Vaksin Zika yang Direka Bentuk Menghalang Jangkitan Janin dan Peningkatan Denggi pada Tikus, Bukan Monyet Rhesus

Dua reka bentuk vaksin menangani perlindungan dan keselamatan secara serentak

Dua vaksin Zika eksperimen, MutB dan MutC, melindungi tikus daripada virus Zika selepas satu dos imunisasi, menyekat penularan daripada tikus bunting kepada janinnya, serta menghasilkan serum imun yang tidak meningkatkan jangkitan oleh mana-mana satu daripada empat serotip virus denggi dalam eksperimen yang dilaporkan. Kajian itu, yang diterbitkan pada 15 Julai 2021 dalam Nature Immunology, menangani masalah vaksin yang sukar: antibodi terhadap satu virus kadangkala boleh memburukkan jangkitan oleh virus berkaitan.

Perbezaan antara penemuan itu dengan dakwaan mengenai vaksin mRNA pada monyet rhesus adalah penting. Kajian MutB dan MutC menggunakan vektor adenovirus cimpanzi, yang dinamakan AdC7, serta model tikus. Kajian itu bukan kajian vaksin mRNA dan tidak melaporkan eksperimen pada monyet rhesus. Hasilnya menyokong pendekatan untuk reka bentuk antigen yang lebih selamat, bukannya kesimpulan bahawa vaksin mRNA telah mengurangkan risiko ini pada primat atau manusia.

Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit China, dalam ringkasan penyelidikannya pada 2021, menerangkan bagaimana penyelidik mengubah tiga asid amino utama dalam protein sampul Zika. Matlamatnya adalah untuk mengalihkan tindak balas imun daripada sasaran antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan denggi, sambil mengekalkan sasaran yang menghasilkan perlindungan terhadap Zika.

Pasukan itu merangkumi Gao Fu, Dai Lianpan dan Yan Jinghua dari Institut Mikrobiologi, Akademi Sains China, sebagai penulis koresponden. Dai, Xu Kun dari Universiti Perubatan Hainan dan Li Jinhe dari Institut Sains Hayat Beijing ialah penulis pertama bersama. Makalah mereka bertajuk Vaksin Zika pelindung yang direka bentuk untuk menghapuskan peningkatan jangkitan denggi melalui pertukaran imunodominans.

Mengapa antibodi boleh menimbulkan kebimbangan keselamatan

Peningkatan bergantung antibodi, atau ADE, berlaku apabila antibodi melekat pada virus tanpa meneutralkannya dengan berkesan, lalu membantu virus memasuki sel imun tertentu. Sel tersebut mempunyai reseptor yang mengenali antibodi yang melekat pada virus. Daripada menghentikan jangkitan, interaksi itu boleh meningkatkan jangkitan dalam sel yang terdedah.

Kebimbangan ini amat relevan kepada Zika dan denggi kerana protein permukaan kedua-duanya mempunyai sasaran antibodi yang sama. Kedua-dua virus juga boleh disebarkan oleh nyamuk Aedes aegypti, dan kawasan penularannya bertindih. Oleh itu, vaksin yang bertujuan mencegah Zika perlu dinilai dari segi kemungkinan kesannya terhadap jangkitan denggi pada masa hadapan.

Tinjauan akademik Vaksin Virus Zika, yang diterbitkan pada 2018 dan tersedia melalui PubMed Central, menghuraikan amaran praktikal daripada Dengvaxia. Kanak-kanak tanpa jangkitan denggi terdahulu yang menerima vaksin denggi itu lebih mudah mengalami komplikasi denggi yang teruk berbanding kanak-kanak yang tidak divaksin, sehingga penggunaannya dihentikan di Filipina. Pengalaman itu menunjukkan mengapa status jangkitan terdahulu penting apabila menilai keselamatan vaksin.

Hal itu tidak membuktikan bahawa setiap vaksin terhadap flavivirus membawa bahaya yang sama. Demam kuning dan ensefalitis Jepun tergolong dalam kumpulan virus yang lebih luas yang sama, tetapi bukti yang dibincangkan di sini berkaitan tindak balas antibodi, reka bentuk vaksin dan turutan jangkitan yang khusus. Menganggap ADE sebagai halangan sejagat bagi semua vaksin dalam keluarga ini melangkaui dapatan tersebut.

