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摘要：追求有效的登革热疫苗已经取得了两个获批疫苗和另一个完成了第三阶段临床试验的成果。然而，每个疫苗都存在不足，这表明用于开发这些疫苗的登革热免疫知识是不完整的。疫苗试验的发现可能会完善我们对登革热免疫的理解，因为这些数据是通过实验得出的，并且是安慰剂对照的。这些试验的结果表明，仅靠中和抗体滴度不足以说明对症状性感染的保护，这暗示了细胞免疫在保护中的作用。这些发现对今后登革热疫苗的开发和应用现有疫苗以实现最大的公共卫生效益具有相关性。 1.引言 登革热是一种急性病毒性疾病，普遍存在于热带地区。据估计，每年约有1亿人受到感染。这种疾病是由四种不同的登革热病毒（DENV-1至DENV-4）中的任何一种引起的，这些病毒主要但并非仅由埃及伊蚊（Aedes aegypti）传播。这种蚊子高度适应城市环境，人类人口密度通常很高。这种与人类的密切接触和对人类血液的专一性使其成为DENV的高效传播媒介。随着A. aegypti的地理分布从热带扩展到亚热带，预计未来几十年全球登革热的负担将加剧。这种负担可能被低估了，因为除了急性疾病外，部分登革热患者还会出现长期后遗症，如疲劳、记忆力减退和注意力受损。因此，减少全球登革热的负担是一个紧迫的公共卫生优先事项。 迄今为止，A. aegypti种群的抑制是预防登革热的唯一方法。这种方法在泛美伊蚊根除计划以及古巴和新加坡的国家病媒控制计划中取得了显著的成功。然而，维持这些成功已被证明是具有挑战性的，不仅仅是因为涉及的高成本。在新加坡，长期减少DENV传播导致了一个群体免疫力低的人口，现在更容易受到流行病的影响，尽管病媒种群密度持续较低。因此，通过疫苗接种提高和维持群体水平的免疫力必须是任何成功的登革热预防计划的基石。 开发登革热疫苗的努力始于A. Sabin的基础工作。开发安全有效的疫苗的一个主要挑战是登革热病理学的复杂性。一次DENV感染后发展起来的持久适应性免疫反应是针对该DENV的；对其余三种异质DENV的保护是短暂的。此外，一次DENV感染后发展的抗体可以增强第二次异质DENV感染，增加严重登革热的风险。这种抗体依赖性增强（ADE）的DENV感染的生物学将在后面的章节中进一步阐述。为了充分保护所有四种DENV并防止ADE的风险，疫苗开发工作集中在选择能够引起对所有四种DENV类型平衡中和抗体反应的疫苗候选物上。 自Sabin的工作以来的半个多世纪后，我们现在有两种获批的活减毒四价登革热疫苗；第三种疫苗已完成第三阶段临床试验。 尽管登革热现在技术上是一种可通过疫苗预防的疾病，但仍有空间开发更多疫苗，这些疫苗在提供更好的适应性免疫反应的同时，引起的副作用更少。然而，这篇综述并不专注于已经使用或可以用于开发登革热疫苗候选物的不同疫苗平台。它也不打算为登革热流行国家的公共卫生机构提供当前疫苗的头对头比较。这篇综述的目的是通过对已完成的第三阶段临床试验的疫苗效力结果，从疫苗效力结果中提炼出对登革热免疫的更细致的理解；完善我们对登革热免疫学的知识，可以进一步巩固下一代登革热疫苗开发的基础。 2.登革热疫苗 已完成第三阶段临床试验的登革热疫苗的发展历史和不同构建已经在其他地方进行了回顾。总之，第一种获批的登革热疫苗CYD-TDV是一种基于黄热病病毒17D（YF17D）骨架的嵌合疫苗，其中YF17D的前膜（PrM）和包膜（E）基因已被DENVs的基因所取代（图1）。然而，由于在没有先前DENV感染的情况下接种疫苗会增加严重登革热的风险，可能由于ADE，其使用仅限于那些有先前DENV感染的人。第二种疫苗TAK003，使用减毒DENV-2骨架，其PrM和E基因被野生型DENV-1、DENV-3和DENV-4的基因所取代（图1）。这种疫苗最近获得了欧盟的批准，用于4岁及以上人群，即使在没有先前DENV感染的人中也可以使用。第三种疫苗TV003最近完成了第三阶段临床试验，并取得了有希望的结果。这种四价疫苗是通过在DENV-4和DENV-1的3'非翻译区删除30个核苷酸（rDEN4∆30和rDEN1∆30），以及从DENV-3删除30和31个核苷酸（rDEN4∆30/31）构建的。DENV-2组分是通过将DENV-2 PrM和E基因拼接到rDEN4∆30骨架中构建的（图1）。 由于上述疫苗是活的，尽管是减毒的，并且是四价的，疫苗接种应该理想地导致四种同时的DENV感染，从而推动所有四种DENV的E蛋白的B细胞反应（图1）；将PrM基因拼接到嵌合构建中是确保适当的E蛋白折叠和病毒粒子成熟所必需的。随着病毒血症感染，更有可能发展出高结合亲和力和类型特异性的中和抗体。疫苗病毒血症的持续时间是与相关黄热病疫苗的中和抗体滴度的直接相关性，可以说是世界上最强大的疫苗。因此，由于CYD-TDV疫苗接种主要产生嵌合YF17D-DENV-4病毒血症，CYD-TDV疫苗接种主要产生DENV-4特异性中和抗体；对DENV-1至DENV-3的中和主要是由于交叉中和抗体。同样，TAK003疫苗接种仅产生可检测的DENV-2病毒血症，导致相应的DENV-2特异性中和抗体的富集。 图1. 登革热病毒(DENV)的主要免疫原性蛋白和三种活减毒四价登革热疫苗的分子结构。 登革热病毒(DENV)是一种单股正链RNA病毒，包括三种结构蛋白[衣壳(C)、前膜(PrM)和包膜(E)]和七种非结构蛋白(NS1至NS5)。针对DENV的抗体反应主要针对PrM、E和NS1蛋白。DENV特异性CD4+ T细胞反应主要针对C蛋白，其次是E、NS3、NS2A/B和NS5，而CD8+ T细胞反应主要针对NS3，其次是C、NS5和NS4A/B。 CYD-TDV是基于减毒黄热病(YFV)骨架，其PrM和E基因被替换为四种DENV血清型各自的基因。 TAK003使用减毒DENV-2骨架，其PrM和E基因被野生型DENV-1、DENV-3和DENV-4株的基因所取代。 TV003是通过在DENV-4和DENV-1的3'非翻译区删除30个核苷酸(rDEN4∆30和rDEN1∆30)以及从DENV-3删除30和31个核苷酸(rDEN4∆30/31)构建的。DENV-2组分是通过将DENV-2 PrM和E基因拼接到rDEN4∆30骨架中构建的。 这张图展示了DENV病毒的主要免疫原性蛋白和三种不同疫苗的分子设计。了解这些疫苗的构造有助于我们理解它们如何诱发免疫反应，以及为何它们可能在效力和安全性方面存在差异。 TV003疫苗接种可以产生所有四种DENV组分的病毒血症。相应地，TV003疫苗接种后产生了针对四种DENV的特异性中和抗体。然而，在进入第三阶段临床试验的TV003配方中，也称为Butantan DV，每个参与者最多只能检测到四种DENV组分中的两种病毒血症。值得注意的是，MSD（美国默克公司）的TV003专有配方V181的第一阶段临床试验，在大多数接种疫苗的个体中产生了四价病毒血症。将V181的未来疫苗效力研究结果与Butantan DV观察到的结果进行比较，可能会进一步揭示疫苗病毒血症如何塑造登革热免疫。尽管如此，这篇综述将关注从Butantan DV配方的TV003中可以得出的登革热免疫学课程，因为它已完成了第三阶段临床试验。 非中和抗体可以触发保护性Fc效应功能，如补体激活和抗体依赖性细胞毒性（抗体依赖性吞噬作用将在后面的章节中更详细地介绍）。针对非结构蛋白1（NS1）的抗体，其在登革热病理学中的作用将在后面的章节中更详细地讨论，也从疫苗接种中产生；然而，这些抗体将针对用作疫苗遗传骨架的病毒（图1）。同样，尽管在E蛋白中发现了CD4+ T细胞表位，但大多数T细胞表位，特别是CD8+ T细胞表位，位于衣壳（C）和NS蛋白中（图1）。因此，大多数疫苗诱导的细胞免疫反应将针对用作遗传骨架的病毒的NS蛋白，因此可能不会在所有四种DENV中平衡。 对症状性DENV感染的疫苗效力在四种DENV类型之间有所不同。此外，所有三种疫苗在有先前DENV感染（基线时血清阳性）的人群中显示出比那些没有感染过至少一种DENV（基线时血清阴性）的人更高的效力。CYD-TDV、TAK003和TV003临床试验的效力终点总结在表1中。关于保护的持久性和加强剂量的需求仍然存在问题。免疫减弱在多大程度上会影响登革热病理学，以及DENV的类型，仍然不确定。 3.理解登革热免疫的挑战 对登革热免疫的了解不得不依赖于流行病学观察的描述性数据。这些数据的质量取决于用于检测和分型登革热病例的研究或监测方法的灵敏度。鉴于临床表现的广泛范围，可能受到诸如DENV株、种族和年龄等因素的修改，再加上在感染期间在一致的时间点获得人类样本的困难，因此数据中存在相当大的异质性也就不足为奇了。这种异质性阻碍了识别登革热保护的免疫相关性。 除了从流行病学研究中得出明确的免疫保护相关性的困难外，对登革热免疫的理解也受到缺乏一个能够密切再现人类DENV感染和疾病病理学的动物模型的限制。