以APC为靶向的DNA疫苗递送的神经氨酸酶诱导针对流感的保护性抗体

Neuraminidase delivered as an APC-targeted DNA vaccine induces protective antibodies against influenza

作者信息Ina Charlotta Werninghaus, Daniëla Maria Hinke, Even Fossum, Bjarne Bogen, Ranveig Braathen
PMID36926694
期刊Mol Ther
发布时间2023-07-05
DOI10.1016/j.ymthe.2023.03.012

实验完整度

包含体外表达与结合验证、小鼠免疫与抗体/T细胞检测、病毒攻毒保护实验、血清转移与T细胞清除实验、病毒载量及NA活性抑制检测等多个独立证据层级。

主要模型

BALB/c小鼠模型 HEK293E细胞 MDCK细胞

重点核对

疫苗剂量:2、10或100μg总DNA 免疫途径:肌内注射后电穿孔 攻毒病毒:同源H1N1 PR8,剂量2.5×、5×或100×LD50 攻毒时间:免疫后2周或6-10周 抗体转移:350μL血清腹腔注射

摘要

常规流感疫苗主要针对血凝素(HA)。然而,针对神经氨酸酶(NA)的抗体应答已被确立为独立的保护相关性指标。在此,我们将NA的胞外域引入DNA疫苗,该疫苗翻译后的二聚体疫苗蛋白靶向抗原呈递细胞(APC)。该靶向由针对主要组织相容性复合体(MHC)II类分子的单链可变区片段介导,其通过二聚化基序与NA基因连接。对BALB/c小鼠进行一次免疫可诱导强效且持久的NA特异性抗体,这些抗体抑制NA酶活性并减少病毒复制。疫苗诱导的NA免疫完全保护小鼠免受同源流感病毒的感染,并且优于传统灭活病毒疫苗诱导的NA免疫。保护作用主要由抗体介导,尽管NA特异性T细胞也有贡献。APC靶向和抗原二价性对疫苗效力至关重要。该APC靶向疫苗在低剂量DNA下即有效,表明具有剂量节省效应。使用靶向树突状细胞上不同表面分子的NA疫苗也获得了类似结果。有趣的是,NA作为抗原的保护效力与HA相比具有优势,因此在流感疫苗研究中应受到更多关注。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
将神经氨酸酶(NA)作为抗原引入靶向APC的DNA疫苗平台,能否诱导针对流感的保护性免疫,并与传统疫苗和HA疫苗相比具有优势?
核心机制
疫苗通过MHC II类分子靶向APC,利用抗原二价性增强B细胞受体交联,诱导高水平NA特异性抗体,这些抗体抑制NA酶活性,减少病毒复制,从而提供保护;保护作用主要由抗体介导,NA特异性T细胞在抗体水平不足时贡献额外保护。
主要证据
BALB/c小鼠单次免疫后,NA特异性抗体水平高于传统灭活病毒疫苗;攻毒实验显示完全保护;血清转移实验证实抗体介导保护;T细胞清除实验表明T细胞非必需;ELLA实验显示抗体抑制NA酶活性,病毒载量测定显示肺内病毒复制减少。
研究意义
研究表明NA作为疫苗抗原应受到更多关注,APC靶向DNA疫苗平台可能为诱导强效NA免疫提供优势,并具有剂量节省效应,为未来流感疫苗设计提供新思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

疫苗构建与体外表达验证

确认编码NA和/或HA的异二聚体疫苗质粒能够在体外正确表达、组装和分泌功能性疫苗蛋白。

将NA或HA胞外域克隆入pLNOH2载体,转染HEK293E细胞,通过ELISA、Western blot和流式细胞术分析疫苗蛋白的表达、组装、分泌及与APC的结合。

