免疫学 —— 寻找通用疟疾疫苗靶点

 

研究简述

研究人员发现了进化保守的抗原靶点:这类靶点存在于所有疟原虫物种、覆盖寄生虫全部生命周期阶段,且可被人体免疫系统识别。详见正文 747 页。

疟疾疫苗研发长期陷入瓶颈,根源在于科研人员对人体感染时免疫系统识别的寄生虫蛋白知之甚少。现有多数疫苗靶点仅依靠间接证据、或参照其他微生物蛋白筛选。巴博萨团队等人在正文 747 页的研究填补了这一认知空白:以间日疟原虫为研究对象,绘制了人体感染过程中免疫细胞识别的寄生虫蛋白片段(抗原)图谱,发现一批全新疟疾靶点,这类靶点可在人类、猴子、小鼠体内诱导保护性免疫应答。

全球疟疾疾病负担

疟疾仍是全球重大公共卫生灾难:全球近半数人口面临感染风险,2024 年临床确诊病例约 2.82 亿,死亡 61 万人,死者多为 5 岁以下儿童。杀虫剂、抗疟药耐药性扩散,导致全球消除疟疾进程停滞。

目前两款投入使用的疟疾疫苗 ——RTS,S(莫斯基里克斯)与 R21,均仅靶向恶性疟原虫(致死性最强、流行最广的疟原虫)单一表面蛋白,保护效果有限且持续时间短;二者无法应对间日疟(东南亚、美洲主流疟原虫),也不能阻断疟疾传播。因此,跨疟原虫物种、覆盖寄生虫全生命周期的保守抗原,是该领域亟待攻克的需求。

研究核心机制

巴博萨团队利用间日疟独特的生物学特性展开研究:恶性疟原虫偏好侵染成熟红细胞(成熟红细胞缺乏向免疫系统展示寄生虫蛋白片段的分子机制),而间日疟原虫优先侵染网织红细胞(未成熟红细胞),这类细胞表面携带 HLA-I 分子 —— 相当于分子 “展示窗口”,CD8+T 细胞可通过该窗口识别寄生虫蛋白;已知 CD8+T 细胞能够识别并杀灭被间日疟感染的网织红细胞。本次研究核心问题:人体感染时,网织红细胞会展示哪些寄生虫抗原?
研究团队采用免疫肽组学(质谱分子指纹技术),对 7 名巴西间日疟感染者的被感染网织红细胞开展检测,最终获得包含 166 种寄生虫蛋白、总计 453 条多肽的海量数据集。
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疟疾疫苗靶点机制示意图
图 1 新一代疟疾疫苗蛋白靶点机制

巴博萨等人解析了人体免疫系统识别疟原虫(蚊虫传播疟疾病原体)的分子过程。

a. 疟原虫可侵染人体肝脏、成熟红细胞与网织红细胞(未成熟红细胞)。研究借助免疫肽组学技术,捕获被感染网织红细胞表面、结合在 HLA-I、HLA-E 分子上的间日疟原虫蛋白片段(抗原),筛选出大量进化保守寄生虫抗原。

b. 这类抗原可激活免疫 CD8+T 细胞,使其识别并杀灭携带寄生虫蛋白的宿主细胞。实验证实:该类抗原可在人、灵长类、小鼠体内实现跨疟原虫物种防护,且在寄生虫生命周期全部阶段均有表达。

新型抗原的关键特征

本次筛选出的抗原类型与传统疫苗靶点差异显著:主流疟疾疫苗研发聚焦高变异寄生虫表面蛋白,而本研究发现的核心抗原多来自寄生虫蛋白合成核心元件(核糖体蛋白),以及组蛋白(DNA 结合分子)、ETRAMP 蛋白等进化高度保守分子。二者差异对疫苗研发至关重要。

疟原虫与人类长期协同进化过程中,寄生虫表面蛋白持续承受强免疫选择压力,抗原变异是其免疫逃逸的经典手段;但核糖体蛋白是寄生虫生存必需元件,进化约束极强 —— 若发生突变以躲避人体免疫识别,大概率会直接导致寄生虫死亡。

此前已有研究证实核糖体蛋白 RPL6 是间日疟肝期抗原,可在小鼠体内诱导保护性免疫;巴博萨团队的研究在此基础上拓展了抗原库。关键数据:新发现抗原中 71% 在全部疟原虫物种间进化保守,75% 覆盖寄生虫完整生命周期(感染性子孢子阶段、肝脏复制阶段、血液裂殖子阶段);大量抗原同样存在于休眠肝期休眠子(间日疟复发的根源)。

研究评价:“该发现为广谱交叉保护型疟疾疫苗开辟全新研发路径。”

现有绝大多数疟疾候选疫苗仅靶向寄生虫单一生命周期阶段,而本次发现的抗原覆盖全感染周期。研究团队在巴西、马里人群样本,非人灵长类、小鼠模型中均检测到针对这类抗原的功能性 CD8+T 细胞应答;动物实验证实,接种部分抗原可显著降低小鼠体内虫荷,证明这类天然感染中暴露给免疫系统的抗原确实具备防护效力。

疫苗设计颠覆性发现:HLA-E 的关键作用

抗原呈递机制的意外发现,为疫苗设计提供新思路:常规 HLA-I 分子装载抗原肽依赖 TAPASIN、ERAP1 两种辅助蛋白,但网织红细胞不表达这两种分子;被感染网织红细胞会优先通过HLA-E分子展示超长抗原肽,而 HLA-E 在全球人群中遗传多态性极低。

HLA 基因多样性是 T 细胞疫苗研发长期难以攻克的难题:同一抗原肽可能仅被部分人群识别,而 HLA-E 完美规避该缺陷。实验证实:阻断 HLA-E 分子后,CD8+T 细胞针对寄生虫多肽的应答直接减半,证明 HLA-E 是免疫识别的核心载体。

有意思的是,这类多肽与 HLA-E 结合亲和力极弱,却能诱导强烈免疫应答;常规计算预测工具极易遗漏该特征,其他疾病研究中也曾报道同类现象。也就是说,传统抗原筛选流程完全无法发掘本次研究揭示的大部分免疫识别靶点。

由于 HLA-E 人群遗传差异极小,依托该通路起效的疫苗有望实现全球普适防护,不受人群基因差异限制 —— 这一点对疟疾尤为关键:非洲疟疾高发人群 HLA 基因多样性极高。

研究价值与延伸应用

本研究筛选出的胞内进化保守蛋白,与现有疫苗研发靶点完全分属两类,疟原虫很难通过变异实现免疫逃逸,为广谱防护疟疾疫苗提供全新研发方向。

该研究意义不止局限于疟疾领域:免疫肽组学已革新肿瘤抗原筛选,本次研究证实该技术同样适用于传染病研究。直接检测感染细胞系统性挖掘免疫靶点,是传统计算方法无法实现的;该技术可推广至其他复杂生命周期病原体、特殊抗原加工机制传染病的疫苗研发,例如结核病等重点公共卫生疾病。

研究局限性

研究初始样本仅为 7 名巴西感染者;尽管团队在三大洲人群样本、多种动物模型中验证了免疫应答,但整体样本量偏小。目前尚未明确:接种这类抗原能否诱导长效保护性免疫记忆,或是实现无菌防护(完全阻断感染)。但巴博萨团队搭建了完整的实验与理论框架,为后续攻克上述问题奠定基础。

综上,该研究完整解析人体感染疟疾时免疫系统靶向的寄生虫抗原图谱,为广谱防护疟疾疫苗绘制全新研发路线,有望突破疟原虫多样免疫伪装,守护全球数百万高危人群(婴幼儿、成人)。

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