产生疾病的小鼠模型大多是免疫缺陷的，特别是通过敲除干扰素（IFN）信号通路中的基因，这是人类对DENV感染免疫反应的关键部分。因此，不能直接将小鼠研究的结论外推到人类登革热。非人灵长类动物（NHPs）可以被DENV感染，尽管大多数在可检测的病毒血症情况下并不发展成类似登革热的疾病。因此，将动物中的登革热免疫研究近似于人类免疫是不确定的。 获得实验性和适当控制的数据的方法之一是应用控制人类感染模型（CHIM）。Sabin的登革热疫苗开发工作依赖于在人类志愿者中进行的这种实验性感染研究。尽管现在以类似的方式进行这种挑战性研究在道德上是不合理的，但值得注意的是，Sabin使用了未传代的野生型DENVs，并没有在任何感染的志愿者中观察到严重的登革热。人类感染研究的最新方法使用了部分减毒的DENVs，以获得更大的安全边际。这种挑战性感染的临床表型范围从无热病毒疹（55）到轻微的类似登革热的自限性急性疾病。然而，使用部分或自然减毒的DENV株可能会低估保护野生型DENVs引起的症状性感染所需的免疫力程度。例如，TV003疫苗接种在未暴露于DENV感染的个体中，在用部分减毒的DENV-2（rDEN2Δ30 Tonga/74）株挑战时，对病毒血症结果提供了100%的保护。然而，rDEN2Δ30 Tonga/74感染仅产生最大病毒血症2.9 log10斑块形成单位（PFU）/ml。另一种引起自限性发热疾病的人类感染模型使用了部分减毒的DENV-1株，其峰值病毒血症范围为4.1至4.8 log10 PFU/ml；这些个体中相应的病毒RNA血症为5.9至7.9 log10 RNA拷贝/ml。相比之下，登革热患者的RNA血症通常在诊断时为6至9 log10病毒RNA拷贝/ml。尽管实验性和自然获得的DENV感染结果之间的接种剂量和感染途径（皮下注射与通过蚊子叮咬的皮内接种）不同，但更大的病毒负担可能需要更强大的适应性免疫反应，以防止疫苗接种后出现症状性结果。在基线时血清阴性的个体中，TV003在预防症状性感染的效力点估计，尽管是在接种后2年而不是在接种后6个月的挑战感染时测量的，为57.9%。总体而言，我们认为CHIM是一种极其有用的方式来筛选不太可能实现理想程度效力的疫苗候选物，以避免进一步昂贵的临床开发，但它还没有达到我们可以准确外推真正疫苗效力的阶段。 临床试验提供了假设驱动的、安慰剂对照的实验数据，这些数据来自大样本量；这四项登革热疫苗的第三阶段试验每项都招募了超过15,000名参与者。它们在登革热流行地区进行，野生型DENVs通过自然的伊蚊-人类周期传播。这些试验还普遍使用主动病例检测来确定疫苗效力；所有发热病例都使用最敏感的诊断工具，即逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测DENV感染。因此，第三阶段试验结果和长期随访观察是完善我们对登革热免疫知识的良机。 4.体液免疫 在20世纪40年代和50年代，登革热血清学被开发并用于测试恢复期血清样本，以寻找DENV感染的证据。从血清学检测和恢复期血清研究中获得的经验表明，病毒中和试验，如斑块减少中和试验（PRNT）和焦点减少中和试验，提供了最大的特异性，以确定初次DENV感染的历史。鉴于大多数二次登革热病例是由与初次感染不同的DENV异型引起的，以及在NHPs中的实验研究，人们认为中和抗体对于登革热免疫是绝对必要的。 4.1.中和抗体和PRNT 首先使用在玻璃处方瓶中生长的细胞单层开发了一种用于DENV中和抗体的斑块减少试验。这种“宏观”试验使用0.4 ml的血清与固定接种量的DENV反应，起始血清稀释度为1:10。这种方法最终被“微观”PRNT所取代，后者需要更少的血清体积和在12孔或24孔组织培养板中生长的细胞单层。由于“宏观”试验被用作“微观”PRNT开发的参考点，大多数人继续使用相同的起始稀释度1:10。因此，在起始稀释度1:10时，病毒接种量的50%或更多被中和（PRNT50）被广泛解释为恢复期血清中的阳性发现。 鉴于DENV感染产生对引起感染的DENV的持久免疫力的假设，恢复期登革热患者中和同型DENV的PRNT50滴度为10或更高通常被假定为免疫的指标。然而，最近的研究表明，对于四种DENVs没有单一的保护性中和抗体阈值。一项队列研究表明，与配对的感染前血清相比，恢复期血清中中和抗体滴度下降不到四倍的个体容易再次感染同株DENV；因此，单独可检测的中和抗体滴度不足以防止同型再次感染。此外，似乎保护免受症状性感染所需的中和抗体阈值在所有四种DENVs中并不一致。CYD-TDV第三阶段临床试验的血清学数据分析后表明，与其他三种DENVs相比，需要更高的中和抗体滴度来保护免受症状性DENV-2感染（表2）；即使比较仅限于DENV-1至DENV-3，其中抗体大多不是针对这三种DENVs的特异性，抗体滴度的差异仍然惊人。同样，一项基于登革热群集的调查发现，与病例有密切接触的人由于病例受到DENV-1和DENV-4感染的保护，当他们的PRNT滴度分别为11和16时，有类似的高概率暴露于传染性蚊子叮咬；相比之下，保护免受DENV-2感染需要PRNT滴度为323。这些发现共同表明，不仅没有单一的中和抗体滴度阈值来保护所有四种DENVs，而且与其它DENVs相比，保护免受DENV-2感染需要更高的中和抗体滴度。 4.2.DENV中和的化学计量 四种DENV病毒颗粒共享一个共同的结构：内核壳被病毒E和膜（M）蛋白包围，这些蛋白显示在来源于内质网的脂质膜上。冷冻电子显微镜图像显示，外层脂质膜上装饰着180个E蛋白和180个M蛋白，并排列成60个不对称的二十面体单元。当足够的E蛋白与抗体结合时，DENV会被中和，而化学计量取决于抗体如何以及在哪里结合E蛋白。 DENV中和的化学计量可能会受到病毒成熟程度的影响。由于DENV从其复制位点通过转高尔基网络进行细胞排出，M蛋白的pr肽的不完全蛋白水解可能会影响病毒的成熟程度。在培养中，未成熟的病毒颗粒更可能被产生，而在人类感染中则可能低估中和DENV所需的抗体量。然而，目前没有证据表明DENV-2产生的成熟病毒颗粒比其他DENV更多，因此不太可能解释保护所需的更高中和抗体阈值之间的差异。 DENV中和的化学计量要求理论上会偏向于结合由两个或更多E蛋白组成的四聚体表位的抗体；中和每个病毒颗粒所需的抗体会更少。许多从恢复期个体中分离出的DENV特异性单克隆抗体结合了这样的四聚体表位。由于对同型DENV再次感染的保护被认为是持久的，因此这种特异性四聚体表位结合的中和抗体的存在可以逻辑上推断出特异性免疫。 来自第三阶段临床试验的效力结果对这一逻辑提供了混合支持。尽管来自CYD-TDV和TAK003疫苗接种的特异性抗体的存在与各自的特异性疫苗效力相一致，但TV003试验的初步报告则建议更细致的解释。在CYD-TDV和TAK003中，接种后产生的主要特异性抗体分别是针对DENV-4和DENV-2。相应地，这两种不同疫苗提供的最高保护分别是针对DENV-4和DENV-2的症状性感染。相比之下，TV003疫苗接种发现对所有四种DENV产生了可比的特异性抗体滴度，尤其是针对DENV-1和DENV-2。尽管如此，在没有先前DENV感染的个体中，Butantan DV（与TV003类似）对症状性DENV-2的效力低于对DENV-1感染的效力（57.9%对85.5%）。在撰写本综述时，尚不清楚这一差异是否具有统计学意义，因为这些点估计的95%置信区间尚未报告。因此，尽管每种DENV特异性中和抗体提供了一定程度的保护，但保护每种DENV所需的滴度是不同的。 4.3.特异性DENV中和的差异阈值可能反映抗体依赖性感染的倾向 DENV感染髓源性细胞，如单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞。除了通过相应受体介导的内吞作用进入外，抗体装饰的DENV还可能通过激活Fcγ受体（FcγRs）被这些抗原呈递细胞摄取。由于DENVs共享相当大比例的结构抗原，感染一种DENV类型会诱导与其他DENV血清型交叉反应的抗体。因此，亚中和浓度的交叉反应抗体可能通过提供DENV一种替代的激活FcγR介导的进入途径来促进感染。通过激活FcγRs的进入似乎也是一种比相应受体介导的内吞作用更有效的病毒进入途径。这种进入途径与在二次感染中增加严重疾病的风险相关，该二次感染是由与引起初次感染的DENV异型引起的。同样，母体中和抗体浓度的减少到增强感染的浓度也与严重登革热风险的增加相关。这一过程被称为DENV感染的ADE。 在人体中，预防DENV-2感染所需的更高抗体浓度可能反映了四种DENV之间ADE风险的差异。尽管ADE被广泛认为是严重二次登革热的致病机制，但这一过程比人们所理解的要复杂得多。