2

小鼠免疫与抗体应答检测

评估MHC II类靶向的NA疫苗单次免疫是否诱导NA特异性抗体应答。

BALB/c小鼠经肌内注射DNA疫苗并电穿孔,定期采血,通过ELISA检测NA特异性IgG及其亚型抗体滴度。

3

T细胞应答检测

评估NA疫苗是否诱导NA特异性T细胞应答。

免疫后第5天和第12天取引流淋巴结和脾脏,经NA或HA肽段再刺激,通过IFNγ ELISpot检测抗原反应性T细胞。

4

攻毒保护实验

评估NA疫苗诱导的免疫能否保护小鼠免受同源流感病毒致死性攻击。

免疫后不同时间(2周、6-10周)用同源H1N1 PR8病毒经鼻内攻毒,监测体重和生存率。

5

抗体功能评估

评估疫苗诱导的抗NA抗体是否具有中和病毒、抑制NA酶活性或减少病毒载量的功能。

采用微中和试验检测病毒中和能力,ELLA检测NA酶活性抑制,qRT-PCR和TCID50测定肺内病毒载量。

6

抗体转移与T细胞清除实验

确定保护作用是否主要由抗体介导,以及T细胞的贡献。

将免疫小鼠的血清转移至naive小鼠并攻毒;对免疫小鼠进行CD4和CD8 T细胞清除后攻毒,评估保护作用的变化。

7

多种APC靶向策略的评估

测试靶向不同APC表面分子的NA疫苗是否也能诱导保护性免疫。

构建靶向MHC II、CD11c、Xcl1和MIP-1α的同二聚体Vaccibody疫苗,免疫小鼠,检测抗体应答和攻毒保护。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Invitrogen--
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清Life Technologies--
庆大霉素Sanofi-Aventis Norge--
巯基甘油Sigma--
非必需氨基酸Lonza--
pLNOH2载体----
聚乙烯亚胺Polysciences--
NIP-BSABiosearch Technologies--
抗A/B单克隆抗体(2H11)----
抗HAPR8抗体(H36-4-52)----
抗人IgG3 CH3结构域抗体(A57H)Invitrogen--
抗NA多克隆抗体----
抗OVA抗体(23744-5)Polysciences--
碱性磷酸酶标记的抗兔IgGSigma--
链霉亲和素-碱性磷酸酶Southern Biotech--
抗HA茎部抗体Sino Biological--
生物素化抗κ轻链抗体(187.1)ATCC--
磷酸酶底物Sigma--
EnVision 2104多功能酶标仪PerkinElmer--
FreeStyle 293无血清培养基Life Technologies--
Vivaspin 20浓缩离心柱(10 kDa截留)Sartorius--
Bolt 4%-12% Bis-Tris Plus凝胶Invitrogen--
PVDF膜----
iBlot2凝胶转印系统Invitrogen--
链霉亲和素-辣根过氧化物酶Southern Biotech--
抗兔IgG-过氧化物酶(A6154)Sigma--
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher Scientific--
G:BOX Chemi XX6成像系统Syngene--
gentleMACS C管Miltenyi Biotec--
抗CD14 FITC(rmC5-3)BD Biosciences--
抗CD49b FITC(DX5)eBioscience--
抗Ly-6G FITC(1A8)Tonbo Biosciences--
抗CD3 Violet Fluor 450(17A2)Tonbo Biosciences--
抗CD11c APC-Cyanine7(N418)Tonbo Biosciences--
抗CD19 APC(1D3)Tonbo Biosciences--
链霉亲和素-PEBioLegend--
Attune NxT流式细胞仪Thermo Fisher Scientific--
FlowJo软件v10.6.1BD Biosciences--
Endofree Mega质粒提取试剂盒QIAGEN--
0.9%氯化钠B. Braun--
Zoletil ForteVirbac--
RompunBayer Animal Health--
Elgen 1000针式电穿孔仪Inovio Biomedical--
福尔马林灭活H1N1 PR8病毒Charles River Laboratories10100782
重组HAPR8蛋白Sino Biological11684-V08H
phOx-BSASigma--
生物素化抗人IgG(Fc特异性)(HP6017)Sigma--
抗小鼠IgG-ALP(A2429)Sigma--
