Pneumococcal polysaccharide conjugate vaccine

在过去22年中，针对越来越多的肺炎链球菌类型（7价、10价、13价、15价、20价）的多价疫苗已经获得许可。尽管出现了非疫苗血清型，但多糖蛋白结合疫苗的使用在降低侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）发病率方面发挥了关键作用。然而，尽管取得了成功，仍存在一些弱点，需要不断改进肺炎球菌疫苗接种。 例如，尽管肺炎球菌结合疫苗中包含某些血清型，但仍存在与这些血清型相关的挑战。特别是，肺炎链球菌3型在一些国家仍然是侵袭性肺炎球菌疾病的主要原因。血清型3的荚膜不是共价连接到细菌表面，导致不断释放多糖，这可能导致远离细菌表面的荚膜结合抗体的杀菌能力降低。此外，血清型3的病例携带者比例高，儿童已被证明携带高水平的血清型3抗体，但携带持续时间较短。 本文深入回顾了已获许可的肺炎球菌结合疫苗和目前正在临床开发的其它候选疫苗的优势和劣势。例如，13价、15价和20价疫苗能够预防更多的血清型，从而提供更广泛的保护。然而，这些疫苗在某些特定血清型（如血清型3）的保护效果上仍存在不足。此外，疫苗的制造成本和血清型替代现象也是需要考虑的因素。 简介 肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae，Spn）是一种重要的人类病原体，被公认为社区获得性肺炎（CAP）、中耳炎、败血症和脑膜炎（统称为侵袭性肺炎球菌疾病 [IPD]）的病原体。Spn仍然是全球发病率和死亡率的主要原因，五岁以下儿童中5%的死亡率是由肺炎球菌感染引起的。肺炎球菌是呼吸道的常见菌，定植于5–90%健康人（20–60%的学龄儿童和5–10%的成人）的鼻咽部。 Spn会产生多种与疾病过程有关的毒力因子，其中多糖荚膜是侵入宿主并引起疾病所需的最重要的毒力因子。荚膜对于肺炎球菌的生存至关重要，因为它可以保护细菌免受补体的侵害，并防止吞噬细胞随后杀死它。此外，Spn还通过PspA和PspC等表面蛋白与宿主乳酸脱氢酶结合，增强其毒力。这些毒力因子共同作用，使得Spn能够在宿主体内成功定植并引发感染。 肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae，Spn）合成100多种荚膜多糖（CPS），根据构成每种血清型的独特聚糖成分和连接进行分类。其中，有23种血清型导致了全球80-90%的侵袭性肺炎球菌感染。这些血清型的分布和流行情况对疫苗的开发和应用具有重要意义。例如，随着疫苗的使用，某些血清型可能会减少，而其他未被疫苗覆盖的血清型可能会增加，这种现象称为血清型替换。 近年来，针对多种肺炎链球菌（Spn）血清型的肺炎球菌多糖疫苗（PPV）和肺炎球菌结合疫苗（PCV）已经得到开发，并广泛用于预防肺炎球菌疾病。自1970年代以来，已开发出几种含有6至23种血清型的荚膜多糖的PPV。目前，全球许多国家仅批准使用23价PPV，建议用于65岁及以上的个人以及患有慢性心血管疾病和糖尿病等合并症的2至64岁个人。PPV23对免疫功能正常的成人预防侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）的有效率通常在56%到81%之间，但在免疫功能低下的个体中有效率较低。该疫苗能够减轻社区获得性肺炎（CAP）的严重程度，但不能预防CAP，也不能降低非侵入性肺炎的发病率。此外，PPV23对2岁以下儿童无效，不会产生免疫记忆，也不会导致携带率降低。 为了提高疫苗对儿童的有效性，开发了PCV，其中荚膜多糖与载体蛋白结合，克服了PPV的大部分局限性。到目前为止，市场上有PCV10、PCV13、PCV15和PCV20。PCV13适用于5岁以下儿童，其预防相应疾病的效果约为95%。