来自尼加拉瓜的一项队列研究观察到，只有在基线感染前抗体滴度处于限制范围内时，严重登革热的最大风险才会出现。泰国的另一项研究使用不同的血清学检测也得出了相同的结论。实验上，活减毒黄热病毒（DENV所属的黄病毒属的原型病毒）感染仅在具有由日本脑炎疫苗接种产生的特定范围的交叉反应抗体滴度的人群中增强。 适合ADE的抗体滴度的限制范围可能是由于对适当大小的病毒-抗体免疫复合物的需求，以便最佳共同结合适当的免疫受体。高抗体浓度会聚集DENV形成大的免疫复合物，这些复合物共同结合了较少的但具有抑制作用的FcγRIIB。FcγRIIB含有一个细胞质免疫受体酪氨酸基抑制基序（ITIM），其信号传导阻止病毒进入，从而抑制ADE（图2A）。激活FcγRs，如FcγRIIA，含有一个细胞质免疫受体酪氨酸基激活基序（ITAM），促进DENV-抗体复合物的摄取。它还迅速诱导抗病毒功能的干扰素刺激基因（ISGs）的表达，并限制病毒复制（图2B）。 图2. 抗体依赖性增强（ADE）需要抗体与DENV的最佳比例以适当地结合细胞受体。 A) 较高的抗体：DENV比例导致DENV聚集并共同结合抑制性Fcγ受体IIb（FcγRIIB），该受体通过其免疫受体酪氨酸基抑制基序（ITIM）细胞质尾部发出信号，以抑制免疫复合物的摄取。 B) 在中等抗体：DENV比例下，免疫复合物的大小足以共同结合激活FcγR，此处描绘为FcγRIIA，它具有免疫受体酪氨酸基激活基序（ITAM）细胞质尾部。在这种情况下，DENV感染仍然受到抑制，要么是通过抗体结合足够数量的表位以防止DENV与内体膜融合，从而将RNA释放到细胞质中（左），要么是通过ITAM介导的信号传导上调干扰素刺激基因（ISGs），在髓源性细胞中诱导抗病毒状态（右）。 C) 在亚中和抗体：DENV比例下，DENV与白细胞免疫球蛋白样受体B1（LILRB1）之间的额外相互作用，该受体具有ITIM信号传导细胞质尾部，抑制ISG的诱导，从而促进一个更有利于增强DENV感染的细胞质环境。 这张图说明了ADE过程中抗体与DENV相互作用的复杂性。不同比例的抗体与病毒结合可能导致截然不同的结果，从抑制感染到促进感染。这种理解对于开发能够有效预防DENV感染和ADE的疫苗至关重要。 为了使ADE发生，DENV必须在不触发ISG表达的情况下，通过激活FcγR介导的摄取。它通过结合白细胞免疫球蛋白样受体B1（LILRB1）实现这一点，该受体发出信号以抑制宿主髓源性细胞中ISGs的上调（图2C）。抗体-DENV复合物在进入髓样细胞时的相互作用使病毒能够逃避宿主抗病毒反应，这是仅通过非ADE进入途径无法实现的。鉴于这些相互作用的需求，四种DENV可能具有不同的固有ADE倾向。 长期以来，人们一直怀疑四种DENV以不同的方式利用FcγR介导的进入途径。在DENV-2流行的时期进行的研究发现，在母体抗体减弱时，婴儿患严重登革热的风险增加。相比之下，当主要流行病毒为DENV-3时进行的研究没有显示出类似的风险增加。在泰国Khampaeng Phet进行的研究发现DENV-1和DENV-3是症状性初次登革热的主要原因。相比之下，通过母体抗体增强，婴儿中DENV-2感染的症状性感染率增加，二次感染中DENV-2感染也是如此；症状性二次感染与初次感染的比例在DENV-4中也更高，尽管在这个队列中症状性DENV-4感染的总体比例最小。对1994年至2006年在曼谷报告的登革热病例进行的纵向分析也发现了类似的趋势：DENV-1和DENV-3更常与初次登革热相关，而二次感染的DENV-2更常与登革热出血热相关。DENV-2也更常与登革热休克综合征相关。最后，对越南6年报告的登革热病例进行的建模也发现DENV-2是二次感染中症状性登革热的最大风险因素。 来自最近一项研究，该研究涉及超过5600例登革热病例，发现高血浆病毒血症、二次感染和DENV-2感染是与严重登革热风险增加相关的因素。此外，在疾病早期发热阶段通常检测到的病毒血症范围内（血浆6至9 log10病毒RNA拷贝/ml），血浆渗漏（图3A）和严重登革热（图3B）的风险在二次感染DENV-2的患者中最高。总的来说，这些发现表明DENV-2对感染的保护免疫学要求最高。 图3. 二次DENV-2感染与血管渗漏和严重登革热风险最高相关。 A) 显示了经历二次DENV-1、DENV-2、DENV-3或DENV-4感染的登革热患者的血浆渗漏概率。 B) 显示了经历二次DENV-1、DENV-2、DENV-3或DENV-4感染的患者的严重登革热概率。每个图表中虚线之间的区域代表了在疾病发热阶段通常在登革热患者中检测到的病毒血症量。 这些图表说明了在二次感染时，DENV-2感染与血浆渗漏和严重登革热风险之间的关联性。虚线区域表示在登革热患者发热期间通常检测到的病毒血症水平，这强调了在这一阶段控制病毒血症的重要性，以减少严重并发症的风险。 4.4.抗NS1抗体 尽管主要针对DENV的PrM和E蛋白的中和抗体在疫苗效力中起着重要作用，但一些人提出有效的登革热疫苗也应该引发针对NS1的抗体。NS1是DENV在急性感染期间唯一从细胞分泌的蛋白，在DENV病理学的实验模型中被认为是内皮功能障碍和血管渗漏的直接原因，也是从免疫细胞释放促炎细胞因子的驱动因素。相应地，抗登革热NS1抗体似乎在小鼠感染模型中发挥保护作用。接种NS1疫苗的小鼠受到致命病毒挑战的保护，最近，两种针对黄病毒NS1的单克隆抗体被证明可以减少病毒血症、内皮功能障碍和血管渗漏，从而提高DENV感染小鼠的存活率。重要的是，与E蛋白的交叉反应或亚中和抗体不同，抗NS1抗体不能诱导ADE。 尽管一些研究发现NS1抗原血症与严重疾病之间存在关联，但其他研究显示了相互矛盾的结果。二次感染DENV-2的患者比初次感染的患者更可能有不可检测的NS1浓度，尽管同一研究也发现高NS1浓度与血小板减少的低谷相关。尽管NS1的致病作用和抗NS1抗体的保护功能尚未在临床上得到证明，但登革热疫苗引发抗NS1抗体可能对潜在调节突破性症状性感染的疾病严重程度有一些益处。 5.细胞免疫 迄今为止，登革热疫苗的开发主要集中在诱导高滴度和平衡的中和抗体，以预防DENV引起的症状性疾病。然而，中和抗体只是适应性免疫反应的一个组成部分。由CD4+和CD8+ T细胞驱动的细胞免疫在病毒控制和预防疾病方面也起着重要作用。辅助CD4+ T细胞通过分泌如IFN-γ、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-2（IL-2）等细胞因子，支持免疫系统的其他部分，如B细胞和巨噬细胞，而细胞毒性CD8+ T细胞直接杀死病毒感染的细胞。因此，中和抗体和细胞免疫反应在控制感染和减轻疾病严重程度方面发挥互补作用。 T细胞在DENV感染中的角色一直存在争议，既有病理学作用也有保护作用。以前认为，初次DENV感染期间诱导的抗原特异性T细胞会在二次异型感染期间导致低亲和力、交叉反应记忆T细胞的扩增，由于清除病毒的能力较低和分泌炎症细胞因子，导致免疫病理学增加，这一现象被称为原始抗原罪。在泰国儿童登革热住院治疗的研究中发现，二次感染中DENV特异性T细胞对感染血清型的亲和力较低，对可能负责先前感染的其他血清型有更强的亲和力。这些T细胞研究是在患有严重登革热的儿童的感染急性阶段进行的。因此，这种“原始抗原罪”解释可能只代表一部分二次登革热患者。与疾病急性期不同，在从登革热中恢复的人中进行的研究发现了强烈的交叉反应T细胞反应。现在越来越认为T细胞在登革热中可能发挥保护作用，DENV特异性T细胞反应与保护效力相关。在与减少严重疾病易感性相关的人类白细胞抗原（HLA）等位基因的个体中，发现了更强大和多功能的抗原特异性CD8+ T细胞反应。同样，DENV感染诱导细胞溶解性DENV特异性CD4+ T细胞，与保护性HLA DR等位基因相关。在泰国学龄儿童的巢式病例对照研究中，具有更高频率的分泌IFN-γ、IL-2和TNF-α的DENV特异性T细胞的儿童更有可能发展为无症状而不是症状性DENV感染。这些观察结果表明T细胞在登革热中具有保护作用。 CD8+ T细胞对DENV的反应主要针对NS3蛋白，其次是C、NS5和NS4A/B，而CD4+反应主要针对C，其次是E、NS3、NS2A/B和NS5。这些DENV反应性T细胞的细胞免疫可能在中和抗体滴度不足以灭菌感染时迅速清除感染方面尤为重要。T细胞的功能作用在异体肾移植受者中得到了证明，他们接受了T细胞抑制治疗以预防移植排斥。由于T细胞计数低，这些患者的DENV感染过程延长，最终只有在T细胞计数恢复到接近正常值下限时才清除感染。 5.1.登革热疫苗接种引发的T细胞反应 CYD-TDV使用黄热病（YF17D）骨架，因此缺乏包含大部分CD8+ T细胞表位的DENV NS蛋白（图1）。