Turutan jangkitan penting

Tinjauan 2018 membezakan antara imuniti terhadap denggi yang diikuti jangkitan Zika dengan imuniti terhadap Zika yang diikuti jangkitan denggi. Kedua-duanya ialah keadaan biologi yang berbeza, dan hasil daripada satu keadaan tidak boleh secara automatik menerangkan keadaan yang lain.

Pada masa itu, eksperimen pada monyet rhesus dengan imuniti denggi terdahulu tidak menunjukkan peningkatan beban virus Zika atau penyakit selepas pendedahan kepada Zika. Bukti awal pada manusia juga tidak menunjukkan penyakit Zika yang lebih teruk dalam kalangan mereka yang mempunyai imuniti denggi sedia ada. Namun, dalam turutan yang sebaliknya, kajian terhadap primat bukan manusia mendapati paras virus dan isyarat keradangan meningkat selepas pendedahan kepada serotip denggi 2 pada haiwan yang pernah dijangkiti Zika.

Menjelang 2021, ringkasan CDC China memetik kajian kohort manusia yang diterbitkan dalam Science pada 2020, yang mendapati jangkitan Zika terdahulu meningkatkan keterukan jangkitan denggi kemudian. Penemuan lebih baharu ini mengukuhkan alasan untuk menilai keselamatan terhadap denggi semasa pembangunan vaksin Zika. Namun, penemuan itu sendiri tidak membuktikan bahawa vaksin Zika tertentu akan menyebabkan denggi teruk.

Mengubah sasaran tanpa merosakkan protein

Penyelidik memberi tumpuan kepada gelung pelakuran, iaitu bahagian protein sampul Zika yang juga dikenali sebagai protein E. Epitop ialah bahagian khusus molekul yang dikenali oleh antibodi. Gelung pelakuran mengandungi epitop yang boleh menarik antibodi yang mampu mengikat virus berkaitan tanpa meneutralkannya dengan berkesan.

Mengubah bahagian ini begitu sahaja boleh menimbulkan masalah lain. Gelung pelakuran sangat terpelihara dalam kalangan virus berkaitan, bermakna jujukannya kekal serupa sepanjang evolusi. Perubahan yang tidak cermat boleh merosakkan struktur protein dan mengurangkan keupayaan vaksin untuk merangsang imuniti yang berguna.

Sebaliknya, pasukan itu menggantikan jujukan gelung pelakuran Zika dengan jujukan sepadan daripada flavivirus yang jauh hubungan evolusinya dan khusus kepada serangga. Penggantian ini mengubah tiga asid amino yang penting untuk pengikatan antibodi yang dikaitkan dengan ADE. Penyelidik kemudian menyaring protein yang diubah suai itu menggunakan antibodi pelindung dan antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan jangkitan, bagi mendapatkan reka bentuk yang mengekalkan pengenalan yang diingini sambil menghapuskan pengenalan yang tidak diingini.

Dua reka bentuk terpilih, MutB dan MutC, dimasukkan ke dalam vaksin AdC7. Vektor adenovirus ialah wahana penghantaran yang digunakan untuk membawa arahan genetik bagi suatu antigen. Vaksin mRNA menggunakan RNA pengutus untuk membawa arahan sedemikian. Kedua-duanya boleh mempersembahkan antigen yang direka bentuk kepada sistem imun, tetapi merupakan platform vaksin yang berbeza. Hasil daripada satu platform tidak membuktikan prestasi platform yang lain.

Hasil eksperimen pada tikus

Selepas satu dos imunisasi, MutB dan MutC kedua-duanya melindungi tikus daripada pendedahan eksperimen kepada Zika. Ringkasan CDC China melaporkan bahawa virus tidak dikesan dalam tisu sasaran yang diperiksa. Tindak balas itu dihuraikan sebagai imuniti steril, iaitu perlindungan yang cukup kuat untuk mencegah jangkitan yang dapat dikesan, bukannya sekadar mengurangkan gejala.

