《Frontiers in Immunology》：Multi-pathogen and combination vaccines for biodefense pathogens
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多病原体疫苗和联合疫苗是指通过单次接种递送来自两种或多种病原体的抗原，以预防多种疾病的疫苗。这可以包括将几种单独的疫苗配制在一起以单次接种形式递送，以及多价疫苗（multivalent vaccines），即单一疫苗表达或包含多种抗原。多病原体疫
摘要专业翻译
多病原体疫苗和联合疫苗是指通过单次接种递送来自两种或多种病原体的抗原，以预防多种疾病的疫苗。这可以包括将几种单独的疫苗配制在一起以单次接种形式递送，以及多价疫苗（multivalent vaccines），即单一疫苗表达或包含多种抗原。多病原体疫苗为在短时间内同时保护人群免受多种生物威胁因子侵害提供了显而易见的解决方案。与分别递送单独疫苗相比，它们还具有额外的成本和后勤优势。然而，儿童联合疫苗的数据表明，这些疫苗的表现并不总是等于其各组成部分效果的总和，因此确保新开发的多病原体疫苗能达到与其对应单病原体疫苗同等的保护效果可能具有挑战性。在此，研究人员聚焦于疫苗干扰（vaccine interference）的三种核心机制：表位竞争（epitope competition）、资源竞争（resource competition）和免疫极化（immune polarization），并讨论了不同平台（病毒载体、细菌载体、蛋白/亚单位及核酸）上的多病原体疫苗如何受到每种机制的影响。研究人员综述了针对构成生物威胁的病原体和毒素正在开发中的多病原体疫苗，并提出了一种用于评估潜在不良疫苗组合的评估指标。本综述旨在为生物防御疫苗的平台选择提供相关信息，以支持疫苗的储备和快速部署。
论文主体内容总结
1 引言
生物制剂对国家人口、经济和安全构成重大威胁，无论是人为改造还是自然发生的病毒、细菌和毒素威胁，都需要有准备的应对措施。疫苗在整体生物防御中至关重要，既能减轻生物威胁的影响，也能起到威慑作用。过去100年间，美军因传染病导致的发病率高于战斗伤亡。2001年炭疽攻击事件表明生物威胁同样危及平民。自1990年代以来，自然来源的传染病在平民中传播已被认定为生物安全威胁。本综述聚焦于美国疾病控制与预防中心（CDC）列为A-C类“生物恐怖制剂”的病原体。生物防御疫苗同样适用于公共卫生，例如自2015年以来广泛用于埃博拉病毒病疫情的重组水疱性口炎病毒表达埃博拉（扎伊尔）糖蛋白（rVSV-ZEBOV）疫苗，即由加拿大安全与保障计划和美国政府资助开发。
2 生物威胁制剂
生物威胁制剂包括能引起严重疾病、高死亡率或重大公共卫生干扰的病原体和毒素，特别是那些高毒力、易传播、难以治疗或预防、或适于气溶胶播散的病原体。主要生物防御家族包括丝状病毒（filoviruses）、沙粒病毒（arenaviruses）、汉坦病毒（hantaviruses）、黄病毒（flaviviruses）以及细菌和毒素制剂。丝状病毒如埃博拉病毒和马尔堡病毒引起严重出血热，属间和种间交叉保护有限，使疫苗开发复杂化。沙粒病毒如拉沙和马丘波病毒引起严重出血性疾病，其啮齿动物宿主、广泛地理分布和有限疫苗可用性增加了风险。汉坦病毒与啮齿动物相关，可引起严重汉坦病毒心肺综合征或肾综合征出血热，并因气溶胶传播能力而成为潜在生物威胁。虫媒病毒包括黄病毒和甲病毒，可引起严重出血或神经性疾病，并因广泛媒介传播和地理分布构成风险。细菌和毒素威胁——包括炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis）、鼠疫耶尔森菌（Yersinia pestis）、土拉弗朗西斯菌（Francisella tularensis）和肉毒神经毒素——以高致病性为特征，且部分制剂具有气溶胶播散潜力。用单一配方为人群接种以预防多种疾病，在资源和时间上比单病原体疫苗具有后勤优势。成功的多病原体配方可能使疫苗储备更具吸引力，因为它为多种可能疫情提供覆盖，而不仅仅是单一疫情。