尽管YF17D疫苗接种诱导的T细胞对DENV有一定程度的交叉反应，但这些反应往往有限且幅度小得多。例如，尽管基线时对登革热不了解的个体接种CYD-TDV后对YF17D NS3产生了强烈的CD8+ T细胞反应，但对DENV NS3的交叉反应性CD8+反应却很弱。这种缺乏强烈的DENV特异性T细胞反应可能是CYD-TDV对DENV-1和DENV-2效力不佳的原因之一。 TAK003则使用减毒DENV-2病毒PDK53作为DENV-1、DENV-3和DENV-4构建的骨架。在对TAK003接种的登革热不了解和接触过登革热的青少年中，针对DENV-2 NS1的IFN-γ分泌CD4+和CD8+ T细胞的频率最高，对DENV-1、DENV-3和DENV-4 NS蛋白也观察到可检测的，尽管较低的交叉反应性反应。在黄病毒不了解的成年人中也报告了类似的发现。TAK003诱导的T细胞反应反映了其效力概况，对DENV-2的临床效力最高，与其他三种血清型相比：DENV-2为97.7%，DENV-1为73.7%，DENV-3为62.6%；由于病例不足，DENV-4的效力结果不确定。 TV003诱导了一种广泛且多功能的CD8+ T细胞反应，反映了自然二次DENV感染的情况；超过90%的反应针对保守的DENV序列，表明TV003诱导的T细胞反应应该能够识别所有四种血清型。这种四价疫苗接种后的T细胞反应与单价疫苗接种后的反应形成对比；保守序列在DENV1∆30中只占46%，在DEN2/4∆30中占16%，在DEN3∆30/31中占54%，在DEN4∆30中占7%。此外，单价疫苗诱导的T细胞既针对结构蛋白也针对NS蛋白，尽管四种DENVs的CD8+ T细胞免疫优势模式存在差异。例如，51%的CD8+ T细胞反应在DENV-3感染后针对结构蛋白，而在DENV-2感染后只有19%针对结构蛋白。这些差异可能是由于不同DENVs感染期间抗原处理和呈现的差异所致。因此，尽管几乎所有由四价疫苗诱导的CD8+ T细胞反应都被观察到针对NS蛋白（主要是NS3和NS5），类似于二次感染后的反应，但目前尚不清楚仅针对保守表位的T细胞是否在不同血清型中同样具有保护作用。 5.2.常规测量细胞免疫 现在很清楚，有效的登革热疫苗应能够诱导DENV特异性细胞免疫，但目前尚不清楚这一最小阈值需要是多少。细胞免疫很少作为DENV疫苗开发的保护相关因素进行评估，疫苗开发商和监管机构几乎完全依赖于抗体滴度来识别疫苗候选物。一个促成因素是缺乏标准化的T细胞检测，这些检测既简单易行又易于解释。DENV特异性T细胞只占体内所有T细胞的一小部分，通常需要复杂的功能性检测才能被检测到。目前使用的检测方法，如IFN-γ酶联免疫斑点（ELISpot）和基于流式细胞术的检测，劳动强度大，耗时长，需要高度专业化的技术专长和设备。此外，这些检测通常在需要大量血液的外周血单核细胞上进行；这使它们不适合大规模部署，特别是在儿童人群中。幸运的是，现在有了更用户友好的T细胞检测方法。例如，最近开发的一种快速细胞因子释放检测只需要少量的全血（<1 ml），在评估严重急性呼吸综合征冠状病毒2特异性T细胞反应方面显示出良好的敏感性和特异性。这种标准化检测的使用可以扩展到DENV疫苗开发，并能够定义结合抗体和T细胞测量的保护相关因素。 6.登革热疫苗的未来 从第三阶段临床试验中可以学到的教训是，登革热疫苗需要引发全面的适应性免疫反应。中和抗体可以提供保护，但可能需要在没有先前DENV感染的人群中达到过高的滴度。此外，尽管中和抗体可以预防感染，但维持这种抗体的持续滴度可能需要反复接触DENVs。引发针对NS1蛋白的体液反应，以及针对C和NS蛋白的CD8+ T细胞反应，可能会产生预防登革热和严重登革热所需的多层次免疫反应。缺乏这种多层次反应可能解释了在没有先前DENV感染的CYD-TDV疫苗接种者中观察到的住院和严重登革热风险增加。相比之下，至少部分是由于这种多层次的DENV导向反应，尽管在没有先前DENV感染的TAK003疫苗接种者中缺乏对症状性DENV-3感染的效力，但避免了登革热住院人数的增加。TAK003的第四阶段临床研究应该能够进一步阐明这些适应性免疫反应在预防登革热和严重登革热中的作用，特别是在没有先前DENV感染的情况下由DENV-3引起的登革热。 理想的登革热疫苗应该能够预防症状性感染和DENV传播。这样的疫苗需要强有力地引发中和抗体和T细胞的反应，鉴于它们在免疫中的互补作用。然而，即使登革热疫苗不能在所有四种血清型中实现高滴度的中和抗体，能够诱导广泛和持久的T细胞反应的疫苗仍然可能在预防登革热住院和严重疾病方面非常有效。从我们对2019冠状病毒病（COVID-19）疫苗的经验中可以得出类似的教训；尽管目前的COVID-19 mRNA疫苗由于抗体逃逸突变而无法持续保护免受Omicron变体的感染，但通过保留病毒特异性T细胞反应，仍然维持了对严重疾病的保护。此外，疫苗接种在群体水平上也带来好处：在世界卫生组织建议进行预接种以确保只对有先前DENV感染的人进行疫苗接种之前进行的CYD-TDV疫苗接种的建模表明，如果这种疫苗定价有竞争力，对于高登革热流行国家，这种疫苗具有成本效益。因此，TAK003和TV003疫苗接种的改善总体结果可能会为流行国家带来更大的成本效益。因此，一种疫苗即使不能完全保护免受症状性感染或传播，但能预防住院和严重登革热，可能不是完美的，但仍然是群体水平登革热控制的有用解决方案。 最后，我们建议，在一种能够完全保护免受所有四种DENV疾病侵害的单剂量疫苗可用之前，异源初免-加强策略可以利用每种疫苗的优势，同时克服它们的局限性。临床观察表明，在两次感染后，第三次和第四次DENV感染大多是无症状的。因此，例如，先用TAK003进行一次剂量的初免，然后用CYD-TDV进行加强，可以模拟连续感染，因为疫苗病毒血症研究表明这些疫苗的感染类型不同；TAK003显示可测量的DENV-2疫苗病毒血症，而疫苗病毒血症主要从CYD-TDV的DENV-4其次是DENV-3组分中检测到。也可以设想与TV003的类似组合。因此，异源初免-加强策略可以消除多年疫苗开发的需求，使登革热不再仅仅是理论上的，而是真正可以通过疫苗预防的疾病。

摘要：登革热病毒（DENV）通过感染的伊蚊传播给人类，引起的疾病从轻微的登革热到致命的登革休克综合征不等。不同DENV血清型或不同黄病毒之间相似保守的结构和序列导致了交叉反应的发生，随后是抗体依赖性增强（ADE）。迄今为止，能够提供针对不同DENV血清型感染的有效保护的疫苗仍然是最大的挑战。因此，深入研究对于开发有效和有效的治疗药物至关重要。此外，黄病毒的交叉反应性导致临床环境中的误诊，可能会导致适当干预管理的延迟。因此，迫切需要具有高特异性和敏感性的准确诊断，以便及时诊断并为DENV感染的个体提供早期治疗。在这篇综述中，将讨论DENV感染治疗平台中中和抗体、抗病毒药物和疫苗候选物的最新发展。此外，还将介绍抗原隐蔽表位的发现、分子模拟原理以及单链或单域抗体在DENV应用方面的进展。 1.引言 登革热病毒感染是热带和亚热带地区最常见的蚊媒传播疾病之一，全球每年约有1亿至4亿感染病例。目前，DENV感染在非洲、东地中海、美洲、东南亚和西太平洋等国家流行。全球登革热流行的分布表明，登革热感染的爆发正在全球范围内发生（图1）。根据最近的WHO报告，2020年感染病例的增加使得DENV成为COVID-19之后最严重的病毒性疾病。在这些国家中，菲律宾、越南、印度、哥伦比亚和巴西报告了最多的DENV感染病例。导致蚊子传播疾病在全球传播的主要因素之一是快速的城市化和不适当的基础设施规划，这可能导致无效的病媒控制管理。此外，商务团队或个人旅行也促进了这些蚊子传播疾病在他们从一个地方到另一个地方旅行时传播到新环境中。2013年，在马来西亚沙捞越发现了一种新发现的DENV血清型。最初，这起DENV病例被认为是DENV4的森林登革热感染，涉及蚊子Aedes nivalis和非人类灵长类动物之间的传播。经过一系列遗传验证过程，它被确定为新的DENV5血清型，主要发生在东南亚的森林中。尽管DENV5的实际传播途径仍不清楚，但可能导致其出现的因素可能是由于森林株到人类株的遗传变化、DENV的高变异频率和大规模的森林砍伐。这种新的DENV5血清型与另外4种现有血清型在系统发育上有明显的不同，表明DENV的新出现正在进行中，预示着可能会有更多的病毒出现，这可能是由于气候和生态系统的变化导致的动物源性传播。到目前为止，针对DENV感染的特定治疗药物或疫苗仍然不可用。原因之一是DENV和其他黄病毒之间通常发生的交叉反应，因为黄病毒在包膜蛋白（E）上呈现的相似保守结构。如前所述，DENV E蛋白与ZIKV E蛋白的同源性高达50%，因此，在第二次感染任何黄病毒科成员时，由于免疫系统产生的交叉反应性抗体的特异性和数量，会发生交叉反应随后是ADE。