嵌合减毒活疫苗YF-ZIK在非人灵长类动物中的免疫学与转录组学特征及其保护作用关联分析

《Nature Communications》：Immunological and transcriptomic profile of chimeric live-attenuated Zika vaccine linked to protection in non-human primates

本研究针对寨卡病毒(ZIKV)引发的公共卫生威胁，开发了一种基于黄热病疫苗YF17D的嵌合减毒活疫苗YF-ZIK。研究证实，该疫苗在恒河猴模型中安全性良好，单次接种即可快速诱导高水平中和抗体(NAbs)，二次接种可进一步增强免疫应答。转录组学分析显示YF-ZIK能激活与YF17D相似的先天/适应性免疫通路，并鉴定出TNFRSF17等关键生物标志物。攻毒实验表明疫苗接种可提供近乎完全的 sterilizing immunity（ sterilizing immunity）。该研究为ZIKV疫苗的临床转化提供了坚实的数据支持。

　　

寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）是一种主要通过蚊媒传播的Orthoflavivirus（正黄病毒属）病原体。在2015年至2016年间，它以前所未有的速度在亚太和美洲地区爆发，导致超过70万例人类感染记录。更令人担忧的是，孕期感染ZIKV可能导致胎儿小头畸形等严重先天性缺陷，而成人感染则可能与吉兰-巴雷综合征等神经肌肉疾病相关。尽管疫情在2016年后有所减缓，但全球旅行和蚊媒分布范围的扩大使得ZIKV再次爆发的风险持续存在，因此开发安全有效的疫苗迫在眉睫。

尽管多种技术平台（如DNA、mRNA、灭活全病毒等）的ZIKV候选疫苗已在动物模型中显示出前景，并有部分进入了临床试验，但目前尚无任何疫苗获得上市批准。这背后存在着多重挑战：ZIKV病例的迅速减少使得大规模 efficacy evaluation（效力评估）的现场研究难以开展；对ZIKV保护性免疫机制，特别是细胞免疫的作用，理解尚不充分；此外，如何像成功的黄热病疫苗YF17D那样，诱导出持久且广谱的免疫应答，也是疫苗设计者追求的目标。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，由Kai Dallmeier等人领导的研究团队，对他们此前开发的基于YF17D的嵌合减毒活寨卡疫苗候选株YF-ZIK进行了深入评估。YF-ZIK是通过将YF17D病毒的抗原表面糖蛋白prM/E以及核心蛋白C的锚定域替换为一种原型亚洲ZIKV毒株的相应序列而构建的。此前的研究已证明YF-ZIK在小鼠模型中具有高度减毒特性和单剂接种的保护效果。本研究旨在非人灵长类动物（恒河猴）这一更接近人类的动物模型中，全面评估YF-ZIK的安全性、免疫原性以及对抗高强度病毒攻击的保护效力，并利用系统疫苗学方法深入探究其诱导保护性免疫的分子机制。

为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。研究在恒河猴模型中进行了疫苗接种和病毒攻击实验，评估了临床指标和血液学参数。血清学分析采用了荧光报告病毒血清中和试验（SNT）来定量中和抗体（NAbs），并通过ELISA检测ZIKV NS1特异性抗体。利用NanoString nCounter数字转录组学技术对全血样本进行了大规模基因表达谱分析，覆盖了超过750个与免疫应答相关的基因。通过细胞内细胞因子染色（ICS）技术分析了疫苗特异性T细胞应答。此外，还进行了AG129小鼠被动血清转移保护实验，以验证抗体的保护作用。最后，运用线性回归、逻辑回归和机器学习算法对转录组数据与免疫学/病毒学结果进行关联分析，以识别预测性生物标志物。

Immunization and safety profile of YF-ZIK in macaques.

研究人员首先评估了YF-ZIK在恒河猴中的安全性。六只既往无正黄病毒暴露史的恒河猴在第0天和第28天分别皮下接种了10⁵PFU的YF-ZIK，另外四只猴子作为对照组接种培养基。结果显示，疫苗接种组动物未出现局部或全身性不良反应，其体重、体温以及所有监测的血液学参数均在生理范围内。这表明YF-ZIK在非人灵长类动物中具有良好的安全性。

YF-ZIK rapidly activates broad innate and adaptive transcriptional programs.

通过转录组学分析，研究人员发现YF-ZIK接种能迅速激活广泛的先天和适应性免疫转录程序。初次接种后第2天，即可观察到与抗病毒和干扰素（IFN）应答相关基因（如CXCL10, OAS1, EIF2AK2, STAT1等）的显著上调，以及单核/巨噬细胞相关基因的表达增加。这一早期转录反应是短暂的，到第7天基本恢复基线水平。而在第28天加强免疫后，引发的转录反应更为强烈和广泛，不仅增强了初次应答的基因表达，还额外激活了与体液免疫、T细胞活化和细胞增殖等相关基因。这表明YF-ZIK能够有效激活多层次的免疫通路。

YF-ZIK induces polyfunctional immunity including a strong NAbs response as major correlate of protection.

