猴痘（Monkeypox），是一种人畜共患病，1958年首次在用于研究的猴子中发现，主要在动物中传播。1970年首次在刚果（金）发现人类猴痘病例，此后猴痘一直在非洲的一些国家流行，包括尼日利亚、刚果（金）和中非共和国等。然而，自2022年1月1日起，世界卫生组织（WHO）不断收到来自全球6个主要地区的Mpox（猴痘）病例。截至2023年7月2日17:00，已向WHO报告了共计88,144例确诊病例和1,084例疑似病例，其中包括149例死亡病例。自2022年5月13日以来，这些病例中有很大一部分来自之前未曾报道过Mpox传播的国家。在进入2023年6月后，中国内地分别在长沙、天津、沈阳、北京和广州报道了多起猴痘病例，而值得关注的是，这些病例当中已经出现了本土传播，进一步凸显了猴痘疫苗的迫切性。
mRNA疫苗作为一种新型的疫苗技术，它在预防传染病方面展示了巨大的潜力。与传统疫苗不同，RNA疫苗利用信使RNA（mRNA）表达病毒抗原来诱导人体产生针对病原体的免疫反应。RNA疫苗具有几个优势。首先，它们的研发和生产周期短，可以迅速应对新出现的病原体。其次，RNA疫苗不需要使用活病毒，因此不存在病毒复制或活性感染的风险。此外，RNA疫苗不会改变人体的基因组。RNA疫苗技术已经在应对COVID-19疫情中取得了巨大成功，并已获得全球范围内的紧急使用授权。除了COVID-19，科学家还在研究利用RNA疫苗技术来预防其他传染病，如流感、HIV和埃博拉病毒感染等。随着猴痘病毒感染病例的不断攀升，加之新型冠状病毒的前车之鉴，同时也为未来可能的大流行做好充足的防控准备，因此，开发针对猴痘病毒的mRNA疫苗尤为重要。
中山七院科研中心詹晓勇副研究员和查高峰副研究员前期基于对来自大样本（约1500个分离株）猴痘病毒编码基因的分子进化研究表明本次猴痘疫情的迅速扩张和持续的人际传播的原因可能与10个编码可与宿主细胞发生相互作用蛋白（主要是角蛋白）的基因发生的达尔文正选择进化，使猴痘病毒更适应人类宿主细胞有关，该研究成功鉴定出15个可能与猴痘病毒加速传播有关的正选择突变，并发现这些含正选择突变的等位基因型发生了群体扩张，研究初步阐述了这些突变导致的猴痘病毒相关蛋白结构和功能改变，及其对猴痘加速传播的潜在影响（Zhan, X.-Y., Zha, G.-F., He, Y., 2023.. Front. Cell. Infect. Microbiol. 12, 1083234）。基于查高峰副研究员团队成熟的mRNA和LNP平台和詹晓勇副研究员在病原微生物分子进化及疫苗靶点优化选择相关研究基础上，研究团队成功开发了多价猴痘mRNA疫苗，并系统评估其有效性和安全性，攻毒实验显示能100%保护小鼠免受VACV攻击，多种指标证实其安全性良好。相关成果以题为“Mpox virus mRNA-lipid nanoparticle vaccine candidates evoke antibody responses and drive protection against the Vaccinia virus challenge in mice”发表在Antiviral Research 上。中山大学附属第七医院助理研究员夏恒博士和研究实习员何韵茹为本文的共同第一作者，查高峰副研究员和詹晓勇副研究员为本文的通讯作者。
猴痘病毒属于正痘病毒属(orthopoxvirus genus) 。一般来说，同属病毒具有相似的生物学特性。猴痘病毒可能与“痘病毒属模式病毒”——牛痘传播机制类似，病毒成熟阶段包括:细胞内成病毒 (IMV) 、细内包膜病毒(IEV) 、细胞相关包病毒(CEV) 和胞外包病毒(EEV)4种形式。由于两者蛋白间高度同源性，研究者选取了牛痘病毒的IMV（A27、L1）和EEV（A33、B5）在猴痘病毒中的同源基因，作为疫苗的靶向抗原序列。其分别对应猴痘病毒相关抗原的A29L、M1R、A35R、B6R。在验证mRNA成功构建并稳定表达后，利用微流控技术将mRNA包封于脂质纳米颗粒中进行后续的验证。
图1 MPXV四个抗原靶点mRNA-LNPs的设计与包封
随后研究者在动物身上进行了免疫原性和有效性验证，经两针免疫后在0.5 μg的剂量水平下，A33、B5能产生明显的体液免疫反应；在5 μg的剂量水平下，4种疫苗均能激发体液免疫。病毒中和实验也说明了这一点，上述免疫后的血清能抑制病毒的生长。在小鼠实验中，未接种疫苗的小鼠体重显著下降，在攻毒后的第8-10天，>下降了21.5%，直到25天后才恢复到基线水平。相比之下，即使在高剂量（5 μg）下，A27、A33、B5和L1 mRNA-LNP疫苗接种也会导致小鼠<体重减轻15%，但会迅速恢复。组织病毒滴度试验显示，4种抗原mRNA-LNPs可降低小鼠组织中的病毒载量，5 μg抗原mRNA-LNPs的效果优于0.5 μg抗原mRNA-LNPs。生存分析显示，0.5 μg的混合疫苗可促进所有小鼠的存活。此外，除A33 疫苗外，其余疫苗在 5 μg剂量下能使小鼠100%存活。
图2 mRNA-LNPs接种小鼠的体液免疫应答及保护作用
疫苗的安全性评价也是不容忽视的问题之一。在高剂量（5 μg）接种后24h内，细胞炎症因子会有一个短暂的升高，期间并未观察到小鼠有异常症状。小鼠肝功能指标AST、ALT在过度免疫（50 μg）下才会出现显著升高，但仍维持在正常水平内。肾功能指标肌酐（CREA）无明显异常，心功能指标肌酸激酶同工酶（CK-MB）偶有短暂升高，也都在正常生理范围内。各主要脏器切片的HE染色结果显示组织均无损伤或炎症。
图3 MPXV特异性抗原mRNA-LNP疫苗小鼠安全性评价
对于从2022年开始的人类猴痘(hMPX)疫情，迫切需要一种猴痘疫苗。本研究开发了一系列基于mRNA-脂质纳米粒(mRNA-LNP)的候选疫苗，它们编码了一组高度保守的猴痘病毒(MPXV)表面蛋白，A29L、A35R、B6R和M1R，分别参与病毒的附着、进入和传播过程，它们与天花病毒(VACV)的A27、A33、B5和L1有同源性。尽管这四个抗原mRNA-LNP可能在免疫原性上存在差异，但单独接种这些抗原mRNA-LNP（5 μg）或以低剂量的混合物形式接种（各0.5 μg），均能引发MPXV特异性IgG抗体和强效的VACV特异性中和抗体。此外，两剂5 μg的A27、B5和L1 mRNA-LNP或四个抗原mRNA-LNP的2 μg平均混合物，在接种疫苗后保护小鼠免受体重减轻和死亡的影响。总体而言，这些抗原mRNA-LNP候选疫苗对于MPXV以及其他痘病毒属引起的疾病都是安全且有效的。
本文来源：iNature