本月5日全球最大的专业致力于人用疫苗研发和生产的企业——赛诺菲巴斯德在Nature子刊《Communications Biology》发表了百日咳新疫苗研发的相关成果。文章解析了遗传脱毒的百日咳毒素的晶体结构，并用质谱流式技术评估了遗传脱毒和化学脱毒两种百日咳毒素的免疫原性。

1.为什么关注百日咳新疫苗的研发？

百日咳是由百日咳杆菌引起的一种高度传染性且非常危险的疾病，婴幼儿多见。减少百日咳发病率最有效的策略是接种疫苗，目前无细胞百日咳(ap)疫苗被证明是安全和有效的。然而尽管广泛开展了疫苗接种, 近年来许多国家的百日咳发病率仍在不断上升，这表明目前开发出的疫苗无法长期持续有效地控制疾病。因此，越来越多的研究机构关注百日咳新疫苗的开发。

2.为什么选择遗传脱毒的百日咳毒素作为研究对象？

百日咳毒素(pTx)是百日咳杆菌最重要的毒力因子之一，具有多种生物学活性，能引起百日咳众多的临床症状，因此pTx是改进ap疫苗的一个重要靶标。目前所有可用的ap疫苗中采用的是化学脱毒的pTx，也被称为百日咳类毒素(pTd)。化学脱毒虽然能有效地抑制pTx毒性，但会影响毒素的整体结构，损害产生抗毒素的强中和抗体所需的表位，因此近年来很多研究机构尝试通过构建pTx的基因突变体来产生遗传脱毒百日咳毒素（gdpT）。本研究中采用的是gdpT R9K/E129G，早期的研究证明这个突变体毒素的毒性已被完全消除。

3.该研究有哪些重要成果？

通过X射线晶体结构测定研究人员发现来自赛诺菲生产的gdpT R9K/E129G与pTx的晶体结构几乎相同（图1）。氢氘交换质谱分析显示R9K/E129G两个位点突变引起了毒素催化域的动态变化，直接影响NAD+的结合，并且导致B-oligomer更紧密的包装，使其相应的热稳定性增加。


图1 pTx与gdpT X射线晶体结构比较结果，右图为底部视角

疫苗抗原的关键功能是诱导保护性免疫反应，增强免疫记忆，保护接种者免受后续病原体的挑战。为了全面而精细地评估化学脱毒的pTd和遗传脱毒的gdpT刺激产生适应性记忆免疫反应的能力，研究人员采用质谱流式技术，选取包含30个 marker的Fluidigm Maxpar Direct免疫分型 panel，对人类模型样本进行了分析。研究发现在刺激后，gdpT组和pTd组细胞表型有明显区别，但在pTd和模拟对照组之间差异很小(图2)。gdpT刺激使初始T细胞向增殖的记忆T细胞转化。而另一项值得注意的变化出现在记忆T细胞亚群(CD45RO+)内，gdpT刺激组大量增殖的记忆T细胞呈现出活化的表型，CD4+和CD8+亚群中CD38和CD25的表达相比pTd组显著升高。此外，在gdpT刺激组检测到表达CD45RO的NK细胞亚群，而这个亚群在pTd和对照组均未检测到。这些结果表明gdpT与pTd相比具有更广泛的免疫原性。


图2 pTd、gdpT刺激人类模型样本质谱流式分析结果（Mock为Media对照）

目前含有gdpT并与其他百日咳抗原联合使用的疫苗正在或已经通过临床评估获得许可。虽然这些临床研究证明相对于化学脱毒抗原，gdpT形成的体液反应质量有所改善，但很少有研究详细解读这些细胞反应。本研究的质谱流式数据补充了丰富的有关抗体介导免疫的信息，有助于促进gdpT抗原后续的临床评估。

参考文献

Genetically detoxified pertussis toxin displays near identical structure to its wild-type and exhibits robust immunogenicity
SF Ausar et al. Commun Biol (2020) DOI: 10.1038/s42003-020-01153-3

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