PCV13的接种程序通常在2、4、6月龄各接种一剂，加强免疫在12至15月龄接种一剂。PCV13的应用可显著降低儿童侵袭性肺炎球菌性疾病的发病率。 根据世界卫生组织的报告，肺炎链球菌（Spn）是四种抗菌素耐药性（AMR）重点病原体之一。针对该病原体已有许可疫苗，如肺炎球菌结合疫苗（PCV）和肺炎球菌多糖疫苗（PPV），这些疫苗在预防肺炎球菌疾病方面发挥了重要作用。为了最大限度地发挥对AMR的影响，世界卫生组织建议增加许可疫苗的覆盖率，以符合其免疫目标。 目前，全球许多国家已经将PCV纳入儿童免疫规划，但不同国家和地区的覆盖率差异较大。例如，在中国，PCV13的接种率远低于国际平均水平，且存在显著的地区差异。为了提高疫苗覆盖率，各国需要采取措施，包括提高公众对疫苗重要性的认识、改善疫苗可及性以及降低疫苗成本。此外，世界卫生组织还强调了在初级卫生保健系统中加强免疫规划的重要性，以确保疫苗接种的公平性和可持续性。 已获许可的结合疫苗：迈向更高价数 为提高疫苗对儿童的有效性，已批准使用多种肺炎球菌结合疫苗（PCV）。7价肺炎球菌结合疫苗（Prevnar，辉瑞）于2000年和2001年分别在美国和欧盟开发和获批。PCV7包含从美国七种最常见的侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）血清型中提取的荚膜多糖，并与白喉类毒素CRM197的遗传脱毒突变体结合。PCV7的使用导致幼儿IPD病例迅速减少，成人肺炎球菌感染率也显著下降。在美国，2004年（即疫苗引入后），1岁以下儿童的IPD发病率降低了77%，1岁儿童降低了83%，2岁儿童降低了73%。在美国人口中，急性中耳炎等非侵入性肺炎球菌感染的发病率也有所下降（-20%）。 由于PCV7施加的选择压力，疫苗中未包括的其他血清型（如19A血清型）成为问题。这一过程称为血清型替代，推动了PCV10（Synflorix，葛兰素史克）和PCV13（Prevnar 13，辉瑞）的开发，这两种疫苗自2009年以来一直在市场上销售。这些疫苗包含PCV7中的7种肺炎球菌荚膜多糖血清型，加上根据全球肺炎球菌病流行病学的发展而选择的3或6种额外血清型。另一种10价PCV疫苗（Pneumosil，印度血清研究所）的血清型与PCV10和PCV13重叠，于2019年通过了世界卫生组织的预认证。 总体而言，PCV10和PCV13可减少疫苗类型的鼻腔定植，并在人群中产生群体免疫。尽管PCV10和PCV13血清型的主要选择标准是基于疾病负担，但也包括与抗生素耐药性相关的血清型。多项研究表明，目前的PCV在降低耐药感染的流行率方面非常有效。在美国首次使用PCV五年后，2岁以下儿童由多重耐药（MDR）菌株引起的IPD减少了84%，65岁以上成人由青霉素耐药菌株引起的IPD减少了49%。在南非，使用PCV使儿童耐青霉素肺炎球菌病的发病率降低了82%，由青霉素敏感菌株引起的疾病减少了47%。 为了进一步提高覆盖率，美国食品药品监督管理局（FDA）最近批准了默克和辉瑞的PCV15和PCV20，它们含有15或20种不同的血清型，已显示出在减少急性中耳炎、非菌血症性肺炎和鼻窦炎等非侵入性疾病方面发挥了作用。然而，除非覆盖率达到一个临界点，从而防止血清型替代，否则这些疫苗的有效性将逐渐减弱。即使这在技术上可行，疫苗的生产成本也会使研发面临挑战，特别是在发展中国家。一个合理的解决方案是根据最相关的传播IPD血清型不断改变配方。计算机模拟表明，根据最新的流行病学数据调整疫苗组成有望减轻IPD负担，但疫苗不能完全根除人群中的肺炎球菌定植。 所有已获批准的结合疫苗均采用CRM197作为载体蛋白，但Synflorix疫苗除外。在Synflorix中，针对血清型1、5、6B、7F、9V、14、23F和4的结合物使用蛋白D作为载体，针对血清型18C的结合物使用破伤风类毒素（TT）作为载体，而针对血清型19F的结合物则使用白喉类毒素（DT）作为载体。 