此外，不同黄病毒如寨卡病毒（ZIKV）和基孔肯雅病毒（CHIKV）或不同DENV血清型的共感染总是呈现类似的起始症状，因此可能导致临床诊断管理的复杂化。为了解决这个问题，准确且快速的诊断工具对于早期药物治疗至关重要。在这篇综述中，将重点讨论DENV感染问题，如由于不同血清型DENV感染和不同黄病毒感染导致的交叉反应、ADE、免疫逃避和商业诊断试剂盒的限制。此外，将回顾和介绍不同的诊断和治疗方法的最新进展，以建议可能解决交叉反应问题的方法。事实上，潜在的治疗剂和诊断标记的发现永远不会结束，直到产生特定的、敏感的诊断标记和疫苗或治疗剂，它们在治疗DENV感染方面既敏感又有效。 图1. 2020年和2021年全球登革热疫情。受影响的国家包括孟加拉国、菲律宾、越南、印度、马尔代夫、印度尼西亚、新加坡、哥伦比亚、巴拉圭、秘鲁、肯尼亚、斐济、库克群岛、留尼汪岛、斯里兰卡、泰国、苏丹、毛里塔尼亚、东帝汶、也门、尼泊尔、马约特岛、厄瓜多尔和巴西。 1.1.登革热病毒基因组和结构 DENV是来自黄病毒科的黄病毒属。通常，如登革热休克综合征（DSS）和登革热出血热（DHF）等严重症状可能由四种抗原性不同的DENV血清型（DENV-1、DENV-2、DENV-3、DENV-4）中的任何一种连续感染引起。DENV是一种小的二十面体包膜病毒，由11 kb的正单链RNA组成，其成熟的包膜结构称为病毒粒子，包含三种结构蛋白，包括衣壳（C）、包膜（E）和膜（M），以及七种非结构（NS）蛋白，如NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5（图2）。结构蛋白主要参与病毒组装。例如，C蛋白与RNA相互作用以组装核衣壳。成熟病毒粒子的形成需要M蛋白的帮助，M蛋白在识别不同黄病毒感染的不同类型免疫反应中很重要。它也是DENV的主要组成部分，作为表面蛋白，协助病毒附着和融合在宿主细胞膜上。除此之外，M蛋白可以通过寡聚化形成结构病毒粒子。另一方面，非结构蛋白和细胞蛋白对于病毒基因组的复制、翻译、封装和病毒蛋白的正确折叠至关重要，所有这些都发生在与粗面内质网相关的细胞质中。 图2. DENV基因组和NS1蛋白结构域图。病毒基因组经过翻译产生单一多聚蛋白。多聚蛋白处理后，通过蛋白水解裂解产生病毒蛋白。对于NS1，涉及DENV病理学的三个结构域包括β-卷、翼状结构域和β-梯。 1.2.登革热病毒的生命周期 人类通常通过感染的蚊子如埃及伊蚊或白纹伊蚊感染登革热病毒（DENV）。DENV在感染的第一天就会针对树突状细胞（DCs）和巨噬细胞。从其他综述中总结，DENV生命周期包括病毒进入和附着、病毒和内体膜融合、核衣壳释放、蛋白合成和处理、RNA复制、核衣壳形成、病毒组装、病毒成熟，最后是成熟DENV粒子的释放。对于宿主细胞附着，DENV E蛋白将与目标细胞的细胞因子如树突状细胞特异性细胞间粘附分子-3抓取非整合素（DC-SIGN）、甘露糖受体、硫酸肝素等相互作用。接下来，DENV通过网格蛋白介导的内吞作用进入目标细胞，内体隔室内的低pH值允许DENV与内体膜融合。在酸性内体环境的帮助下，RNA基因组从解包的核衣壳释放到细胞质中进行蛋白处理和复制。最初，RNA基因组作为mRNA并进行翻译以产生病毒蛋白。RNA基因组的复制发生在病毒诱导的细胞内膜上，称为复制复合体，由病毒RNA、病毒蛋白和宿主细胞因子组成。这个复合体在内质网（ER）膜上形成，也有助于保护复制产物免受宿主先天免疫系统的识别。核衣壳形成后，DENV粒子开始组装，当它进入ER腔时形成未成熟的DENV粒子。在跨高尔基体网络（TGN）的分泌途径中，DENV的成熟需要通过类胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶的作用将前膜/膜（prM/M）切割成M蛋白，以释放成熟和传染性的DENV。为了避免过早的DENV膜在病毒粒子从感染细胞释放之前与宿主细胞融合，pr将继续与E二聚体结合，包裹疏水融合环。最后，成熟的DENV一旦释放到细胞外空间，pr最终会从病毒粒子表面脱离。 1.3.临床表现 登革热感染包括发热期、危重期和恢复期。发热期通常持续一周，症状包括高热、流感样症状、头痛、呕吐和关节痛。危重期也称为生命威胁期，会出现血浆渗漏和内出血等更严重的症状。在恢复期，随着血管通透性的恢复，症状会减轻。DENV感染可以引起一系列广泛的症状。在第4天至第10天的潜伏期内，疾病可能是无症状的或表现为称为登革热（DF）的轻微急性发热疾病，而危重期通常从第3天至第7天开始。登革出血热（DHF）伴随着异常的血管通透性，可能会导致突发性低血容量休克，称为登革休克综合征（DSS），这是感染严重登革热患者的危重阶段。DENV感染可能导致不同程度的严重性，这取决于血清型、遗传变异和病毒毒力。不同的登革热血清型可能因其结构差异和病毒复制率而对病理产生不同的影响。此外，核苷酸的变化，如氨基酸突变或替换，会影响病毒毒力，因为核苷酸的变化最终会导致不同的病毒-宿主相互作用和传播能力。 2.关于DENV未解决问题的综述  在这一部分，简要回顾了涉及先天和适应性免疫反应的免疫反应。我们还回顾了一些未解决的问题，如DENV的免疫逃避、DENV血清型内的交叉反应、不同黄病毒间的交叉反应、不同的抗体依赖性增强（ADE）机制及其影响。第4.2节将讨论当前诊断试剂盒的限制。 2.1.对DENV感染的免疫反应 树突状细胞（DCs）是病毒颗粒入侵期间先天和适应性免疫反应之间的连接。它负责上调促炎细胞因子和共刺激分子的表达，这有助于激活人体免疫反应。因此，当NS1通过调节相关基因表达干扰其成熟和迁移时，DCs将无法刺激Th1细胞分泌IFN-γ。为了确保灭活流感病毒NS1，抗病毒药物必须能够恢复宿主的抗病毒反应，如与IFN产生相关的先天免疫，并限制病毒复制。DCs将目标抗原扩展到T细胞，如CD8+和CD4+，作为引流淋巴结（LNs）中先天免疫反应的起点。激活的皮肤肥大细胞在激活招募细胞毒性细胞如CD8+ T细胞、自然杀伤（NK）细胞和自然杀伤T（NKT）细胞到感染部位中起着至关重要的作用，以刺激病毒终止，同时控制引流LNs中的感染。CD8+ T细胞可以直接通过靶向登革蛋白（如NS3）的各种变异，借助激活的CD4+ T细胞来终止感染细胞（Mathew等人，1996）。CD8+ T细胞通常关注非结构蛋白，而CD4+ T细胞更多地关注衣壳、包膜和NS1表位。CD4+ T细胞的作用包括帮助B细胞反应，协助从CD8 T细胞中提取记忆反应，并提供细胞毒性效应，以及Mapalagamage团队回顾的专门CD4+ T细胞的许多其他功能。补体系统的激活对于在先天免疫反应的早期阶段阻断病毒感染很重要。然而，DENV的免疫逃避可以通过NS1实现，当它与不同补体激活途径（如经典途径和凝集素途径）中的相应补体组分相互作用时。这将导致补体组分的功能改变，并抑制补体介导的反应。通过这些策略，DENV增加了其生存和病毒复制的机会。此外，NS1和NS4B之间的相互作用将通过与双链RNA共定位来调节RNA复制。 DENV的病毒复制在早期通常由干扰素（IFNs）的产生控制，这是第一道防线。一旦病毒进入人体皮肤，TLRs和C型凝集素受体（CLRs）作为模式识别受体（PRRs），由免疫哨兵产生，会识别DENV的存在。PRRs的激活通过产生IFNs和肿瘤坏死因子（TNF）激活人体的抗病毒先天反应。TLR-3和TLR-7的激活将导致产生IFN-α和IFN-β，这对于抑制DENV感染很重要。IFNs与IFN受体之间的结合反应将触发Janus激酶-信号转导和激活转录因子（JAK-STAT）途径，进一步增强效应蛋白的产生高达100单位。除了IFNs，包括视黄酸诱导基因1（RIG-I）和螺旋酶黑色素瘤分化相关蛋白5（MDA5）在内的细胞内传感器也是负责病毒RNA识别的第一线防御，它们也有助于产生IFN-β。激活的RIG-I在检测到病毒RNA后会被转移到线粒体，与线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）相互作用。RIG-I和MAVS之间的相互作用将进一步导致MAVS聚集，充当免疫信号体，启动核因子κB（NF-κB）和转录因子IRF3，诱导转录因子转移到细胞核后产生I型IFN。 2.2.DENV逃避免疫系统 DENV逃避免疫系统通常发生在抑制免疫反应激活途径的情况下。例如，DENV设法通过抑制MAVS途径来绕过人类的第一道防线。一种策略是通过干扰NS3蛋白阻断RIG-I进入线粒体。除了NS3，NS4A也能通过结合MAVS的半胱天冬酶激活和招募域（CARDs）来抑制RIG-I和MAVS之间的结合。病毒逃避宿主病原体识别受体的另一种方式是通过干扰TLR-3抗病毒信号的激活。另一方面，DENV也能够通过几种机制抑制干扰RNA（RNAi）途径，这是产生先天抗病毒反应的重要途径。