3 用单一配方抵御多种威胁
本综述采用Lauer等人2017年的定义：多病原体疫苗（multi-pathogen vaccines）指单次接种中针对多种病原体的任何疫苗配方，包括联合疫苗和多价疫苗；联合疫苗（combination vaccines）指以单一配方施用但由单独个体疫苗组成，如DTaP（白喉、破伤风和无细胞百日咳）疫苗，有时称为鸡尾酒疫苗；多价疫苗（multivalent vaccines）指具有针对不同病原体抗原的单一平台疫苗。将单独成功的疫苗组合接种通常对各疫苗产生稳健反应，但有时某疫苗在鸡尾酒或多病原体配方中的效力低于单独递送，这一现象称为“疫苗干扰”（vaccine interference）。干扰机制可能不明显，需专门实验理解，增加了对照数量和实验成本。由于动物模型测试优先推进有效疫苗策略而非理解表现不佳的组合，理解为何某些抗原可成功组合而其他抗原相互干扰，需要从已知机制推断，并理解抗原、平台技术和动物模型。本综述建立已知疫苗干扰机制，讨论生物防御中多病原体疫苗在不同平台和实验条件下的现有文献，并提供预测和测试多病原体疫苗干扰的建议。为突出该现象，将考察包含马尔堡病毒糖蛋白抗原的多病原体疫苗，并讨论影响该抗原的潜在干扰机制。
4 疫苗干扰机制
疫苗组合时失去效力的例子已确立，但根本原因难以确定。提出的机制可分为三类：表位竞争、免疫反应极化和资源竞争。这些机制特定于疫苗平台，但疫苗干扰研究有限，各机制实验证据水平差异很大。将抗原以蛋白形式递送或导致细胞外/可溶性蛋白释放的平台，通过外源途径加工并呈递在抗原呈递细胞的MHC class II上，激活CD4+ T细胞辅助，可引发抗体成熟。递送抗原在细胞内表达的平台（如核酸平台和病毒载体）通过MHC class I呈递并导致CD8+ T细胞激活。交叉呈递连接这两条途径，但引发稳健交叉呈递以产生CD8+ T细胞是疫苗开发的挑战。理解抗原与免疫系统相互作用的位置，对理解哪些疫苗干扰机制最可能相关至关重要。
4.1 表位竞争
在表位竞争中，最有效呈递在主要组织相容性复合体（MHC）分子上的肽表位被T细胞受体（TCRs）优先识别并主导反应，产生最大比例的特异性T细胞。这种免疫优势通过特定肽与特定MHC的优先结合实现。表位竞争在细胞毒性T细胞（CD8+）反应中研究最多，但也观察到辅助T细胞（CD4+）反应。肽的“背景”（三级结构、蛋白酶敏感性、溶剂可及性）对免疫优势的重要性存在矛盾证据。在流感疫苗接种中，表位竞争可能导致对保守的血凝素茎部反应有限。在多病原体疫苗中，最高亲和力或最易呈递的表位将被呈递给T细胞，可能损害与更易呈递表位疫苗组合时本应具有免疫原性的抗原反应。在同一细胞中加工抗原进行MHC呈递的平台更可能受T细胞表位竞争影响。从单一模板表达多种疫苗抗原的平台（如多价病毒载体、DNA或mRNA疫苗）易受MHC竞争干扰。递送编码单独抗原的多个载体可能最不易受表位竞争影响，因为单独载体可能不进入同一细胞。抗体反应中也记录了免疫优势，某些抗原区域能更好结合广泛随机产生的抗体，B细胞群优先扩增。与MHC结合表位不同，抗体结合发生在细胞外，意味着每种疫苗平台都可能受抗体表位竞争影响。
4.2 免疫反应极化