疫苗效力不一致 结合疫苗在预防感染方面取得了一定的成功，但其对不同肺炎球菌血清型的效力存在差异。对于某些血清型，已获批准的疫苗诱导的、通过细菌调理吞噬杀灭（OPK）检测到的功能性抗荚膜多糖（CPS）抗体水平并不理想。这包括血清型1、3和5，我们将在后续段落中进一步探讨。 血清型1 普遍观点认为，带负电荷和中性的多糖属于2型T细胞非依赖性抗原（TI-2，或胸腺非依赖性2型抗原），这包括大多数肺炎球菌荚膜多糖（CPS）。TI-2多糖无法招募CD4+ T细胞的帮助，因为它们不与主要组织相容性复合体II类（MHC-II）分子相互作用。 然而，某些类型的聚糖，尤其是那些带有双电荷或两性电荷基序的聚糖，确实能够通过传统的 MHCII 途径激活 T 细胞。1 型肺炎链球菌的多糖荚膜（Spn-1）（图 1）是这些分子中研究最为深入的。研究表明，即使在没有载体蛋白结合的情况下，Spn-1 也能通过 MHC-II 途径被抗原呈递细胞加工和呈递，从而引发 Spn-1 诱导的 T 细胞增殖。 然而，在最近的一项研究中，Spn-1 多糖与其它多糖一样，未能在人类中诱导记忆 B 细胞的形成。研究人员利用了一项随机临床试验中成年人的外周血单核细胞，该试验旨在研究接种 23 价肺炎球菌多糖疫苗后的记忆 B 细胞反应。接种含有血清型 1 的疫苗后，血清型 1 抗原特异性的预先存在的记忆 B 细胞数量较基线有所减少。这一发现表明，这种两性离子多糖并非通过 MHC-II 通路中的经典 T 依赖性机制进行处理。 此外，Bjarnarson等人的研究显示，在新生小鼠模型中，两性离子多糖（如血清型1的肺炎球菌多糖）和非两性离子多糖（如血清型19F的肺炎球菌多糖）在加强注射后均表现出较低的免疫反应性。 肺炎链球菌血清型 1 荚膜多糖重复单元示意图 →4)-α-D-Gal p A2/3Ac-(1→3)-α-D-Gal p A-(1→3)-D-AAT-α-Gal p -(1→。 与在没有结合的情况下预期的免疫活性相反，市场上销售的含有 Spn-1 的结合疫苗会诱导低水平的功能性抗 CPS 抗体，该血清型是撒哈拉以南非洲脑膜炎的主要原因。 这种情况可能源于在化学活化和与载体蛋白结合过程中，保护性表位被掩盖。血清型 1 的肺炎链球菌荚膜多糖（CPS）包含一种不寻常的单糖——2-乙酰氨基-4-氨基-2,4,6-三脱氧-D-半乳糖（D-AAT），该单糖具有游离胺基（图 1）。由于市售结合疫苗的生产通常采用还原胺化（如 Prevenar）或 1-氰基-4-二甲氨基吡啶活化化学（如 Synflorix、Pneumosil），这些化学反应可能会与游离胺基发生反应，导致 D-AAT 的一部分发生化学衍生化，从而降低疫苗的效力。此外，在生产过程中，多糖可能会发生解聚，例如通过高碘酸钠介导的二醇氧化，这也可能导致疫苗效力的进一步下降。 血清型5 据报告，血清型 5 的肺炎链球菌（Spn-5）是全球儿童侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）的第五大常见血清型。此外，在加拿大温哥华，与该血清型（多位点序列型 MLST 289）相关的大量 IPD 群体被发现，导致 2005 年至 2009 年间该疾病在加拿大西部大规模爆发。目前市场上销售的肺炎球菌结合疫苗在预防 Spn-5 感染方面存在一定的局限性，这主要归因于疫苗结合后的稳定性问题。通过分析多糖的重复单元，可以轻易识别 Spn-5 在与载体蛋白结合过程中不稳定的根本原因（图 2）。血清型 5 的重复单元由 5 种不同的残基组成，其中 3 种构成多糖的主链，另外 2 种则是与中心 N-乙酰-L-岩藻糖胺相连的分支的一部分。