亚基因组黄病毒RNA（sfRNA）将从病毒RNA的3′-非翻译区产生，以防止Dicer酶切割双链RNA。通过表达NS4B调节宿主RNAi/microRNAs途径，RNAi途径将受到干扰，从而促进DENV的复制。NS5可以通过阻断转录复合体PAF1C的招募来影响IFN的产生，以阻止IFN刺激基因（ISGs）的产生。此外，DENV还可以通过几种机制影响IFN机制的功能。例如，非结构蛋白NS2B/3能够通过中断IFNα/β诱导途径来下调抗病毒反应，而其他非结构蛋白如NS2A、NS4A和NS4B可以通过部分阻断STAT信号途径来影响细胞间的IFN信号传导。 2.3.不同DENV血清型间的交叉反应和不同黄病毒间的交叉反应 所有DENV血清型的NS1蛋白共享相似的序列高达70%，并且其序列与其他黄病毒也有40-50%的相似性。因此，不同血清型DENV之间以及DENV与其他黄病毒之间总会发生交叉反应。根据在巴西发生的DENV-1和DENV-2的共感染以及在索马里、台湾和中国检测到的DENV-2和DENV-3的共感染，Araújo, F. M.和他的团队表明埃及伊蚊可能被不同病毒的组合感染，或者它们可能有能力同时传播多种病毒。正如Wenming等人（2005）所假设的，如果一个地方存在多种血清型，那么通过感染蚊子传播DENV-2和DENV-3的共感染可能会发生。此外，也有报道DENV和寨卡病毒（ZIKV）以及DENV和基孔肯雅病毒（CHIKV）之间的共感染。 与DENV类似，寨卡病毒（ZIKV）也是一种正单链RNA病毒，源自黄病毒科。寨卡病毒感染通常显示非特异性的临床症状，如结膜炎、轻度发热、头痛和皮疹，这很容易与其他黄病毒感染如登革热和基孔肯雅病混淆。此外，ZIKV感染还可能影响孕妇，导致胎儿畸形和婴儿出生缺陷，如小头畸形。一个最初被检测为登革热病毒感染的旅行相关病例，由于NS1抗原测试的假阳性结果，后来被怀疑为急性寨卡病毒感染。当ZIKV对先前感染过另一种黄病毒感染（如DENV）的患者造成二次感染时，这个人可能体内有DENV背景免疫，并在DENV检测中呈阳性结果，导致IgM测试的交叉反应。然而，如果ZIKV是初次感染，IgM测试中的交叉反应会很低。正如George等人所报告的，先前感染过ZIKV的患者会有更高水平的DENV-2原发病毒血症，随后与严重DENV感染相关的变化。这是因为ZIKV感染触发的高浓度DENV交叉反应性抗体对DENV-2的中和效果很低，导致DENV-2交叉反应性抗体反应的非中和浓度。这些反应还增加了从DENV-1、3或4获得异型血清型感染的机会，这意味着对ZIKV的预先存在的免疫反应可能会诱导所有DENV血清型的ADE。 2.4.ADE的机制和影响 ADE的第一种机制被称为内在ADE，其中DENV免疫复合物的内化将通过抑制细胞内抗病毒反应增加感染细胞的“爆发大小”。DENV可以通过与亚中和抗体形成DENV-抗体复合物并通过抗体介导的吞噬作用进入宿主细胞。当2个巨噬细胞Fcγ受体配对并诱导白介素-10（IL-10）产生时，它将导致偏向T辅助细胞-2（Th2）反应，由于RIG-I/MDA5和JAK-STAT途径的抑制，导致释放的1型干扰素、白介素12、干扰素γ和TNF变得下调。简而言之，内在ADE通过改变先天免疫系统和细胞内机制来增强病毒复制。 另一种ADE机制是外在ADE。两种常见的ADE机制是Fc受体（FcR）依赖性ADE和C1q依赖性ADE（图3）。FcR依赖性ADE是广泛病毒感染（如HIV、流感A、登革热和埃博拉）的最常见机制。具有FcR的细胞，如单核细胞、B细胞、中性粒细胞和巨噬细胞，很容易被病毒-抗体复合物附着，因为抗体的Fc区域将与细胞表面的FcR结合，导致病毒附着到细胞表面的增加。一旦DENV-免疫复合物抑制负责产生白介素-12（IL-12）、干扰素γ（IFN-γ）、TNF-α和一氧化氮自由基（NO）的抗病毒免疫反应，IL-6和IL-10的表达将被激活，并刺激病毒颗粒的传播，导致感染细胞和病毒颗粒的增加，随后发生ADE。 图3. 抗体依赖性增强（ADE）的不同机制。病毒进入可以通过不同的途径，在(A) Fc受体或(B) C1q受体的帮助下被吞噬进入细胞膜，并进一步引起ADE。 C1q依赖性ADE机制是补体经典途径的启动，这在埃博拉病毒（EBOV）感染中很常见。在这种机制中，ADE是通过补体蛋白C1q和C1q受体（C1qR）来促进的，它在大多数哺乳动物细胞中被区分出来，尽管FcRs在免疫系统中完全表达，包括B细胞、中性粒细胞和单核细胞或巨噬细胞。 当病毒与非中和抗体或亚中和水平的抗体结合时，这将有助于病毒进入并进一步增强病毒感染，这可能是二次感染。这种情况指的是抗体依赖性增强（ADE）。最初，预先存在的抗体可以通过阻止DENV与细胞表面的天然受体之间的结合来中和同源DENV感染，但它将允许异型登革病毒进入并穿过初次感染途径，导致由于高病毒负荷而发生ADE。 通过多年感染后刺激免疫记忆产生的交叉反应性抗体可以中和多种DENV血清型。这些抗体通常具有较差的中和活性，并倾向于附着在可用性低的免疫显性表位上，导致ADE和交叉反应的更高比率。正如Mongkolsapaya等人所报告的，异型记忆和交叉反应性CD4+T细胞的存在将在二次感染的免疫回忆反应期间加剧感染。 在异型血清型二次感染期间由抗体反应诱导的非中和抗体可能导致内在ADE，这可能导致更严重的登革热感染。这种类型的ADE与外在ADE相比，可以在感染的早期阶段大大增强病毒复制。这是因为它能够逃避先天免疫反应，并通过抗体介导的内化自由迁移，不容易被内源性干扰素途径检测到。 3.针对DENV感染的治疗剂  3.1.中和抗体及其机制  中和抗体在抑制DENV包膜（E）蛋白的功能位点与宿主细胞相互作用中发挥重要作用。高度中和的抗体通常结合在E蛋白上容易接近且暴露在病毒粒子表面的表位上。然而，非中和抗体，包括亚中和水平的中和抗体，当它们结合到DENV粒子时，可能会导致ADE。 以西尼罗河病毒的中和机制为例，该机制被称为“多重打击”模型，与使用抗体“包被”病毒粒子模型的其他病毒的中和也类似。中和效果取决于中和抗体的浓度。对于潜在的中和抗体达到中和的最小化学计量学，大约需要30个抗体占据一个病毒粒子。可能影响中和抗体与病毒表位之间相互作用的因素包括病毒表位的可接近性、抗体浓度和结合亲和力。 被中和抗体包被的病毒粒子的传染性可以通过不同方式被阻断，其中之一是通过抗体的Fab臂交叉链接病毒粒子，以形成大的交叉链接病毒/抗体聚集体，这可以通过降低可以感染细胞的病毒粒子浓度来阻止病毒粒子的传播。除了交叉链接，抑制E蛋白构象变化和受体结合可以避免病毒粒子与内体膜之间的膜融合，从而允许病毒基因组释放到细胞质中。一些中和抗体可能具有双重活性，可以阻断膜融合，同时中断受体结合机制，从而阻断病毒通过内体进入。当预连接测定格式中中和抗体的中和滴度超过后连接中的中和滴度时，总体中和可能会发生，并允许对DENV粒子进行双重保护。 关于中和逃逸的问题，可以通过利用针对不同表位的潜在中和单克隆抗体（mAbs）混合物来解决，以阻断突变逃逸。Wang等人的研究表明，通过LALA突变工程化的重组四价对称抗体在小鼠模型中通过中和从每个亲本抗体单独发展出来的逃逸突变体，非常有效地抑制了ZIKV感染，逃逸突变体的生长被抑制。 3.2.针对DENV感染的潜在中和抗体 DENV的E蛋白始终是开发中和抗体的主要关注点。每个DENV E蛋白的外域由三个独特的域组成，如域I（EDI）、II（EDII）和III（EDIII），它们连接在一起作为二聚体存在。通常，中和表位位于EDI内的铰链区、EDII末端和EDIII侧面。在与E蛋白三种域匹配的中和小鼠单克隆抗体（mAbs）中，大多数强烈中和的mAbs识别EDIII的表位和A链。潜在的中和抗体通过与病毒粒子表面的E二聚体交叉链接，靶向成熟病毒粒子上的暴露四聚体结合位点，从而抑制构象变化，阻止融合膜的形成。 1A1D-2是一种中和抗体，可以通过阻断EDIII位置来防止E蛋白的构象变化和膜融合的形成。Gandham和他的团队开发了硫代适体（DENTA-1），利用中和抗体1A1D-2的中和机制针对EDIII，因为其出色的结合特性。由于过滤结合测定表明硫代适体能够紧密地结合在DENV-2 EDIII上，DENTA-1有很大可能表现出与1A1D-2相同的中和效果。对于静态下的成熟病毒粒子，中和抗体与EDIII的结合区域位于非表面暴露的β−1链，这表明未暴露区域可以很容易地与溶剂接触，并通过靶向结合区域来增强抗体的中和活性。Deng等人的另一项研究也证明，特异性结合EDIII的抗体2B8能够抑制DENV血清型2在BHK细胞上的附着。 Dejnirattisai及其团队报道了发现广泛中和抗体的潜力，这种抗体有可能中和所有DENV血清型。