免疫反应期间触发不同效应机制以对抗特定病原体或威胁，选择其中一种称为免疫极化。经典上，T辅助1（Th1）反应靶向细胞内病原体，而T辅助2（Th2）反应控制细胞外病原体并促进组织修复。一种疫苗或佐剂对免疫反应的偏斜可能对联合疫苗中另一成分不利。在儿童DTaP疫苗中，添加b型流感嗜血杆菌（Hib）多糖疫苗导致Hib反应降低，推测是组合中铝佐剂偏向Th2反应所致。相反，全细胞DTP（DTwP）疫苗与Hib递送未显示Hib抗体滴度降低。疫苗成分间的化学或物理相互作用可能改变疫苗构象或呈递。组合疫苗或多种抗原导致的免疫反应变化不一定是负面的，疟疾疫苗中更具免疫原性的质粒增强了弱免疫原性抗原的抗体反应，表明额外抗原具有佐剂样效应。疫苗平台也产生特征性免疫极化：蛋白疫苗通常需要特定佐剂引发CD8+ T细胞反应，抗体主导反应；病毒载体疫苗诱导最稳健的CD8+ T细胞反应，但不同病毒载体间存在差异。免疫极化干扰最可能发生在组合不同平台的联合疫苗中，或抗原驱动特定免疫偏斜时。
4.3 资源竞争
疫苗间的资源竞争也应考虑。体外转染中质粒竞争有充分记录，两个共递送质粒竞争细胞资源以允许蛋白表达。转录水平上发现竞争，增加一种质粒水平导致竞争质粒表达减少。翻译中的核糖体竞争研究较少，但内源mRNA中优先翻译特定mRNA已确立，疫苗中较差mRNA翻译水平降低程度尚不清楚。复制型病毒间的竞争可导致宿主内某些变体优先扩增，可能影响病毒载体疫苗。病毒竞争发生在两种病毒摄取和复制效率差异，或某变体较少被免疫系统靶向时。依赖核酸编码多种目标抗原的平台（病毒载体、DNA和mRNA疫苗）都可能受资源竞争影响。DNA载体（如腺病毒和痘苗病毒）和质粒可能受转录和核糖体竞争影响，而mRNA疫苗和RNA载体（如VSV载体）仅受核糖体竞争影响。
4.4 次优疫苗接种的风险
疫苗是惊人的公共卫生成功故事，但劣质疫苗存在风险。除缺乏保护导致疾病外，次优疫苗接种还有其他后果。例如登革病毒中，疫苗引发的非中和抗体通过抗体依赖性增强增加疾病严重程度。非保护性丝状病毒疫苗接种可能导致比未接种对照更早死亡（“早死”现象）。多病原体和联合疫苗产生次优反应的可能性，强调了开发期间使用允许与单价对应疫苗直接比较的评估方法的重要性。
4.5 临床前实验数据和统计显著性
由于动物使用（特别是非人灵长类NHP）的伦理和财务考虑，疫苗研究动物数量有限。小数量动物实验可能无法检测统计显著差异。某些实验可能足以证明多病原体疫苗在致死疾病模型中与安慰剂/未处理对照相比的效力，但本综述最相关的比较是单价单抗原疫苗与多病原体对应疫苗间的差异，而两个有效治疗间的比较需要更多动物显示显著差异。因此将讨论一些非统计显著的疫苗数据趋势。
5 疫苗平台
5.1 腺病毒病毒载体
复制缺陷型腺病毒（Ad）载体是递送编码抗原基因的疫苗平台。已获许可的Ad载体疫苗包括表达埃博拉病毒（EBOV）糖蛋白（GP）的腺病毒26（Ad26）和SARS-CoV-2疫苗。作为DNA病毒载体，Ad载体可能受载体竞争、转录和核糖体竞争以及CD8+ T细胞表位竞争影响。表达可溶性或细胞外抗原的Ad载体也可能受抗体表位竞争影响。多病原体Ad载体疫苗包括：Ad26/Ad35载体分别携带EBOV、苏丹病毒（SUDV）和马尔堡病毒（MARV）GP共递送（Ad26.Filo），在食蟹猴中与单价疫苗比较，EBOV抗体反应相当，但存在一些差异；ChAdOx1载体构建的二价EBOV/SUDV（biEBOV）和LASV/MARV（biLAMA）载体，在CD-1小鼠中biEBOV和biLAMA抗体高于相应单价，但在BALB/c小鼠中EBOV抗体低于单价；ChAdOx1-triFilo多价疫苗在豚鼠EBOV攻击中完全保护，但与单价组合相比某些表达盒的免疫原性降低，与抗原表达水平相关。ChAdOx1-biEBOV在NHP SUDV攻击中未提供保护。
5.2 弹状病毒科病毒载体
弹状病毒科（Rhabdoviridae）载体使用弹状病毒（子弹形、负义单链RNA病毒）表达疫苗抗原，如水疱性口炎病毒（VSV）和狂犬病病毒（RABV），既表达转基因又将疫苗抗原携带在病毒包膜上。与Ad载体相比，弹状病毒载体更可能受抗体表位竞争影响，因为抗原以阵列形式存在于病毒粒子表面。重组VSV（rVSV）单价EBOV疫苗Ervebo已获许可。四价VesiculoVax疫苗由四个表达EBOV、SUDV、MARV和LASV GP的rVSV载体组成，两次接种后对四种病毒攻击均100%保护。早期研究比较单价和三价配方，显示MARV GP特异性免疫反应在三价配方后显著降低，包括IFN-γ ELISpot和抗体滴度。灭活RABV载体多价疫苗（FILORAB1-3和LASSARAB1）在食蟹猴中诱导长达1年的稳定免疫，单价和多价抗体滴度无显著差异。表达CHIKV包膜多聚蛋白和ZIKV膜包膜GP的rVSV载体在A129小鼠中对两种病毒均具保护性。