除了 D-葡萄糖（主链的一部分）和 D-葡萄糖醛酸（分支的一部分）之外，两种稀有的脱氧氨基残基构成了完整的结构：N-乙酰-L-胞嘧啶胺（L-PneuNAc）和 2-乙酰氨基-2,6-二脱氧-D-木糖-己糖-4-酮糖（Sug p）。 肺炎链球菌血清型 5 荚膜多糖重复单元示意图 具体而言，酮胺糖（作为骨架的一部分）的不稳定性是结合疫苗生产中的主要问题。事实上，在允许多糖附着到载体蛋白上的还原胺化反应中，该糖的酮基可能会部分或完全还原。在常规的还原胺化条件下，绝大多数的Sug残基会消失，被三种可能的化合物所取代：N-乙酰-D-奎诺糖胺（QuiNAc，酮基还原为醇基）、N-乙酰-D-岩藻糖胺（FucNAc，QuiNAc的异构体）以及由Sug残基大量转化产生的第三种副产物。研究表明，Sug化合物转化为第三种副产物对多糖的免疫原性有负面影响，即使这种转化只是部分的，而QuiNAc或FucNAc的转化则没有明显影响。为了解决这一问题，已经尝试了多种方法，尤其是通过改变结合条件。一种可能的改进是将还原胺化反应的pH从8调整为更酸性的pH（4到6.5之间），与传统方法相比，Sug残基的修饰程度至少降低了65%，从而对结合物的免疫原性影响较小。另一种方法是使用强还原剂（如NaBH4）将Sug完全转化为QuiNAc或FucNAc，还原酮基。然而，必须将还原的多糖碎裂以重新引入末端醛基，同时防止在随后的还原胺化过程中发生任何修饰。Seeberger及其同事合成了一系列类似于Spn-5重复单元的寡糖。具体来说，含有二级醇的片段取代了Sug残基的不稳定酮基，其产生的抗体滴度远高于多价Prevnar13疫苗，并且具有显著更高的吞噬杀伤特性和强大的免疫记忆。他们还用兔和人参考血清证明了该分支，特别是PneuNAc残基，主要参与抗体识别和亲和力，证实了替换Sug的非必需、不稳定酮基不会影响免疫原性，从而产生了一种有希望的、更稳定的疫苗候选物。 血清型 3 血清型3是一个特别值得关注的问题。尽管非疫苗血清型的出现，肺炎球菌结合疫苗（PCV）在降低侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）发病率方面发挥了重要作用。然而，尽管血清型3的分离株已被纳入13价PCV疫苗，由其引起的疾病发病率并未显著下降，且疫苗对该血清型的有效性不显著，导致在一些疫苗效力研究中被记录为非疫苗类型。血清型3能够产生大量的荚膜。与绝大多数其他血清型不同，血清型3的荚膜并非共价附着于细菌表面，从而导致多糖的持续释放。这可能导致远离细菌表面的荚膜上结合的抗体诱导细菌杀灭的能力较低。此外，与IPD相关的其他血清型相比，血清型3的病例携带者比例较高，且有研究表明儿童携带高水平的3型血清型抗体，推测是由于自然暴露率高，但携带持续时间短，支持该血清型具有高度侵袭性的说法。 肺炎链球菌血清型 3 荚膜多糖重复单元示意图 →3)-β-D-Glc p A-(1→4)-β-D-Glc p -(1→. 此外，该多糖的化学结构（图3）赋予其特定的特性，例如在琼脂平板上生长时呈现出“湿润”或粘液状的外观，这可能表明其对体内吞噬细胞的杀灭作用具有特殊的抵抗力。 Choi等人对PCV13的血清型特异性保护作用进行了评估。研究结果显示，0.2 µL的血清型3细菌培养上清液足以抵消被动免疫小鼠中疫苗诱导的抗体的保护作用。据估计，PCV需要产生超过八倍的抗体才能对血清型3的侵袭性疾病提供保护。值得注意的是，由血清型3引起的疾病特别严重，包括肺炎并发症和不良心脏事件。 缺乏交叉保护 鉴于肺炎球菌荚膜多糖（CPS）种类繁多，理解其交叉保护机制对于确定疫苗配方的最佳策略和评估疫苗效力至关重要。实际上，在众多 CPS 中，部分血清型因结构相似性足以引发抗体的交叉保护，如血清型 6、19 和 10（图 4）。 在血清型 6A、6B、6C 和 6D 中，尽管它们的结构存在细微差异，但 Spn-6A 和 Spn-6B 是具有最大临床意义的血清型。