他们发现，针对包膜二聚体表位（EDE）的mAbs能够与针对融合环表位（FLE）的抗体相比，更有效地中和感染人类细胞和昆虫细胞的DENV。原因之一可能是由于抗EDE抗体的能力，它们可以在不同的成熟阶段识别具有不同prM浓度的DENV，与依赖于prM存在进行融合环结合的抗FLE抗体不同。 除此之外，工程化抗体如双特异性抗体的发现也是开发针对DENV的治疗性抗体的一种流行方法。将两个具有特定功能的mAbs结合起来产生双特异性抗体（DVD-1A1D-2A10），已被发现保留并表现出亲本活性。这种双特异性抗体能够在DENV早期感染期间阻断病毒附着和融合过程，因为它由能够与EDIII相互作用以抑制DENV在宿主细胞上的附着的1A1D亲本抗体组成，以及另一个能够与EDII域结合以干扰病毒粒子和内体膜之间融合过程的2A10亲本抗体。具有双重阻断功能的优势，病毒附着和融合的阻断可能同时发生，或者可以抑制其中任一过程，作者预测，这可能更有效地抑制DENV感染。DENV E蛋白在病毒附着和融合过程中分别具有转变为二聚体和三聚体结构的能力，然而双特异性抗体由于其亲本活性的优势，能够同时结合EDII和EDIII域，从而避免E蛋白结构的变化。此外，这种双特异性抗体在1.33 µM的浓度下还显示出完全的中和活性，与其各自的亲本抗体相比，在相同浓度下仅显示出70%的中和效果。双特异性抗体的产生非常有希望被开发成针对DENV的治疗性抗体。 3.3.抗病毒肽 作为抗病毒剂之一，肽类抑制剂旨在通过影响病毒蛋白的功能来中断DENV生命周期。抗病毒肽可以通过几种途径抑制DENV感染，如（i）识别宿主细胞受体以阻止病毒进入，避免宿主细胞与病毒蛋白结合，（ii）靶向结构蛋白，通过阻止宿主细胞与病毒之间的结合来防止病毒进入，（iii）靶向非结构蛋白，主要处理抑制病毒复制。然而，抗病毒肽作为有效治疗药物使用存在一些缺点，如稳定性弱和生物利用度有限。解决这些问题的方法之一是应用化学修饰来改变肽的物理化学性质，另一种方法是通过突变分析改进抗病毒肽的性质。 一些抗病毒肽靶向登革热蛋白酶，如NS2B-NS3，它参与病毒多聚蛋白的切割，以在成熟时释放结构和非结构蛋白。Ltc 1在高温（40°C）下表现出更好的抑制能力，降低了感染细胞中的病毒载量。因此，Ltc 1可能通过抑制NS2B-NS3蛋白酶的活性来干扰DENV的生命周期。还有其他针对NS2B-NS3蛋白酶的抑制剂，有潜力被开发为抗病毒剂。 Hrobowski及其团队建议，可以使用模拟II类融合蛋白高度保守区域的肽来阻断病毒进入和融合。他们鉴定了一种肽抑制剂DN59，模拟DENV E蛋白的茎域，能够以低浓度抑制DENV-2感染。它在20 µM时显示出最高的抑制活性100 ± 0.5%，其IC50记录在大约10 µM。它还对DENV-2感染显示出极好的特异性，以低浓度超过99%的抑制活性抑制斑块形成。除了对DENV-2具有抑制活性外，这种肽抑制剂还对西尼罗河病毒（WNV）显示出抑制效果，由于它们具有相似的保守区域，因此它可能作为黄病毒的广谱肽抑制剂。进一步的研究表明，这种肽抑制剂对所有DENV血清型都有抑制效果，IC50在2到5 µM之间。有趣的是，他们还发现DN59能够破坏病毒膜并释放病毒基因组。基因组在用DN59处理后完全从E蛋白中分离出来，因为它在病毒膜上形成孔洞，由于其与脂质体囊泡的强烈相互作用并破坏脂质双层，导致病毒失去感染性。 此外，MLH40肽的模拟能力使其能够通过模拟M蛋白外域的螺旋疏水茎区和保守的疏水环来中断DENV M-E相互作用，当它结合到DENV时会引起同源二聚体E蛋白结构的改变，从而抑制所有类型的DENV的病毒感染。 DENV C蛋白与脂滴（LDs）之间的相互作用对于登革病毒颗粒的形成很重要。利用分子模拟的原理，肽可以通过模拟C蛋白无序的N端区域，包括NML + R基序（被认为是LD-C蛋白的相互作用位点）来抑制DENV颗粒的形成。还有另一种发现涉及DENV C蛋白的抗病毒机制。一种名为ST148的复合抑制剂显示出抑制DENV复制的潜力，它与两个衣壳二聚体“接吻”相互作用，形成一个抑制剂结合的衣壳四聚体，这可能在病毒感染新细胞之前或期间发生。含有这种复合抑制剂的病毒在感染新细胞时的核衣壳解包过程中会有故障效果。这将进一步导致C蛋白和RNA基因组的降解。因此，这种机制可能是未来抗病毒方法的有用见解。 另一方面，Kaptein和合作研究者鉴定了一种有前途且有效的泛血清型DENV抑制剂，称为JNJ-A07。它是一种靶向NS3和NS4B相互作用的抑制剂。NS3-NS4B复合物的形成是病毒复制的重要部分，因此该抑制剂通过在细胞质环上引起构象变化来阻断复合物的形成。他们的研究表明，抑制NS3和NS4B之间的相互作用显示出有前途的抗病毒机制和很好的抑制效果。这种抑制剂具有良好的药代动力学，并且对不同的21种基因型和血清型组合显示出有前途的抑制活性。 3.4.疫苗开发和针对DENV感染的潜在疫苗候选物 由于其四种抗原性不同的血清型可能引起的复杂感染，疫苗的开发一直是登革热治疗的巨大挑战。一种DENV血清型的初次感染将导致长期同型保护，但对其他血清型的短期异型保护，因此一个人在第二次异型感染期间可能会面临疾病加重。通过在二级淋巴组织中形成生发中心（GC），在滤泡辅助T细胞（Tfh）的帮助下，产生长期抗体分泌浆细胞对于开发有效的登革热疫苗很重要。 到目前为止，全球唯一授权的疫苗是Dengvaxia（CYD-TDV），它是一种活体嵌合、减毒和四价疫苗，由非结构黄热病17D株病毒骨架组成，结合了四种DENV血清型的结构前膜（prM）和包膜（E）基因。然而，Dengvaxia仅适用于9至16岁之间的感染人群。 其他疫苗候选物仍在通过不同阶段的临床试验，从第一阶段到第三阶段。正在进行第三阶段临床试验的疫苗候选物包括TV003/TV005（NCT01506570）和TDV/DENVax/TAK003（NCT02302066）。疫苗候选物TDEN-LAV（NCT01702857）仍在进行第二阶段临床试验，TDEN-PIV（NCT01666652）和D1ME100/TVDV（NCT00290147）目前处于第一阶段临床试验阶段，而V180（DEN-80E）（NCT01477580）已完成第一阶段临床试验。 Graham及其团队最近开发了一种新的活体减毒四价疫苗（DLAV），在接种疫苗后的8到14天内迅速产生DENV特异性多功能T细胞，并至少保留6个月。此外，DLAV还诱导效应记忆T细胞重新表达CD45RA（TEMRA），在接种疫苗后1年内保持其高频率。这表明这种疫苗诱导的免疫保护非常有希望。 在先前的研究中，Pinto团队展示了基于E蛋白的DNA疫苗（pE1D2）和基于NS1的DNA疫苗（pcTPANS1）都能在免疫小鼠模型中诱导免疫保护。在他们最近的研究中，他们更感兴趣的是找出两种DNA疫苗候选物组合所能诱导的保护性免疫。他们的研究表明，用pE1D2+pcTPANS1 DNA疫苗接种的小鼠由于结合的免疫反应而获得了出色的免疫保护。即使在DENV-2的致命挑战之后，pE1D2+pcTPANS1免疫的小鼠也没有发现病态，由于免疫反应的加强，它们也没有表现出感染的临床迹象。 所有上述讨论的潜在治疗剂总结在表1. 4.DENV诊断 在登革热诊断中，提供高特异性定量评估的传感器对于更好的监测和早期检测很重要。用于DENV诊断的常见检测方法之一包括酶联免疫吸附测定（ELISA）。这种测定有一些限制，如昂贵的测试套件和需要几个小时才能检测到目标兴趣。除此之外，在急性阶段使用病毒分离来诊断DENV感染既耗时又需要非常熟练地处理细胞培养或动物模型。对于逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）方法，它能够在发热阶段检测早期DENV感染，但也耗时且程序复杂。免疫层析测定法也常用于DENV检测，特别是应用了金纳米颗粒偶联抗体作为捕获蛋白的测定法。金纳米颗粒（AuNPs）是由于其稳定性、无毒性、生物相容性和易于与许多生物分子功能化等优点而在侧流测定中应用的有前途的纳米材料。 由于感染患者血清中NS1抗原水平高，使其成为许多商业免疫测定类型（如侧流快速测定和ELISA试剂盒）中一个有前途的生物标志物，因此NS1的检测已被应用于许多类型的单克隆或多克隆抗体基础免疫测定。与病毒RNA相比，病毒抗原在登革热感染患者的血液中循环时间更长，因此在RT-PCR中病毒RNA不可检测时，检测NS1抗原更受青睐。 图4说明了初次和二次感染期间NS1抗原、IgM和IgG的水平。在初次感染期间，从第0天起就可以检测到NS1抗原，并且在第4天会获得一个小高峰。即使NS1和IgM从感染的第3天到第9天同时存在，抗原检测也不会受到IgM存在的影响。另一方面，IgM的检测只能在发病后3到4天进行，并且从第5天起在血清中会保持持续量。