生物素化抗小鼠IgG1[a](10.9)BD Biosciences--
生物素化抗小鼠IgG2a[a](8.3)BD Biosciences--
受体破坏酶SigmaC8772
TPCK-胰蛋白酶----
MDCK细胞ATCC--
生物素化抗核蛋白单克隆抗体(H16-L10-4R5)ATCC--
胎球蛋白Sigma--
花生凝集素-HRPSigma--
小鼠IFNγ ELISpotPLUS试剂盒Mabtech--
NAPR8肽段GenScript--
HAPR8肽段GenScript--
ImmunoSpot CORE细胞计数仪Cellular Technology--
QIAamp Viral RNA Mini试剂盒QIAGEN--
DNA酶IQIAGEN--
SuperScript III Platinum One-Step qRT-PCR试剂盒Thermo Fisher Scientific--
引物和探针Eurofins Genomics--
One Step Plus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
H1N1 PR8定量基因组RNA(VR-95DQ)ATCC--
GentleMACS M管Miltenyi Biotec--
抗CD8α(53-6.7)Bio X Cell--
抗CD4(GK1.5)Bio X Cell--
同型对照(Y13-238)ATCC--
同型对照(LTF-2)Bio X Cell--
抗CD4 PerCP-Cyanine5.5(GK1.5)Tonbo Biosciences--
抗CD8α Alexa Fluor 700(53-6.7)BioLegend--
GraphPad Prism 8.0GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
DNA疫苗构建
疫苗质粒结构(A/B异二聚体或同二聚体Vaccibody)、靶向单元(scFvαMHCII, scFvαCD11c, Xcl1, MIP-1α)、NA和HA序列(H1N1 PR8,NA aa36-454,HA aa18-540)。
阅读提示:Materials and methods - Cloning of DNA vaccine plasmids
体外表达验证
HEK293E细胞转染条件(DNA量、PEI量)、检测方法(ELISA、Western blot、流式细胞术)。
阅读提示:Materials and methods - ELISA for analysis of vaccine proteins produced in vitro, Western blotting, Flow cytometry analysis of MHC class II targeting
小鼠免疫
BALB/c小鼠(6-8周龄雌性)、DNA剂量(2-100μg)、注射途径(i.m. 50μL/侧)、电穿孔参数(5×60ms, 50V/400mA, 200ms延迟)、采血时间点(第0, 1, 2, 4, 6, 9周等)。
阅读提示:Materials and methods - In vivo DNA vaccination of BALB/c mice; Figure legends (Figure 2, 3, 4, 5, 7)
抗体检测
ELISA方法(包被抗原、血清稀释系列、检测抗体)、终点滴度定义、阳性阈值。
阅读提示:Materials and methods - Serum ELISA for detection of antigen-specific antibodies
T细胞检测
ELISpot方法(细胞数、肽段种类和浓度、刺激时间)、数据分析(背景扣除)。
阅读提示:Materials and methods - IFNγ ELISpot assay
攻毒实验
病毒株(H1N1 PR8, VR-95)、攻毒剂量(2.5×, 5×, 100×LD50)、攻毒途径(鼻内10μL)、监测时间(12天)、人道终点(体重下降20%)。
阅读提示:Materials and methods - Influenza virus challenge
病毒载量测定
取样时间(攻毒后第5天)、处理方法(RNA提取、qRT-PCR条件、TCID50测定)、引物探针序列。
阅读提示:Materials and methods - Viral titer determination
抗体转移与T细胞清除
血清转移量(350μL)、转移时间(攻毒前一天)、T细胞清除抗体剂量和方案(抗CD4和抗CD8, 100μg, 每两天一次)、验证清除效率。
阅读提示:Materials and methods - Serum transfer, T cell depletion