Spn-6B 和 Spn-6A 的多糖（图 4）呈线性共聚物形式，它们在单一结合点上存在差异，且已证实 6B 血清型能够诱导出与 6A 血清型发生交叉反应的抗体。6B 和 6A 血清型均为常见的感染源，但由于 6B 血清型相较于 6A 血清型具有更佳的水解稳定性，早期商业化的肺炎球菌疫苗仅包含 6B 血清型，作为 6 血清群的唯一代表。然而，研究发现，尽管含有 6B 血清型的疫苗能够诱导出与 6A 型发生交叉反应的抗体，但并非所有抗 6B 抗体都具备功能性交叉反应能力。 在过去的十年里，合成方法已被用来生产多种 Spn 血清型共有的糖结构。将 Spn-6B 的合成糖片段与海兔血蓝蛋白 (KLH) 结合，可以在小鼠和兔子体内诱导出能够与 6B 和 6A 血清型发生交叉反应的抗体，并促进对 6A 和 6B 肺炎球菌血清型微生物细胞的吞噬作用。 Spn-19A和Spn-19F多糖是另一种由非常相似的重复单元组成的血清型，仅在糖苷键的位置上有所不同（图4）。然而，接种仅含19F血清型的肺炎球菌疫苗后，19A血清型引起的感染数量增加，这似乎表明两种血清型之间不存在抗体交叉保护，可能是因为两种多糖链之间的构象差异所致。 几年前，合成了一种由Spn-19A和Spn-19F重复单元组成的嵌合抗原，并将其与CRM197结合。这种结合物在家兔身上测试，能够诱导高抗体滴度，可识别天然血清型19A和19F，并能够杀死两种肺炎球菌菌株。其他研究人员合成了一个小型化合物库，包含Spn-19F和19A重复单元中常见的二糖ManNAc-β-(1→4)-Glc的不同组合，通过微阵列形式证明，在针对Spn-19F或Spn-19A免疫的兔子的参考血清中的抗体能够强烈识别上游末端磷酸化的二糖。 血清型10包含5个变体：10A、10B、10C、10F和最近发现的10D。其中，Spn-10A已被纳入最新一代PCV，是最常见的。Spn-10A、Spn-10B、Spn-10C和Spn-10F由具有呋喃半乳糖、吡喃半乳糖、N-乙酰半乳糖胺和核糖醇磷酸骨架的重复单元组成，主要区别在于核糖醇磷酸骨架上的糖苷键位置以及侧链替换（图4）。新的10D血清型与其它血清型相比，其骨架有显著不同。Spn-10A、Spn-10B、Spn-10C和Spn-10F血清型之间的交叉反应很复杂，结构原因尚不明确，针对某一血清型产生的血清型特异性兔抗血清可以识别其他血清型，尽管亲和力较低。Ravenscroft和Kuttel最近发表了一项分子建模研究，结合相关血清学研究，支持将10A血清型纳入疫苗中，以最好地预防10血清型疾病。 具有相似结构的肺炎链球菌血清型示意图，预期具有交叉保护作用：（A） Spn-6A 和 Spn-6B；（B） Spn-19A 和 Spn-19F；（C） Spn-10A、Spn-10B、Spn-10C 和 Spn-10F。 PCV 对中耳炎的影响 遗憾的是，尽管疫苗在预防侵袭性疾病方面取得了显著成效，但其在粘膜部位（例如肺炎和中耳炎）的效果相对较弱。与许多其他成功的细菌病原体相似，肺炎链球菌（Spn）会经历相变过程，在这一过程中，其表面成分会随机地从高表达水平转变为低表达水平。 不同解剖位置中特定相变体的出现频率是宿主环境中解剖位置特异性选择压力的结果。研究发现，粘膜表面的细菌比血液中分离的细菌具有更少的包囊，从而使得表面粘附素暴露出来，因此，针对包囊的抗体在促进粘膜水平的调理吞噬作用方面效果不佳。除了这种对生态位的遗传适应外，新发现的包囊脱落现象也会降低抗包囊抗体的效果。进入肺部后，肺炎链球菌（Spn）会遇到抗菌肽，为了防御，细菌会在几个小时内脱落大部分包囊，在这种情况下，这可能会降低基于包囊的疫苗接种的效果。 在急性中耳炎（AOM）感染中，也观察到了一些血清型的特异性表现。AOM 是儿童上呼吸道感染的重要疾病，也是导致就医和抗生素处方的主要原因。