，结核病每年导致超过 100 万人死亡。

“全球范围内结核病负担仍然非常沉重，我们希望能够对此产生影响，”麻省理工学院生物工程副教授、麻省总医院布里格姆医院、麻省理工学院和哈佛大学拉贡研究所成员布莱恩·布莱森说。

“我们在首批结核病疫苗中尝试重点关注我们在筛查中经常看到的抗原，这些抗原似乎也能刺激先前感染过结核病的人的 T 细胞产生反应。”

布莱森和福里斯特·怀特（麻省理工学院生物工程系内德·C·和珍妮特·C·赖斯教授，科赫综合癌症研究所成员）是这项研究的资深作者，该研究发表在 《科学转化医学》杂志上。欧文·莱迪博士是该论文的第一作者。

确定疫苗靶点

自卡介苗一百多年前研制成功以来，还没有其他结核病疫苗获准使用。结核分枝杆菌能产生超过4000种蛋白质，因此，从中挑选出能够引发强烈免疫反应的蛋白质作为疫苗，是一项艰巨的挑战。

在这项新研究中，布莱森和他的学生们着手通过识别受感染的人类细胞表面的结核分枝杆菌蛋白来缩小候选者的范围。

当吞噬细胞等免疫细胞感染结核分枝杆菌时，部分细菌蛋白会被切割成称为肽的片段，这些肽随后会被主要组织相容性复合体（MHC）蛋白呈递到细胞表面。这些 MHC-肽复合物可以作为信号激活 T 细胞。

主要组织相容性复合体（MHC）分为 I 类和 II 类两种类型。I 类 MHC 激活杀伤性 T 细胞，而 II 类 MHC 刺激辅助性 T 细胞。在人类细胞中，有三个基因可以编码 MHC-II 蛋白，每个基因又有数百种变体。这意味着两个人可能拥有截然不同的 MHC-II 分子库，从而呈递不同的抗原。

布莱森说：“我们不想研究所有 4000 种结核病蛋白，而是想弄清楚哪些结核病蛋白最终会通过 MHC 分子呈递给免疫系统的其他部分。如果我们能回答这个问题，就能设计出与之匹配的疫苗。”

为了解答这个问题，研究人员用结核分枝杆菌感染了人类吞噬细胞。三天后，他们从细胞表面提取了 MHC-肽复合物，然后利用质谱法鉴定了这些肽。

研究人员着重研究与 MHC-II 结合的肽，从 13 种蛋白质中发现了 27 种结核病肽，这些肽在感染细胞中出现频率最高。然后，他们将这些肽暴露于先前感染过结核病的人捐献的 T 细胞中，进一步测试了这些肽。

他们发现，这 24 种肽中至少有一部分样本能诱导 T 细胞反应。虽然这些肽的来源蛋白并非对所有捐献者都有效，但布莱森认为，使用这些肽组合制成的疫苗可能对大多数人有效。

布莱森说：“理想情况下，如果你要设计一种疫苗，你会选择一种蛋白质，这种蛋白质应该存在于所有捐献者体内。它应该对每个人都有效。然而，根据我们的测量结果，我们还没有找到一种结核病蛋白质能够覆盖我们迄今为止分析过的所有捐献者。”

mRNA 疫苗的出现

研究人员筛选出的候选疫苗中，包括几种来自 7 型分泌系统（T7SS）蛋白的肽段。其中一些肽段也出现在布莱森实验室之前一项关于 MHC-1 的研究中。

“7 型分泌系统底物在整个结核分枝杆菌蛋白质组中只占很小一部分，但当你观察 MHC I 类或 MHC II 类时，似乎细胞会优先呈递这些物质，”布莱森说。

其中两种最著名的蛋白质 EsxA 和 EsxB 由细菌分泌，帮助它们逃离吞噬细胞用来包裹它们的细胞膜。这两种蛋白质单独都无法穿透细胞膜，但当它们结合形成异二聚体时，就能在细胞膜上戳出孔洞，其他 T7SS 蛋白也能从中逃脱。

为了评估他们鉴定的蛋白质是否能制成有效的疫苗，研究人员构建了编码两种蛋白质序列——EsxB 和 EsxG 的 mRNA 疫苗。研究人员设计了多种疫苗版本，分别靶向细胞内的不同区室。

研究人员随后将这种疫苗导入人类吞噬细胞，发现靶向细胞溶酶体（一种分解分子的细胞器）的疫苗最为有效。这些疫苗诱导的结核病肽段的 MHC 呈递量比其他任何疫苗高出 1000 倍。

他们后来发现，如果在疫苗中添加 EsxA，则其表达水平会更高，因为它可以形成异二聚体，从而穿透溶酶体膜。

研究人员目前研制出一种由八种蛋白质组成的混合物，他们认为这种混合物可以为大多数人提供结核病保护，但他们仍在继续使用来自世界各地人群的血液样本测试这种组合。他们还希望开展更多研究，以探索这种疫苗在动物模型中的保护效果。人体试验可能还需要几年时间。