Vaccinating against Clostridioides difficile Infection
预防和治疗是对抗传染病的两种主要方法：第一种是接种疫苗，第二种是服用抗菌药物（抗生素）。尽管抗生素对健康的好处是不可否认的，但使用它们的后果是存在的。施用抗菌剂后，院内细菌病原体艰难梭菌感染会导致严重程度不一的胃肠道疾病和医疗保健费用增加。当肠道的天然微生物群发生变化时，就会发生艰难梭菌感染，最常见的是在抗生素给药后。这种改变破坏了微生物群的代谢活动，由于对定植的抵抗力丧失，艰难梭菌在肠道中扩增。1病原体产生毒素（见下文），最终感染者会脱落环境稳定的孢子形式，这会污染环境并促进艰难梭菌传播给其他人。目前限制艰难梭菌感染的总体策略是通过筛查、接触隔离和限制使用可能引发艰难梭菌感染的抗生素（如喹诺酮类药物）来预防感染。
由于艰难梭菌感染的发病机制取决于营养型艰难梭菌细胞产生强效毒素 TcdA（毒素 A）和 TcdB（毒素 B）（图 1A），因此有望开发针对这些毒力因子的疫苗，类似于开发针对白喉和破伤风毒素的疫苗，将成功限制艰难梭菌的发展接受抗生素治疗的患者感染。2然而，临床试验结果表明，需要重新考虑针对 TcdA 和 TcdB 的艰难梭菌感染的标准疫苗方法。
图 1针对艰难梭菌感染的候选疫苗。
毒素 TcdA（毒素 A）和 TcdB（毒素 B）是导致艰难梭菌感染特征的肠道损伤和炎症的关键毒力因子。与上皮细胞的结合至少部分是由毒素多肽 C 末端的组合重复寡肽 （CROP） 结构域介导的，该结构域与介导细胞毒性的葡萄糖基转移酶结构域分开（图 A）。选择 TcdA 和 TcdB 的 CROP 结构域，以及分泌型内肽酶 （Pro-Pro 内肽酶 1 [PPEP-1]） 和孢子表面蛋白 （CdeM），以靶向营养细菌的关键毒素毒力因子和表面分子以及候选疫苗的孢子形式（图 B）。编码每个疫苗靶标的 mRNA 被封装在脂质纳米颗粒 （LNP） 中，形成 mRNA-LNP 疫苗。将 mRNA-LNP 疫苗注射到小鼠体内导致受体组织中出现抗原表达，从而引发对多价疫苗中每种抗原的免疫反应（图 C）。将四价疫苗注射到恒河猴体内也引发了对每种抗原的免疫反应。
根据临床无效，在第一次计划的中期分析中停止了由福尔马林灭活的 TcdA 和从高产毒艰难梭菌菌株中纯化的 TcdB 组成的疫苗的试验，3并且这种疫苗的开发被终止。最近，发表了艰难梭菌疫苗功效试验 （CLOVER） 的结果，这是一项由重组 TcdA 和 TcdB（包含靶向氨基酸取代以限制毒性活性）组成的基因解毒艰难梭菌疫苗的 3 期随机试验，通过化学手段进一步解毒。4尽管该试验未显示预防艰难梭菌感染首次发作的主要终点的益处，但与接受安慰剂的患者相比，发生艰难梭菌感染的接种疫苗的患者症状持续时间较短，并且不太可能因感染而接受医疗护理。
在这种情况下，Alameh、Semon 及其同事描述了一种新型的艰难梭菌候选疫苗，5很有趣。这些研究人员开发了一种以脂质纳米颗粒 （LNP） 形式递送的多价核苷修饰的信使 RNA （mRNA） 疫苗（参见关键概念）。一个 mRNA 编码 TcdA 的一部分，另一个 mRNA 编码 TcdB 的一部分：每个 mRNA 编码两个结构域，这些结构域对于每种毒素与上皮细胞的结合至关重要（图 1A）。在最初的疫苗配方中，Alameh 及其同事还包括一种编码另一种艰难梭菌毒力因子的 mRNA，即金属蛋白酶 Pro-Pro 内肽酶 1 （PPEP-1），它通过降解病原体表面的粘附分子来增强运动性（图 1B）。封装在 LNP 中的编码 TcdA、TcdB 和 PPEP-1（或其部分）的 mRNA 代表三价疫苗（图 1C）。作者还制作了三种疫苗靶标的重组版本，并与明矾作为佐剂一起给药。对小鼠施用三价 mRNA-LNP 疫苗和重组疫苗。
mRNA-LNP 疫苗对所有三个疫苗靶标的抗体水平高于含明矾佐剂的重组疫苗。此外，mRNA-LNP 疫苗提供了完全保护，防止腹膜内施用高剂量纯化的 TcdA 或 TcdB 的攻击：所有接种疫苗的小鼠都存活下来，而所有未接种疫苗的小鼠在 2 天内奄奄一息。重组明矾疫苗仅保护了 20% 的接种疫苗的动物。
接下来，研究人员在实验性艰难梭菌感染模型中测试了多价 mRNA-LNP 疫苗保护动物的能力。用抗生素预处理小鼠，然后用毒性艰难梭菌菌株的孢子攻击小鼠。未接种疫苗的对照动物在攻击后 2 天内死于艰难梭菌感染;所有接种疫苗的动物都存活了下来。然而，保护与预防定植无关：根据感染后 2 天进行的分析，所有接种疫苗的动物都脱落了大量可培养的艰难梭菌，并且对肠道组织的组织病理学损伤与未接种疫苗的动物相当。这一发现表明，保护是由于阻断了艰难梭菌毒素的全身作用。然而，其他数据表明，在多价疫苗中加入 PPEP-1 抗原可更快速地清除管腔毒素水平。使用在艰难梭菌孢子表面发现的抗原 （CdeM） 配制的 mRNA-LNP 疫苗对毒素清除也有类似的影响（图 1B）。这些结果表明，在营养人和孢子状态下，触发针对病原体表面的免疫反应会限制毒素的产生。通过将疫苗注射到恒河猴中来测试四价疫苗在非人灵长类动物中的免疫原性。两次注射导致对所有四种抗原产生强烈的抗体反应。
Alameh 及其同事的这项研究不仅是针对艰难梭菌疫苗开发的进步，也是针对更普遍的细菌病原体疫苗开发的进步。然而，重要的是要注意，mRNA-LNP 疫苗并不能防止艰难梭菌定植或抗生素治疗动物的肠道炎症。这种新疫苗的总体好处是降低疾病的严重程度，而不是预防疾病。也许包含编码来自艰难梭菌孢子或营养形式不同抗原的 mRNA 可以防止定植。
SARS-CoV-2 疫苗的快速发展和针对新出现的变体的后续版本的快速改进已经证明了 mRNA 疫苗平台对病毒感染的威力。Alameh 及其同事已经证明，该平台可用于靶向一种重要的细菌病原体——这一发现应该为未来的疫苗开发指明道路。
关键概念
佐剂
疫苗制剂的一种成分，可提高对疫苗的免疫反应的质量和强度。传统的佐剂包括铝化合物、脂质化合物和核酸聚合物，例如聚肌苷-聚胞苷酸 [poly I：C]。脂质纳米颗粒在 mRNA 疫苗中用作将 mRNA 递送到宿主细胞的手段，是一种有效的佐剂。
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