血清型 19A ST320 似乎是导致肺炎球菌乳突炎（AOM 的一种化脓性并发症）的主要因素，即使采用高剂量的 β-内酰胺类抗生素进行治疗，该血清型仍会导致症状持续存在。 在台湾，尽管 PCV7 疫苗的接种率不高，但 Spn-19A ST320 克隆株却相当普遍。在 5 岁以下儿童中，大约 50% 的侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）病例是由 Spn-19A ST320 引起的。在 2009 年至 2012 年间对 0-18 岁急性中耳炎（AOM）患者进行的中耳液取样的回顾性研究中，在 436 例病例中有 108 例（占 24.8%）检测到肺炎球菌引起的 AOM。其中，血清型 19A ST320（占 58.8%）是与 AOM 相关的最常见血清型。 在西班牙进行的另一项研究中，分析了 PCV13 疫苗引入前后肺炎球菌中耳炎的流行病学变化。在 2008 年至 2016 年间，从 2653 名 14 岁以下中耳炎儿童中收集了中耳渗出物样本，并在其中 235 例（占 8.9%）病例中分离出肺炎链球菌。对 204 株可用的分离株进行了血清型分析，这些分析分布在三个为期 3 年的时期：一个在 PCV13 引入之前，另外两个在 PCV13 引入之后。研究结果表明，PCV13 的引入确实改变了肺炎球菌中耳炎的流行病学特征，疫苗所覆盖的血清型发生率有所下降，与此同时，非疫苗血清型的多样性增加，以及不同地区不同单克隆株的克隆扩散现象。然而，也观察到一些例外情况，例如血清型 3 的持续存在和血清型 19F 的轻微复发。 在美国开展的一项更大规模的纵向观察研究中，研究对象为一家私人儿科诊所门诊就诊的健康儿童。研究对已完整接种 PCV13 基础系列疫苗的 30 个月以下儿童进行了随访，直至他们 30-36 个月大，通过收集中耳液（MEF）来识别急性中耳炎的发作情况。研究评估了 PCV7 和 PCV13 共有的血清型（4、6B、9V、14、18C、19F 和 23F）以及 PCV13 独有的另外六种血清型（1、3、5、6A、7F 和 19A）在 AOMEF 中的情况。对照组来自 2007 年至 2009 年进行的另一项纵向研究，其中新生儿接种了 PCV7 疫苗，在急性中耳炎发作时前瞻性地收集了 MEF，并随访至 30 个月大。 研究结果表明，PCV13 能够有效降低与肺炎链球菌（Spn）相关的急性中耳炎（AOM）病例，特别是那些由 PCV7 所不包含的六种血清型引起的病例。在 AOM 期间收集的中耳液（MEF）样本中，PCV13 所包含的六种额外血清型的检出率相对下降了 86%，而血清型 19A 的检出率则相对下降了 91%。在接种了 PCV13 的儿童的 MEF 样本中，没有发现血清型 6A 的分离株。尽管在两组人群中该血清型的发病率都很低，但并未观察到由血清型 3 引起的 AOM 儿童数量的减少。在两组中均未检测到 PCV13 中六种额外血清型中的三种，即血清型 1、5 和 7F 的分离株。值得注意的是，尽管血清型 19F 同时存在于 PCV7 和 PCV13 中，但其发病率仍然相对较高，尽管其出现频率比 PCV7 引入前要低得多。 其他基于中耳炎处方分析的研究也支持了这一发现：尽管在 PCV7 和 PCV13 引入后中耳炎的疾病负担有所减轻，但各年龄段儿童的中耳炎疾病负担仍然较高。 总体而言，这些研究支持 PCV 疫苗接种对中耳炎（OM）有部分影响，并强调了其疗效随急性中耳炎（AOM）的病因和流行肺炎球菌血清型而变化。 制备结合疫苗的新技术 尽管广泛使用肺炎球菌结合疫苗（PCV）已显著降低了相关疾病的发生率，但相关研究仍在不断推进。研究人员正在探索创新技术，以合成更高价的多糖疫苗，以提高疫苗的效力、扩大其覆盖范围并降低生产成本。