病毒性人畜共患病不断给全球各地的医疗系统带来重大的健康和经济负担。在这些疾病中,克里米亚-刚果出血热病毒(CCHFV)是一种新兴的蜱传病毒,可导致严重的临床表现(如出血热),从而导致高死亡率(Whitehouse, 2004; Erg?nül, 2006)。CCHFV属于Nairovirus家族和Bunyavirales目,具有负链RNA基因组,由三个片段(小片段、中等片段和大片段)组成,这些片段共同提供了病毒致病性和复制所需的全部蛋白质(Zivcec et al., 2016; Bente et al., 2013)。
自1994年发现该病毒以来,CCHF感染的发病率迅速上升,已在欧洲、亚洲、非洲和中东的不同地区形成地方性流行(Hoogstraal, 1979; Papa et al., 2017)。病例死亡率存在显著的地理和人口统计学差异,取决于病毒株、医疗基础设施和患者人口特征等因素(Leblebicioglu et al., 2016; Pigott et al., 2017)。
CCHFV的三部分基因组结构代表了其高度进化的适应性。这种结构最大化了编码效率,并提供了多种抗原多样性,从而使得病毒能够逃避免疫系统的攻击。基因组的每个片段都参与了特定的病毒致病过程,也为寻找潜在的疫苗靶点提供了机会。S片段编码核衣壳蛋白(NP),这是病毒RNA包装和转录调控所必需的高度保守的成分(Ak?nc? et al., 2013)。M片段包含糖蛋白前体(GPC),该前体经过广泛的翻译后修饰,产生多种结构和非结构蛋白,如病毒表面的Gn和Gc糖蛋白、NSm非结构蛋白以及最近发现的GP38蛋白(Sanchez et al., 2002; Bergeron et al., 2007)。这些糖蛋白介导病毒进入细胞和膜融合,是中和抗体反应的主要靶点(Ahmed et al., 2005)。L片段编码RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp),这是病毒基因组复制和转录所必需的酶(Ferron et al., 2017; Dias et al., 2009)。
基于完整基因组的疫苗设计改变了传统上使用单一抗原的方法,转向覆盖整个蛋白质组,以识别最佳的免疫原性表位组合(Sette and Rappuoli, 2010; Patronov and Doytchinova, 2013)。这种方法具有多重优势,包括提高免疫覆盖范围、减少病毒通过突变逃逸的可能性,以及对遗传多样性病毒株提供更强的交叉保护(Skwarczynski and Toth, 2016; Zhang, 2018)。
当应用于基于表位的疫苗设计时,完整基因组疫苗相比传统疫苗生产方法具有明显优势。基于表位的疫苗消除了使用减毒或灭活病毒制剂的安全隐患,同时通过合理选择免疫原来增强免疫刺激(Rappuoli et al., 2011)。在多表位策略中,纳入了每种病毒蛋白中最具免疫原性的区域,同时去除了有害或抑制免疫的序列(Backert and Kohlbacher, 2015; Lundegaard et al., 2011)。
当前免疫信息学的发展改变了我们系统筛选整个病毒基因组以寻找潜在疫苗候选物的方式。现代计算算法的应用能够快速识别高亲和力表位,这些表位可通过MHC I类和II类途径呈递(Bui et al., 2007; Vita et al., 2019)。群体覆盖分析确保所选表位能够在具有不同HLA等位基因分布的人群中提供广泛的保护(Sidney et al., 2008)。结构生物信息学方法能够进行表位和受体相互作用的三维(3D)建模,以优化结合亲和力和免疫识别(Khan et al., 2019)。分子动力学(MD)模拟和结构优化技术已成为预测疫苗稳定性、蛋白质折叠和免疫受体相互作用的强大工具(De Groot and Moise, 2007)。
尽管在过去十年中克里米亚-刚果出血热(CCHF)领域取得了显著进展,但目前尚无获准临床使用的疫苗或特定治疗干预措施。传统的疫苗设计方法面临诸多挑战,例如需要高安全级别的实验室设施、合适的动物模型数量有限,以及传统疫苗开发流程所需的大量时间和资源(Bente et al., 2010)。这些挑战迫切需要创新的疫苗开发策略,以加速从实验室研究到临床应用的转化(Garrison et al., 2017; Haddock et al., 2018)。
本研究旨在应对这些公共卫生挑战,提出了一种利用CCHFV整个蛋白质组抗原决定因子开发综合多表位疫苗的新方法。该方法包括对CCHFV基因组的三个片段(S、M和L)编码的每种蛋白质进行综合评估,以识别其最佳表位,从而实现对多种CCHFV株的广泛保护。