导读

流感疫苗一年一变样,新冠疫苗动辄接种两三针不够再打加强针。大众对疫苗的一个普遍印象就是它们种类多、更新快。

疫苗更新频率高,原因在于病毒能快速变异,从而获得避开特定免疫的能力,让原本有效疫苗接种失去作用,使人体再次面临感染风险。借助人工智能,科学家对病毒演化过程的认知和预测水平不断提高。但就目前来说,病毒的演化速度仍遥遥领先于科学预测。

所谓的通用疫苗,指能针对病毒变异形成的新毒株、接种后长久管用的疫苗。它是人类“一接永逸”的美好梦想,也是学界正在酝酿中的传染病预防新策略,未来有望带来针对艾滋病等疾病的疫苗。

近日,加州大学河滨分校微生物学家丁守伟团队于《美国国家科学院院刊》(PNAS)报道其最新成果:一种有助于释放人体免疫系统中长期沉睡的成分以对抗各种入侵者的通用病毒疫苗雏形。

他们给尚无功能性免疫细胞、难以抵御感染的幼鼠接种该疫苗,结果后者竟神奇地招架住致命剂量的致命病毒;初次接种的保护作用至少持续90天。

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丁教授团队的通用疫苗策略基于一个有争议的理论:大多数植物和真菌对破坏其遗传物质的病毒具有先天防御能力(无争议);包括人类在内的哺乳动物或许也拥有类似防御机制,即RNA干扰(RNA interference,RNAi)——能帮助机体对抗各种入侵者(长期争议)。

瑞士联邦理工学院学者奥利维尔 · 沃内特博士(Olivier Voinnet)持与丁教授相同的观点。2013年,他在接受《自然》杂志采访时这样说道:这是一个令人难以置信的系统,因为它能适应任何病毒。

隐藏的RNA干扰世界

我们都知道RNA分子会参与遗传信息的表达过程,但它们不仅仅是生物信使。有一种所谓的小干扰RNA分子(small interfering RNA,siRNA),是抵御病毒感染的强力援手。

在植物和无脊椎动物体内,当发生病毒入侵时,宿主细胞通常会自动识别外来遗传物质(病毒需要劫持宿主细胞来复制自身遗传物质,一般是RNA)并对敌人重拳出击。这套重拳就是前文提到的RNA 干扰:

宿主细胞将入侵病毒的 RNA 基因组切成小块,即siRNA,然后将这些分子送入体内以警告免疫系统。

更关键的是,源于病毒的siRNA分子竟然能擒住病毒自身的基因组,阻止其复制!更更关键的是,RNA干扰过程产生的大量siRNA分子对整个病毒基因组造成全方位压制——即使病毒某一部分突变了,其余部分仍是靶子。

传统疫苗的核心是抗体,通常针对病毒基因组的一两处,因此很容易因病毒突变而失效。科学家将RNA干扰视为新一代疫苗的基石。不过有个关键问题摆在面前:如前文所述,哺乳动物体内是否存在RNA干扰机制这一问题始终充满争议。

2013年,丁守伟在接受《自然》杂志采访时表示:我们相信RNA干扰的抗病毒作用已有数亿年历史。我们哺乳动物为什么要放弃如此有效的防御呢?

天生的病毒杀手

2013 年,丁守伟和同事于《科学》杂志撰文提出,哺乳动物也有一套生成大量siRNA的RNA干扰机制,只不过,大多数病毒携带特定基因,能抑制siRNA的产生。

该基因被称为B2,通过破坏宿主细胞制造 siRNA 片段的能力,来抑制一切可能的RNA干扰反应。

那么,病毒失去B2 基因后,是否就无法抑制RNA 干扰了?答案是肯定的。

丁教授等人对一种缺乏功能性B2基因的病毒进行基因改造,并用它感染仓鼠细胞和免疫功能低下的小鼠幼崽。该病毒被称为野田村病毒(Nodamura virus),在野外通过蚊子传播,通常是致命的。但失去 B2后,即使致命剂量的野田村病毒也毫无杀伤力。小鼠幼崽能迅速产生大量 siRNA 分子来清除入侵者,不受病毒感染。

新时代的疫苗

许多传统疫苗含有灭活或减毒的病毒,旨在训练人体免疫系统。当接种者面对真正的病毒时,机体能产生直击目标的T细胞、制造抗体的B细胞以及未雨绸缪的免疫记忆细胞。但它们的影响难以持久,尤其是当病毒突变后。

这些病毒可以配制为一种新型疫苗,该团队一直致力于开发这种疫苗,依靠RNA干扰来抵御入侵者。理论上,疫苗引发的大量siRNA分子也能提供一些针对未来感染的保护。丁守伟团队长期致力于新疫苗研发,其基本思路是:

删除病毒的B2基因,令其无法制造抑制RNA干扰的蛋白质,然后用它诱导人体产生大量siRNA,这些预存的siRNA将为接种者提供全面、长久的保护。

PNAS新研究中,作者团队给幼年和成年小鼠单次注射了失去B2基因的野田村病毒。这些小鼠经过基因改造,免疫功能受损,无法启动 T 细胞或B 细胞防御。完成接种两天后,再施以致命剂量的正常病毒,结果小鼠安然无恙。免疫保护效果持续了三个多月。

婴儿、老人以及其他免疫功能低下者因自身免疫较弱,可能难以获得常规疫苗的有效保护;对他们而言,预存大量siRNA可能是理想的替代策略。

另一方面,科学家在许多常见病毒中都发现了B2蛋白,包括登革热、流感以及引起发烧、皮疹和水泡的病毒家族。

丁守伟团队正研发一种以无B2蛋白活病毒为基础的新型流感疫苗,并有望以鼻喷雾剂形式接种。如果这套siRNA理论成立,新疫苗将自如应对各种变异毒株,实现一接永逸。

资料来源:

A Universal Vaccine Against Any Viral Variant? A New Study Suggests Its Possible

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