实际上，由于血清型替换和向非疫苗血清型的转变，开发包含其他血清型的PCV仍是公共卫生领域的优先任务。 在现有PCV中引入额外血清型，可能导致对个别血清型的免疫反应降低，这很可能是由于载体介导的抑制作用所致。基于无细胞蛋白质合成（CFPS）平台的24价PCV（VAX-24, Vaxcyte）目前正在健康成人中进行1/2期临床试验（NCT05266456）。该方法建议使用含有多个非天然氨基酸（nnAA）的eCRM载体蛋白，这些氨基酸位于主要T细胞表位区域之外，通过点击化学对肺炎球菌多糖（CPS）进行位点特异性共价结合。这使得结合过程更加一致，提高了多糖与蛋白质的比例，从而能够纳入更多血清型，同时最大限度地减少载体介导的免疫干扰。在一项针对兔子的研究中，VAX-24显示出与Prevnar13相当的IgG反应和OPA滴度，且高于PPV23。 已成功合成血清型1、2、3、5和8的完全或半合成寡糖，并在小鼠和兔模型中证明其效果与PCV13相当或更优。合成寡糖可设计为携带接头，用于位点选择性蛋白质结合，同时保持保护性表位的完整性。化学合成的结合物可单独使用，也可作为当前PCV13制剂的补充。 此外，还开发了蛋白质荚膜基质疫苗（PCMV），以避免在多糖表位中引入不必要的修饰。PCMV的制备方法是将CPS、载体蛋白和化学交联剂混合形成聚集体，其中未修饰的CPS被固定在蛋白质基质中。PCMV的免疫原性取决于颗粒大小，较大的颗粒可能更易被抗原呈递细胞吸收。 外膜囊泡（OMV）也被提议用于展示Spn-14聚糖。OMV结合了最佳的免疫刺激尺寸、多种抗原展示和自我辅助特性。通过改造细菌使其在OMV上展示糖链，从而产生所谓的glyOMV，简化了不包括任何结合步骤的生产过程。在小鼠中，Spn-14 glyOMV诱导的IgG和调理吞噬活性与PCV13相当。 PCV无法预防非疫苗血清型和无荚膜细菌，其他限制因素包括配方复杂导致成本高、对某些血清型的免疫反应低以及需要多剂接种，因此不太可能在需求最高的发展中国家广泛使用。因此，非常需要一种能够提供广泛血清型覆盖、诱导粘膜和全身免疫、阻碍原发性鼻腔内定植以及侵袭性疾病的肺炎球菌疫苗。跨肺炎球菌血清型保守的蛋白质抗原可能为血清型限制性疫苗接种策略提供替代方案。 就对定植的影响而言，蛋白质可能起着根本性的作用。大多数已研究的肺炎球菌分离株表现出两种形态之间的相位变化，这两种形态的区别在于它们的不透明或透明菌落。在定植的初始阶段，透明变体表现出更薄的荚膜以及其它促进与宿主组织结合的特征，优于不透明变体。事实上，一旦到达上皮表面，厚荚膜的出现似乎对肺炎球菌不利，因为它会抑制粘附。此外，虽然抗荚膜抗体无法防止已经建立的鼻咽部定植，但抗肺炎球菌粘附素抗体可以部分阻断定植的启动并减少鼻咽部的肺炎球菌负担。在同一方向上，人们发现，虽然针对侵袭性肺炎球菌疾病的自然获得性免疫被认为依赖于抗荚膜抗体，但Spn在鼻咽部的定植也会诱导产生可能具有保护作用的蛋白质抗原抗体。 不幸的是，肺炎蛋白疫苗尚未在人类身上表现出很好的疗效，尽管许多此类蛋白质的临床前评估表明，免疫血清的被动转移在预防小鼠脓毒症和致死性肺炎方面有效，而且通常针对多种血清型的肺炎球菌。尽管如此，蛋白质可以被认为是肺炎球菌疫苗的附加值，可以克服肺炎球菌疫苗的一些局限性。 Affinivax公司开发了一种名为多抗原呈递系统（MAPS）的新技术平台，用于开发一种疫苗，该疫苗结合了24种肺炎球菌CPS和两种保守的肺炎球菌蛋白的融合，具有载体和抗原的双重作用。该平台利用生物素和rhizavidin之间的高亲和力、非共价结合，并将肺炎蛋白的潜力与CPS引起的保护结合起来。使用生物素-亲和素系统，蛋白质表位保持完整，从而增强了抗蛋白T细胞反应。I期试验的结果最近在II期试验中得到了证实，其中候选疫苗对与Prevnar13共有的13种血清型表现出相似或更好的IgG和OPA免疫反应。 