导读:宫颈癌是全球女性第四大常见癌症,约90%的宫颈癌由人乳头瘤病毒(HPV)引起。预防性HPV已大规模流程接种,但对于已经感染HPV的人群,目前市场上还没有治疗性HPV疫苗上市。治疗性HPV疫苗中进展最快的一批已处于III期临床,如NOVIO研发的HPV DNA疫苗VGX-3100。NOVIO采用的电穿孔递送方式是DNA疫苗开发推广的主要限制因素。
随着mRNA新冠疫苗的成功,基于可电离脂质的LNP递送系统得到越来越的认可。目前,经FDA批准上市的基于LNP递送系统的药品有四款,一种用于递送siRNA(Patisiran) ,其余三种用于递送mRNA(BNT162b2、mRNA-1273及mRESVIA)。那么,LNP能否用于DNA疫苗的递送呢?
2024年6月17号,北京大学人民医药妇产科魏丽惠团队在Vaccine上面发表文章:Lipid Nanoparticles Outperform Electroporation in Delivering Therapeutic HPV DNA Vaccines,他们证实相比于电穿孔,采用LNP递送HPV DNA疫苗可实现更高的递送效率和更强的免疫治疗效果。
01
研发背景
宫颈癌是全球女性第四大常见癌症,全球新发病例为60.4万例,死亡病例为34.2万例。约90%的宫颈癌由HPV引起,70%由HPV-16和18等高危基因型引起。HPV预防性疫苗产生针对衣壳蛋白L1的中和抗体,有效预防HPV感染,并为未暴露的女性提供实质性保护。然而,对于已经感染HPV的患者,预防性疫苗缺乏治疗效果。目前市场上还未有治疗性HPV疫苗上市,一些候选治疗性HPV疫苗主要针对HPV16和HPV18的早期蛋白E6和E7,旨在在刺激E6和E7特异性CD8+T细胞的产生,这些CD8+T细胞在消除HPV感染的宿主细胞方面起着至关重要的作用。
目前,国内拿到NMPA临床试验批件的治疗性HPV mRNA疫苗有3个:RG002(仁景生物),ARC01(远大奥罗),AFN0328(阿法纳)。实际上,NOVIO研发的VGX-3100HPV治疗性DNA疫苗早已进入三期临床。相比mRNA疫苗,DNA疫苗最大的优点稳定性高,更加易于生产,但是,也存在一个非常严重缺陷—直接肌内注射的免疫原性差。为解决这一问题,NOVIO公司采用电穿孔(EP)给药,EP增加细胞膜通透性,促进DNA疫苗进入细胞,从而提高转染效率并增强免疫原性。当然,这也EP给药方式也带来一系列的问题:引起肌肉收缩、注射部位疼痛、不可逆的细胞损伤,并且需要专门的设备。
因此,魏丽惠团队关注于这一临床痛点,开发了一种用于DNA疫苗的LNP递送载体。他们以高危型HPV-16和HPV-18的E6/E7为抗原靶点,将编码 HPV16 E6/E7 或 HPV18 E6/E7 的 DNA 序列插入AVL0318质粒中,采用三种不同的LNP体系(MC3、ALC-0315及SM102)包封质粒,构建HPV16或者HPV18治疗性疫苗。检测三种不同给药方式下疫苗诱导的免疫反应:
·直接肌内注射裸质粒(IM)
·肌内注射裸质粒+电穿孔(EP)
·肌内注射LNP包封的裸质粒
02
LNP的递送效率评估
根据LNP递送的DNA质粒的临床前体内实验,选择的治疗剂量为10μg。HPV16E6/E7和空载体(EV)裸质粒每周IM注射1次,共3次。最后一次给药后一周,收获脾细胞并用 E6/E7 肽池再刺激,然后通过 ELISpot 检测的 IFN-γ 分泌来评估细胞免疫反应。与空载体免疫组小鼠相比,无论是采用16E6肽池还是16E7肽池刺激,16E6/E7裸质粒注射组小鼠脾脏分泌的免疫斑点数量要明显更高。然而,对HPV18E6/E7裸质粒肌内注射组小鼠脾脏分泌的免疫斑点数量与空载组无显著差异。
为进一步增强HPV DNA疫苗的免疫作用,研究人员在小鼠体内肌内注射裸HPV18E6/E7质粒后进行电穿孔,以直接肌内注射为对照。与直接肌内注射裸质粒的小鼠免疫组相比,采用肌内注射裸质粒+电穿孔(EP)免疫小鼠的脾脏分泌的免疫斑点数量明显要高于只用肌内注射方式免疫小鼠组。上述实验表明,与直接肌内注射相比,肌内注射加电穿孔可显著增强裸质粒HPV DNA疫苗的免疫效果。
03
DNA-LNP疫苗的免疫反应
接下来,研究人员想知道如果采用LNP包封质粒DNA是否会更进一步增强HPV DNA疫苗触发的免疫反应呢?与电穿孔注射免疫小鼠相比,ALC-0315 LNP递送的18E6/E7质粒免疫小鼠脾脏在18E6肽池或者E7肽池刺激下分泌的免疫斑点数量明显更高。上述实验表明,与电穿孔给药相比,ALC-0315 LNP B包封质粒给药可显著增强HPV DNA疫苗的免疫效果。
04
DNA-LNP递送组分的筛选优化
既然ALC-0315 LNP递送HPV DNA疫苗的免疫效果优于电穿孔递送,那是否还可以找到递送效果更好的LNP呢?
