环状二磷酸腺苷磷酸二酯酶纳米疫苗：对抗洋葱伯克霍尔德菌感染的新希望

时间：2025年2月3日

来源：npj Vaccines

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洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cenocepacia）可致免疫低下患者严重感染，治疗困难。研究人员开展基于反向疫苗学筛选疫苗候选物的研究，发现环状 - 二 - 单磷酸腺苷（cyclic-di-AMP）磷酸二酯酶是有潜力的疫苗候选物，为防控感染带来希望。

在医学的微观战场上，一场与细菌的较量正悄然进行。洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cenocepacia）这个隐藏在暗处的 “敌人”，专门对免疫功能较弱的人群发起攻击，引发威胁生命的感染。对于囊性纤维化（CF）和慢性肉芽肿病（CGD）患者来说，它更是如影随形的噩梦。而且，由于该菌对多种抗生素具有耐药性，传统的抗菌药物在它面前常常束手无策，现有的治疗手段难以彻底清除感染，患者的生命健康受到极大威胁。在这样严峻的形势下，开发新的预防策略迫在眉睫，疫苗成为了人们寄予厚望的 “秘密武器” 。

埃及多个研究机构的研究人员挺身而出，踏上了探索新型疫苗的征程。他们的研究成果发表在《npj Vaccines》上，为这场抗菌之战带来了新的曙光。研究人员发现，环状 - 二 - 单磷酸腺苷（cyclic-di-AMP）磷酸二酯酶（WP_012493605.1）是一种极具潜力的疫苗候选物，它能在 BALB/c 小鼠体内激发 IgG 和 IgA 抗体，以及 Th1、Th2 和 Th17 细胞免疫反应，有效保护小鼠免受洋葱伯克霍尔德菌的感染。这一发现为拯救那些感染高危人群的生命提供了新的希望。

为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。在筛选疫苗候选物阶段，他们借助生物信息学和免疫信息学工具，对大量蛋白质序列进行分析。通过预测蛋白质的亚细胞定位、与宿主蛋白质的同源性、黏附概率、化学稳定性、抗原性等特性，层层筛选出潜在的疫苗候选蛋白。之后，利用克隆技术获取目标蛋白，并将其与壳聚糖 - 果胶纳米颗粒（CS:P NPs）结合制备纳米疫苗。在动物实验中，对小鼠进行免疫接种，通过检测血清和黏膜抗体水平、细胞因子表达以及细菌清除率等指标，评估疫苗的免疫效果。

下面来看具体的研究结果：

潜在疫苗候选物的鉴定：研究人员从 UniProtKB 数据库中获取洋葱伯克霍尔德菌 J2315 的 6993 个蛋白质序列，运用 PSORTb、Vaxign、Expasy ProtParam 等多种生物信息学工具，根据蛋白质的亚细胞定位、与宿主蛋白质的同源性、黏附概率、化学稳定性、抗原性等标准进行筛选。经过多轮筛选，最终确定了 WP_006481710.1（LY）、WP_012493605.1（KT）和 WP_006492970.1（BD）这 3 种蛋白质作为潜在的疫苗候选物，并对它们进行了三维结构预测，证实其表面有可与抗体结合的暴露表位。
重组蛋白的克隆与表达：研究人员以洋葱伯克霍尔德菌 J2315 的基因组 DNA 为模板，通过 PCR 扩增出编码 LY、KT 和 BD 蛋白的基因片段，将其克隆到 pET22b (+) 载体中，并转化到大肠杆菌 Top 10 和 BL21 (DE3) 中进行表达。经过纯化，成功获得了 6x - His - LY、6x - His - KT 和 6x - His - BD 重组蛋白。
纳米颗粒的制备与表征：制备了负载重组蛋白的壳聚糖 - 果胶纳米颗粒（CS:P NPs），并对其进行表征。结果显示，纳米颗粒呈球形，粒径小于 300nm，适合鼻内给药。其中，6x - His - LY - CS:P NPs、6x - His - KT - CS:P NPs 和 6x - His - BD - CS:P NPs 的蛋白负载率分别为 71.5%、78% 和 84%。
免疫反应与保护效果评估：用制备的纳米疫苗对 BALB/c 小鼠进行免疫接种，接种方案为一次皮下免疫和两次鼻内加强免疫。免疫后检测发现，接种疫苗的小鼠血清 IgG 和支气管肺泡灌洗液（BAL）中 IgA 水平显著高于对照组，表明疫苗激发了系统和黏膜免疫反应。同时，免疫小鼠脾细胞分泌的白细胞介素 - 6（IL - 6）、白细胞介素 17A（IL - 17A）和肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）等细胞因子水平也显著升高，说明疫苗诱导了细胞免疫反应。此外，接种疫苗小鼠的血清具有杀菌活性，能有效减少洋葱伯克霍尔德菌的菌落数量。在肺部清除实验中，接种疫苗的小鼠肺部细菌载量显著降低，表明疫苗能有效保护小鼠免受洋葱伯克霍尔德菌的肺部感染。

综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。反向疫苗学在筛选洋葱伯克霍尔德菌疫苗候选物方面展现出了高效性，大大节省了时间和精力。组合式的全身和鼻内免疫接种方式，成功激发了小鼠的系统、黏膜和细胞免疫反应，为开发针对洋葱伯克霍尔德菌感染的有效疫苗提供了新的策略。尤其是 6x - His - KT - CS:P NPs 纳米疫苗表现突出，能诱导高水平的黏膜抗体、系统抗体和 IL - 17A，这可能是其有效清除感染肺部细菌的关键原因。不过，研究也存在一定的局限性，后续还需要进一步研究该疫苗对临床分离的洋葱伯克霍尔德菌以及其他洋葱伯克霍尔德菌复合体成员的有效性，以及在 CF 小鼠模型中的保护作用，从而为将这一研究成果真正应用于临床治疗奠定更坚实的基础。