该技术还表明，CPS和载体蛋白之间的直接共价连接不是产生T依赖性反应的必要条件，而是两种成分的共同呈递。只要CPS和蛋白质之间的相互作用在内体环境中存活下来，产生的抗原就应该能够募集T细胞帮助。非共价结合于蛋白质载体的CPS均安装在细菌大小的乳胶珠上，其行为与PCV相似。这样做的一个优点是使用肺炎球菌表面蛋白A（PspA）作为载体。 为了克服在单一疫苗中包含多种CPS类型的困难和成本，人们也在探索全细胞疫苗作为替代方案。由于安全原因和免疫后产生的复杂免疫反应，此类疫苗的开发并不那么简单。这些替代方案中的任何一种都还需要一段时间才能用于人类。 由于许多结合物以多价制剂形式结合，因此存在分析挑战 随着新型肺炎球菌疫苗中包含的多糖血清型数量不断增加，最近Affinivax和Vaxcyte在1/2期试验中发现多达24种血清型，这对疫苗生产商提出了巨大挑战，无论是在疫苗配方开发方面，还是在产品放行的分析测试方面。 为了检测单价工艺中间体（即纯化的多糖、多糖-蛋白质结合物 - 药物底物）和多价疫苗制剂（通常使用明矾作为佐剂）（药物产品），已经开发出一系列方法。 一些目前使用的检测方法可能会被先进技术所取代，以加强分析控制并简化分析流程。例如，核磁共振（NMR）技术也可用于测定纯化多糖中间体中的多糖含量。 尽管现有检测方法在单价工艺中间体（即纯化的多糖、药物底物）水平上的适用性似乎是合理可行的，即使它需要新的试剂（抗体）进行免疫测试，但对于多价药物产品的产品表征，抗原数量的增加会显著增加检测在干扰、交叉反应等方面的复杂性。还需要采用特定方法来减少每次单一检测的时间和成本。 许可策略 通过将每种血清型的免疫原性与先前获批疫苗进行比较，可以评估结合疫苗在不同年龄群体中对侵袭性肺炎球菌疾病（IPD）的效力。例如，PCV20对IPD和肺炎的效力是通过与美国已批准的肺炎球菌疫苗（PCV13和PPV23）的免疫原性比较得出的。通过调理吞噬活性（OPA）测定来测量PCV20和对照肺炎球菌疫苗引发的免疫反应。OPA测定用于评估针对肺炎球菌的功能性抗体水平。 在年龄≥60岁的成年人中，接种疫苗一个月后，PCV20诱导的所有13种匹配血清型的免疫反应不逊于PCV13诱导的血清型免疫反应。 出乎意料的是，接种PCV20后，7种额外血清型中的6种产生的免疫应答不逊于接种一个月后PPSV23中相同血清型引起的免疫应答。血清型8的应答未达到统计学非劣效性标准，但差异较小。 鉴于PCV20和PCV13在生产和配制方面的相似性，PCV13在预防疫苗型肺炎球菌IPD和社区获得性肺炎（CAP）方面的有效性为PCV20可能有效提供了依据，尤其是对13种常见血清型。尽管如此，仍计划对年龄≥65岁的成年人进行一项研究，以确认PCV20在预防7种新血清型引起的肺炎方面的临床益处。 结论 尽管肺炎球菌血清型超过100种，但目前可用的肺炎球菌结合疫苗（PCV）已覆盖了大多数致病菌株。然而，由于疫苗接种引起的血清型替换以及主要血清型的地区差异，需要扩大现有疫苗的范围，以包括更多血清型。研究仍在积极进行，旨在降低生产成本并增加血清型覆盖率，同时避免因增加价数而可能引发的免疫干扰和载体表位抑制等问题。此外，针对肺炎球菌的疫苗成本较高，成为接种的一大障碍。结合疫苗领域的进展有助于简化疫苗生产和分析，尽管所需疫苗成分复杂，但通过在疫苗配方中添加保守的蛋白质抗原，可以增强保护效果，并克服与特定肺炎球菌结构和化学性质（如血清型1和血清型5）相关的一些限制。 参考资料：F.Micoli,M.R.Romano, F.Carboni, et al., Strengths and weaknesses of pneumococcalconjugate vaccines. Glycoconjugate Journal, 2023. 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。