5.3 痘苗病毒平台疫苗
痘苗病毒载体系统本身是痘病毒（包括天花和猴痘）疫苗，可作为生物防御疫苗。作为DNA病毒载体，痘苗系统可能受转录和核糖体竞争及CD8+ T细胞表位竞争影响。痘苗病毒是大而复杂的DNA病毒，抗原倾向于在同一痘苗构建体中表达。多价MVA-丝状病毒疫苗Mvabea已获欧洲药品管理局批准，作为Ad26载体EBOV GP初免后的加强免疫，但许可基于EBOV保护数据。Sementis Copenhagen Vector（SCV）痘苗平台用于CHIKV和ZIKV，单构建体表达两种抗原，多价疫苗对CHIKV中和反应不低于单价。天坛株痘苗病毒构建的rTTV-RBD-HA2疫苗针对三种冠状病毒和两种流感病毒，诱导抗体和T细胞反应，保护小鼠免受SARS-CoV-2和流感攻击。KVAC103痘苗载体表达炭疽芽孢杆菌保护性抗原（PA），添加免疫佐剂IL-15和霍乱毒素亚单位A增加了所需免疫反应和炭疽孢子攻击后保护。
5.4 细菌载体
细菌的大基因组和易遗传操作使其成为有前景的多病原体疫苗平台。土拉弗朗西斯菌活疫苗株（LVS）ΔcapB突变体是减毒菌株，对兔热病小鼠模型具保护性，已用作载体表达炭疽芽孢杆菌蛋白。LVS ΔcapB载体表达炭疽LF和PA融合蛋白，在致死炭疽攻击中比许可的AVA疫苗提供更高生存率（75%对40%），并偏向Th1反应。表达鼠疫耶尔森菌F1和LcrV抗原的LVS ΔcapB载体，与未许可的EV76疫苗相比，同源或异源初免-加强方案均未超过50%生存率，而EV76为100%；但改进剂量后三剂方案产生与EV76相当的F1抗体和100%保护。表达类鼻疽伯克霍尔德菌（Burkholderia pseudomallei）VI型分泌系统蛋白Hcp1、Hcp2和Hcp6的rLVS ΔcapB疫苗，保护高度敏感的BALB/c小鼠免受致死呼吸道类鼻疽攻击。细胞内细菌有独立转录翻译机制，减少细胞资源竞争，但可能受CD8+ T细胞表位竞争影响。
5.5 其他病毒载体
莫佩亚病毒（MOPV）是非致病性沙粒病毒，已改造表达新世界沙粒病毒（马丘波MACV、萨比亚SABV、瓜纳里托GTOV、查帕雷CHAV和胡宁JUNV）的糖蛋白复合物（GPC）抗原，组合疫苗MOPEVACNEW在NHP中完全保护MACV和GTOV感染，与单价MOPEVACMAC相比抗MACV IgG滴度相当。辛德比斯病毒（SINV）甲病毒平台通过替换支架蛋白基因表达目标抗原，嵌合SINV-VEEV/EEEV/WEEV病毒表达结构蛋白，组合递送诱导对三种嵌合病毒的平衡反应，单价和三价均保护免受相应病毒致死攻击。麻疹病毒（MV）是安全免疫原性减毒载体，MV-EBOVGP+MARVGP双价疫苗与单价相比，抗EBOV GP IgG抗体和中和抗体显著较低，单价疫苗对致死小鼠适应EBOV攻击完全保护，双价仅3/5保护，可能因双价构建体抗原表达较差。
5.6 亚单位和病毒样颗粒疫苗
亚单位疫苗仅含目标病原体的蛋白抗原，用于病毒、细菌和毒素靶标，已用于细菌毒素，包括许可的炭疽疫苗AVA。病毒样颗粒（VLPs）通常在支架上携带蛋白抗原，可含或不含脂双层。作为不复制的蛋白疫苗，此类疫苗不受细胞内核糖体或转录资源竞争影响。蛋白主要通过外源途径呈递给CD4+ T细胞，但成功疫苗可通过交叉呈递诱导CD8+ T细胞反应，使T细胞表位竞争成为可能。亚单位和VLP疫苗与强抗体反应相关，B细胞表位竞争可能发生。共递送蛋白和融合构建体对表位竞争可能有不同敏感性。