Pada tikus bunting, vaksin itu turut menyekat penularan kepada janin. Beban virus tidak dikesan dalam plasenta atau otak janin yang diperiksa. Ini merupakan hasil utama kerana akibat Zika yang paling serius termasuk mikrosefali dan kecacatan kelahiran lain selepas jangkitan semasa kehamilan.

Hasil ini perlu ditafsirkan dalam konteks eksperimennya. Ketiadaan virus yang dapat dikesan dalam tisu tikus yang diuji bukan bukti bahawa vaksin akan mencegah setiap jangkitan janin pada manusia. Ringkasan itu tidak menyatakan bilangan haiwan, had pengesanan terperinci atau tempoh perlindungan yang membolehkan penilaian lebih menyeluruh terhadap magnitud dan ketahanan kesannya.

Hasil kehamilan itu juga menjawab persoalan yang lebih mencabar berbanding sama ada vaksin menurunkan paras virus dalam darah. Tinjauan 2018 menyatakan bahawa sesetengah eksperimen vaksin dan antibodi terdahulu mengurangkan jangkitan dengan ketara tetapi masih mendapati RNA Zika dalam sebahagian plasenta atau tisu janin. Perlindungan terhadap ibu dan pencegahan sepenuhnya pendedahan janin ialah hasil yang berkaitan, tetapi kedua-duanya tidak boleh disamakan.

Menguji keempat-empat serotip denggi

Pasukan itu menguji sama ada serum daripada haiwan yang divaksin boleh meningkatkan jangkitan denggi, menggunakan eksperimen makmal dan haiwan. Denggi mempunyai empat serotip, iaitu bentuk virus yang berbeza dan perlu dipertimbangkan secara berasingan dalam penilaian keselamatan ini. Hasil MutB dan MutC yang dilaporkan merangkumi keempat-empatnya.

Serum daripada haiwan yang menerima vaksin yang diubah suai tidak menunjukkan ADE denggi dalam ujian yang dihuraikan. Eksperimen pemindahan serum, yang memberikan serum daripada haiwan yang divaksin kepada haiwan penerima, juga tidak menemukan peningkatan yang dikaitkan dengan MutB atau MutC. Eksperimen sedemikian membantu mengasingkan sumbangan antibodi yang beredar daripada bahagian lain tindak balas vaksin.

Perbandingan dengan binaan yang tidak diubah suai, atau jenis liar, adalah penting. Serum yang dikaitkan dengan binaan itu memburukkan penyakit dan mempercepat kematian dalam eksperimen haiwan. Perbezaan ini menyokong gagasan bahawa reka bentuk antigen mengubah tingkah laku tindak balas antibodi, bukannya sekadar menghasilkan vaksin yang melindungi daripada Zika.

Tiada ADE dikesan dalam keadaan yang diuji tidak bermaksud ADE mustahil berlaku dalam semua keadaan. Kepekatan antibodi, jangkitan terdahulu dan tempoh sejak vaksinasi perlu dipertimbangkan dalam kajian seterusnya. Tinjauan 2018 secara khusus menggesa pengukuran teliti antibodi flavivirus sedia ada dalam kajian primat dan ujian klinikal.

Bagaimana tindak balas imun berubah

Penyelidik mengkaji sebab reka bentuk yang diubah suai bertindak secara berbeza dengan membuat penjujukan reseptor sel B individu daripada sel khusus antigen dalam nodus limfa tikus. Sel B menghasilkan antibodi, dan reseptornya membantu menunjukkan bahagian antigen yang mendominasi tindak balas imun.

Dengan vaksin jenis liar, lebih daripada 60% reseptor sel B yang dianalisis menggunakan tiga kumpulan gen germinal. Segmen gen yang diwarisi ini membantu membina bahagian pengenalan antibodi. MutB dan MutC menghasilkan corak penggunaan gen yang lebih tersebar, sekali gus memecahkan tumpuan yang dilihat pada antigen yang tidak diubah suai.

Pasukan itu kemudian menghasilkan antibodi wakil daripada kumpulan dominan tersebut. Antibodi yang dicetuskan oleh vaksin jenis liar menyasarkan gelung pelakuran, mengikat keempat-empat serotip denggi dan menunjukkan ADE yang ketara. Antibodi dominan yang dicetuskan oleh MutB dan MutC menunjukkan sedikit pengikatan kepada serotip denggi serta tiada ADE dalam ujian yang dilaporkan.