免疫原性分析显示，YF-ZIK能诱导强大的多功能免疫应答。初次接种后7天，50%的动物即产生ZIKV特异性中和抗体（NAbs），14天后所有动物均血清阳转，中和抗体几何平均滴度（GMT）峰值达到log₁₀3.2。第28天时，抗体水平（log₁₀GMT 2.8）仍高于文献报道的多种正黄病毒疫苗的保护阈值。加强免疫后，中和抗体水平显著提升25倍（log₁₀GMT 4.2），并持续到攻毒前（第56天）。抗体类别的转换（由IgM向IgG）也得到了转录水平证据的支持（AICDA基因表达上调）。更重要的是，通过被动血清转移实验，将免疫猴的血清注射到高度易感的AG129小鼠体内，能够有效保护小鼠抵御致死剂量的ZIKV攻击，证实了中和抗体是关键的保护性相关因素。

Systems vaccinology analyses suggest mechanistic similarities with YF17D vaccine.

研究人员将YF-ZIK在恒河猴中诱导的早期基因表达谱与已发表的人类接种YF17D疫苗后的数据进行了比较。结果显示，两者在接种后（无论是初次还是加强免疫）均存在显著重叠的差异表达基因（DEGs），这些基因富集在抗病毒、IFN信号、B细胞受体信号等通路。这种高度相似性表明YF-ZIK可能继承了YF17D疫苗强大的免疫激活能力。同时，也发现了一些差异，例如YF-ZIK特异性上调了SIGLEC1, IRF5等基因，而YF17D则特异性上调了另一组基因，这些差异可能与YF-ZIK观察到的更佳安全性有关。

YF-ZIK immunization protects macaques against ZIKV infection.

为评估疫苗的保护效力，所有动物在第56天时经皮内接种了高剂量（10⁵PFU）的ZIKV（DR/2016/PD1株）进行攻击。结果显示，所有对照组动物均出现了高滴度且持续数天的病毒血症，并在感染后发生了针对ZIKV NS1蛋白的血清阳转和中和抗体的再次飙升。与之形成鲜明对比的是，除一只动物出现短暂、低水平的病毒RNA外，其余所有YF-ZIK免疫动物在攻毒后均未检测到病毒血症，其ZIKV NS1特异性抗体水平也仅出现轻微升高，且预先存在的中和抗体滴度在攻毒后未见显著增长。这表明YF-ZIK疫苗接种诱导了近乎完全的 sterilizing immunity（ sterilizing immunity），有效防止了感染后病毒的复制。

对攻毒后动物血液的转录组分析进一步揭示了保护背后的免疫机制。对照组动物主要表现出有限的初级IFN应答，而YF-ZIK免疫动物则展现出更快速、更强且更广泛的免疫通路激活，涉及TLR信号、白细胞介素信号、抗原呈递、T细胞功能等多个方面，为其快速控制病毒复制提供了分子基础。

Vaccine-induced transcriptional patterns predict immunity and clinical outcome.

最后，通过机器学习等生物信息学方法，研究人员挖掘了能够预测疫苗免疫原性和保护效果的生物标志物。分析发现，B细胞活化相关基因网络，特别是TNFRSF17（编码B细胞成熟抗原BCMA），是预测疫苗接种后中和抗体水平的最准确指标。此外，低水平的CD207（编码Langerin）和GNAS转录本与攻毒后较低的病毒载量相关，而高水平的LAIR1和CCL5等则与较差的保护效果（表现为高病毒载量和NS1血清阳转）相关。这些发现为未来临床研究中评估疫苗效果提供了潜在的预测指标。

结论与意义

本研究系统地评估了嵌合减毒活疫苗YF-ZIK在非人灵长类动物模型中的安全性、免疫原性和保护效力。结果表明，YF-ZIK安全性良好，能快速诱导高水平的中和抗体和平衡的Th1/Th2细胞免疫应答，并能有效保护动物抵御高剂量ZIKV攻击，诱导近乎完全的 sterilizing immunity。通过系统疫苗学分析，研究揭示了YF-ZIK与成功疫苗YF17D相似的免疫激活机制，并鉴定出多个与保护效果相关的预测性生物标志物，如TNFRSF17、CD207和GNAS。

这项研究的意义在于：首先，它为YF-ZIK作为一种有前景的ZIKV候选疫苗提供了强有力的临床前数据支持，其单剂接种可能有效的特性尤其适合在资源有限地区实施大规模免疫。其次，研究深入揭示了该疫苗作用的分子和细胞机制，增进了对YF17D载体疫苗免疫原理的理解。最后，所识别的预测性生物标志物不仅有助于该疫苗的后续临床开发，也可能对其他活病毒疫苗的研发具有参考价值。尽管在T细胞免疫的精确贡献等方面仍有待进一步探索，但本研究无疑推动了ZIKV疫苗领域的进展，为最终控制寨卡病毒的威胁带来了新的希望。