研究人员用DLin-MC3-DMA LNP(A) 、ALC-0315 LNP(B) 和SM-102 LNP (M)三种商业化的LNP分别递送HPV DNA疫苗,并对其粒径、PDI及包封效率展开检测。三种包封HPV16E6/E7质粒和HPV18E6/E7质粒的LNP粒径均在66.11-98.28 nm,PDI在0.087-0.206之间,包封效率均超过98%。
首先在体外检测了HPV DNA LNP在细胞水平表达HPV16或HPV18 E7蛋白的情况。结果显示,DLin-MC3-DMA LNP A组的蛋白表达水平较低(分别为1.87%和0.49%),ALC-0315 LNP B组蛋白表达水平较高(分别为39.1%和22.4%),SM-102 LNP M组蛋白表达水平最高(分别为69.0%和64.2%)。
与裸质粒注射组相比,采用HPV DNA LNP免疫组小鼠是否都可诱导有效的免疫反应呢?采用HPV16 E6肽池再刺激时,SM-102 LNP M组免疫小鼠分泌的斑点数同裸质粒注射组相比出现明显增加。采用HPV16 E7肽池再刺激时,SM-102 LNP M组和ALC-0315 LNP B组免疫小鼠分泌的斑点数同裸质粒注射组相比出现明显增加。这些数据表明,ALC-0315 LNP B和SM-102 LNP M,但不包括DLin-MC3-DMA LNP A包封的HPV16 E6/E7 DNA疫苗可成功诱导HPV 16 E6和E7抗原特异性免疫反应。相反的是,研究人员发现DLin-MC3-DMA LNP A、ALC-0315 LNP B和SM-102 LNP M包封的HPV18 E6/E7 DNA疫苗均显著诱导HPV18 E6和E7抗原特异性免疫反应。
综上所述,在用多肽库刺激HPV DNA疫苗免疫小鼠脾脏时,SM-102 LNP M组的斑点数最多,ALC-0315 LNP B组的斑点数较少,DLin-MC3-DMA LNP A组的斑点数最少,这些结果与体外细胞转染效率呈正相关。也就是说,不同LNP包封的HPV DNA疫苗表现出不同的免疫作用。在这项研究中,用于递送HPV DNA疫苗的SM-102 LNP 显示出最强的免疫效应。
ELISpot 检测到的 IFN-γ水平反映了 HPV 抗原特异性 T 细胞对治疗性 HPV DNA 疫苗的反应。直接IM注射的裸HPV DNA疫苗只能诱导非常低的免疫反应。肌内注射加电穿孔增强了裸HPV DNA疫苗的免疫效果。用于递送HPV DNA疫苗的LNP封装(例如ALC-0315 LNP B和SM-102 LNP M)显示出很强的免疫作用。总之,LNP包封是递送治疗性HPV DNA疫苗的最佳方法。
05
总结
目前市场上没有治疗性HPV疫苗,最有希望的候选药物是DNA疫苗VGX-3100,它已经完成了两项III期试验。这些试验表明,VGX-3100已达到其主要终点,表明它可能成为市场上第一种治疗性HPV疫苗。VGX-3100 靶向 HPV16 和 HPV18 的 E6/E7 蛋白,通过电穿孔通过肌内注射给药。这种方法包括肌肉注射疫苗,然后使用专门的电穿孔装置通过产生电场脉冲来增强细胞摄取,从而增强疫苗的免疫反应。
肌内注射联合电穿孔确实可以增强治疗性HPV疫苗的免疫效果。然而,治疗性HPV疫苗的实际接种存在三个缺点:(1)电穿孔给药可能会引起肌肉收缩或疼痛,导致明显的不适和患者依从性降低;(2)对专用电穿孔设备的要求增加了疫苗给药的整体成本;(3)基于电穿孔的给药需要对医务人员进行专门培训,以确保正确给药。操作不当可能会导致严重的局部电池损坏甚至死亡。因此,基于电穿孔技术的治疗性HPV疫苗的推广将面临一定的困难,特别是在低收入和中等收入国家。
这项研究为解决电穿孔接种方式的限制性,采用LNP包封HPV DNA质粒,并且发现LNP介导的HPV DNA疫苗触发的免疫反应要明显强于电穿孔递送方式。并且,发现不同LNP介导的PV DNA疫苗在小鼠体内触发的免疫反应是不相同的,SM-102 LNP 是递送治疗性HPV DNA疫苗最有效的材料。采用LNP包封质粒DNA疫苗可简化和加速DNA疫苗接种过程,提升疫苗免疫效果,未来一定会加速以质粒为载体的药物或者疫苗的临床转化应用。
参考文献
[1] Li M, Liu L, Li X, Li J, Zhao C, Zhao Y, Zhang X, He P, Wu X, Jiang S, Wang X, Zhang X, Wei L. Lipid Nanoparticles Outperform Electroporation in Delivering Therapeutic HPV DNA Vaccines. Vaccines (Basel). 2024 Jun 17;12(6):666. doi: 10.3390/vaccines12060666.
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