Analisis struktur MutC memberikan penjelasan fizikal. Protein yang diubah suai itu mengekalkan susunan protein E berpasangan yang penting untuk dikenal pasti oleh antibodi pelindung. Pada gelung pelakuran yang diubah, perubahan bentuk molekul dan cas elektrik mengganggu pengikatan antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan jangkitan. Secara bersama, analisis reseptor, ujian antibodi dan kajian struktur menerangkan pertukaran imunodominans yang disebut dalam makalah itu: tindak balas beralih daripada sasaran yang sebelum ini dominan.

Kronologi dan batas bukti

Penemuan ini merupakan sebahagian daripada rangkaian penyelidikan yang berlangsung selama beberapa tahun. Memisahkan tarikh-tarikh tersebut mengelakkan maklumat ujian klinikal terdahulu atau hasil tikus yang lebih baharu daripada digambarkan sebagai satu penemuan baharu vaksin pada primat.

• 2015 hingga 2016: Wabak Zika menjadi kecemasan kesihatan awam antarabangsa, dengan kecederaan janin sebagai kebimbangan utama.
• 2016 dan seterusnya: Pasukan penyelidikan China mengkaji struktur protein E Zika dan antibodi pelindung, sekali gus membina asas untuk reka bentuk semula antigen.
• 2018: Tinjauan akademik menghuraikan ujian vaksin, kajian perlindungan haiwan serta kebimbangan yang belum terjawab tentang peningkatan denggi dan perlindungan janin.
• 2020: Kajian kohort manusia yang dipetik dalam ringkasan CDC China mengaitkan jangkitan Zika terdahulu dengan jangkitan denggi kemudian yang lebih teruk.
• 15 Julai 2021: Kajian MutB dan MutC diterbitkan dalam talian dalam Nature Immunology.

Tinjauan 2018 menyenaraikan 13 ujian vaksin Zika yang sedang berjalan merentasi beberapa platform, termasuk vaksin mRNA, DNA dan virus tidak aktif. Angka itu menggambarkan keadaan bidang tersebut pada masa itu, bukan status ujian semasa. Begitu juga, laporan pada 2021 menyatakan bahawa tiada vaksin Zika diluluskan pada ketika itu; laporan tersebut tidak menentukan kedudukan kawal selia hari ini.

Penemuan MutB dan MutC tidak memberikan hasil keberkesanan pada manusia, data keselamatan kehamilan pada manusia atau jadual ujian klinikal. Tiada pendengaran, keputusan kawal selia atau tarikh mula ujian pada masa hadapan dinyatakan. Penilaian lanjut perlu mengkaji ketahanan perlindungan, pendedahan terdahulu kepada denggi, perlindungan semasa kehamilan serta sama ada tindak balas antibodi kekal menguntungkan apabila kekuatannya berubah dari semasa ke semasa.

Oleh itu, kemajuan ini khusus: perubahan terancang pada antigen mengekalkan perlindungan terhadap Zika sambil menghapuskan peningkatan denggi yang dapat dikesan dalam eksperimen tikus. Ia memberikan bukti bagi strategi reka bentuk, namun penilaian primat, ujian klinikal dan semakan kawal selia masih perlu dilaksanakan secara berasingan.

Perkara Utama

• MutB dan MutC ialah vaksin vektor AdC7 yang diuji pada tikus, bukannya vaksin mRNA yang diuji pada monyet rhesus.
• Satu dos imunisasi melindungi tikus daripada Zika dan menyekat penularan yang dapat dikesan kepada tisu janin dalam eksperimen yang dilaporkan.
• Serum imun tidak menunjukkan ADE terhadap mana-mana satu daripada empat serotip denggi dalam keadaan yang diuji.
• Reka bentuk itu mengubah tiga asid amino utama dalam gelung pelakuran protein E sambil mengekalkan sasaran antibodi pelindung.
• Analisis sel B dan struktur menyokong peralihan daripada antibodi yang dikaitkan dengan peningkatan denggi.
• Kajian itu diterbitkan pada 15 Julai 2021 dan tidak membuktikan keselamatan atau keberkesanan pada manusia.