从症状发作后第10到15天起，才能有效检测IgG。通常，IgG检测测定会用于根据IgG水平区分初次和二次感染。这是因为IgG只有在初次感染后几周或几个月才会显著提高。在二次感染期间，由于其快速的记忆反应，从第3天起就可以检测到IgG，这导致早期IgG水平高。 图4. 原发性和继发性登革热感染的NS1、IgM和IgG水平。(A) 在原发性感染期间，从第0天起可以检测到NS1，从第3天起可以检测到IgM，而IgG只能在第10天起检测到。(B) 对于继发性感染，IgG水平用于区分原发性和继发性感染，因为在急性期由于快速的免疫记忆IgG反应，IgG水平非常显著。 4.1.当前商用诊断试剂盒 NS1的检测是早期诊断DENV感染的有效方法，一旦发热开始，由于其在早期阶段出现，即在第0天至第9天内，第6至10天可以检测到最大水平。在Alcon等人的研究中，从症状发作的第一天开始，NS1抗原在血清中循环，长达9天，NS1的浓度从第0天的0.04lb/mL增加到第7天的2.00 lb/mL，而恢复期血清样本从第8天开始的浓度为0.04 lg/mL。对于二次感染，NS1在血淋巴中的浓度约为0.01至2 lb/mL，且在恢复期血清样本中未检测到。因此，大多数商用试剂盒侧重于检测NS1作为DENV诊断的生物标志物，因为它在早期阶段有可检测的显著量。 根据S. D. Blacksell及其团队的评估，商用NS1抗原现场诊断测试的敏感性和特异性分别在48.5%至58.6%和92.5%至99.4%之间。根据Osorio L.团队对不同商用NS1诊断测试的敏感性和特异性进行的比较，SD BIOLINE™ NS1/IgM/IgG检测提供最高的检测敏感性，高达80.7%，其次是SD BIOLINE™ NS1/IgM（78.4%）和第二代Pan E™（71.1%）。还有其他研究对不同类型的商用诊断试剂盒进行了审查。 商用SD Bioline Dengue Duo检测是常见的诊断测定，包括2种评估测试，用于检测患者血清中的DENV NS1和抗-DENV IgG或IgM。它的益处在于对DENV IgM和IgG的额外评估，增加了检测敏感性，这对NS1检测测定是补充的。SD Duo测试的改进敏感性再次通过比较NS1/IgG/IgM的联合检测和每个单独生物标志物的检测得到证明。NS1/IgG/IgM测试显示最高的敏感性（90.65%），其次是IgG测试（90.06%），NS1测试（87.50%）和最后是IgM（60.515）。将两个或更多登革热生物标志物（如NS1与IgM或NS1与IgM和IgG）的组合似乎对诊断试剂盒的整体性能有改善作用，从53.5%提高到88.7%和从60.61%提高到90.65%。 然而，无论是IgG还是IgM检测的单独阳性结果也可以表明过去几个月的感染，这只能被视为推定诊断。此外，当IgM测试作为单一生物标志物使用时，其敏感性被报道为低，从IgM测试获得的阴性结果不能完全排除登革热感染的嫌疑，因此IgM测试更适合用于检测近期感染，而不是作为急性感染诊断的标志。 4.2.当前诊断测试的限制 在Jayathilaka及其团队的研究中，大多数特异性检测NS1的抗体是针对高度保守的NS1区域，这导致与JEV和WNV的交叉反应超过65%。NS1抗体的产生可能是由于其他黄病毒的感染，并在DENV的二次感染期间增加到更高的抗体滴度。此外，RDTs中的假阳性通常是由于先前由任何类型的黄病毒或不同登革热血清型感染的残留抗体引起的，这在流行区经常发生。 Chung提到，商用诊断试剂盒似乎存在高变异性，范围从37%到98.9%，这可能是由于在二次感染期间，特别是在病毒血清型2、血清型4的发热开始后，随着时间的推移，敏感性降低，血清中发现大量DENV反应性IgG时，这一点在Osorio等人（2010）的研究中得到证明，即在二次感染的发热开始4天后和严重感染的情况下，检测敏感性降低。与诊断试剂盒的时间依赖性敏感性相关的是，疾病的持续时间据说会影响诊断试剂盒的敏感性，因为Guzman团队的研究报告称，与后期收集的血清样本相比，试剂盒在测试亚洲患者的急性血清样本时更为敏感，这些样本是在疾病初期的前3至4天内收集的。 此外，诊断试剂盒的敏感性也因不同类型的DENV血清型而异。在Guzman等人（2010）的研究中，Platelia试剂盒对DENV-2的敏感性最低，与其他血清型相比，诊断试剂盒对不同血清型的敏感性差异可能与不同血清型和同一血清型不同来源的特定NS1表位有关。 尽管有各种商用DENV诊断试剂盒的可用性，但仍存在一些现有的限制，如表2所列。 4.3.改善DENV诊断和发现有前景的诊断标记 Nascimento等人的研究发现，抗登革热NS1 IgG和IgG3有潜力被开发为长期DENV感染的生物标志物，而不是通常用于检测急性感染的生物标志物，如IgA和IgM抗体。这可能是因为它们在感染症状出现后的第一周内持续存在，有助于早期检测，并且检测窗口期更长，即在症状出现后4至6个月内。相比之下，NS1抗原检测的检测时间限于发病后的前几天，以最大化检测灵敏度。 生物功能化的锥形光学纤维可作为DENV诊断中的无标签定量诊断工具，因为它具有快速检测时间、简单过程、便携式可用性和易于制造的优点。在二次感染的早期，IgG抗体的存在量会比初次感染时更高，因此为抗体通过抗原生物受体的捕获提供了更高的可能性。Mustapa及其团队专注于通过在锥形多模光纤（TMMF）上固定DENV NS1抗原来检测抗NS1 IgG抗体。他们确定生物功能化的TMMF能在5分钟内检测到100 pg/mL的抗体，其灵敏度可达7 × 10-6a.u/pg/mL。这种生物功能化的TMMF可被用于DENV诊断，以获得更好的灵敏度和快速诊断结果。 Mustapa及其团队最近的研究是改进TOF的生物传感性能，通过整合纳米材料如聚酰胺胺（PAMAM）树状分子。这是一种超支化大分子，当集成到TOF中时，可以作为活性层。这种策略可能会增加TOF传感器的活性位点，以便于目标抗原的附着，主要是由于PAMAM树状分子的极性功能，它能够在其边缘锚定蛋白质并改善蛋白质装载。他们的研究将PAMAM树状分子集成到TOF传感器中作为活性层，以增强抗体吸收，从而在固定过程中为DENV-2 E蛋白的结合提供更多的活性位点。这种改进的PAMAM集成TOF传感器显示出与Kd值为1.02 ×10-10M的传感亲和力，比他们之前的研究更好。这可能是因为使用了PAMAM，它提供了更多的结合位点，并为E蛋白附着提供了更大的表面积。他们的研究证明，将PAMAM树状分子作为活性层在生物功能化的TOF传感器中大大增强了其在识别DENV E蛋白方面的性能。 之前，许多工作已经进行了利用血清型特异性抗体在DENV诊断测定中的应用，但这些方法在区分所有DENV血清型方面效果不佳。与其使用杂交瘤技术产生的抗体，不如使用来自人类天然噬菌体展示库的血清型特异性抗体，据报道它们可以通过与单一泛反应性捕获抗体结合来进行多重诊断，因为它们具有特定的表位。这些表位与NS1中最易接近的表位之一的翼状结构域表位不同。因此，使用来自人类天然噬菌体展示库的血清型特异性抗体的应用可能为解决DENV血清型鉴别的挑战提供了思路。 研究人员成功地产生了能够检测所有DENV血清型和ZIKV的杂交瘤抗体，且不会与小鼠免疫接种的重组DENV1、DENV2、DENV3、DENV4和重组ZIKV蛋白发生交叉反应。有效的检测仅适用于在急性期收集的血清样本，因为这是NS1和RNA都可检测的阶段。杂交瘤抗体对血清型特异性测试和泛DENV测试的检测限从1到20 ng/mL不等，而20 ng/mL是ZIKV NS1检测的检测限。 含有高浓度IgG的血清样本可能会导致NS1抗原与IgG形成免疫复合物而无法被检测，这进一步影响了诊断试剂盒的灵敏度。IgG的高水平通常存在于二次登革热感染患者的血清样本中。对于一些血液传播病毒如乙型和丙型肝炎，解离的抗体-抗原免疫复合物在早期诊断中起着重要作用。根据Koraka及其团队的说法，NS1抗原和IgG形成的免疫复合物需要被分解，以检测二次感染患者血清中NS1的存在。 针对病毒的sdAb研究越来越受欢迎，他们发现sdAb可以作为治疗和诊断领域的有前途的工具。纳米抗体是指具有最小分子大小的抗原结合片段，大约为15 kDa。它可以从鲨鱼和骆驼科动物（如羊驼和驼）中获得，这些动物没有轻链。纳米抗体的一个例子是单域抗体（sdAb），它由互补决定区（CDRs）组成，如CDR1、CDR2和CDR3。CDR3是一个不寻常的环，它长且延伸，能够穿透并结合到抗原的裂缝中，使其在目标结合上具有高亲和力。sdAb具有极高的热稳定性，高达95°C，并能在热变性过程中重新折叠，保持其结合亲和力。sdAb的热稳定性可以是解决使用传统mAb进行快速诊断测试时遇到的问题的方案之一。 具有特定结合亲和力的人类单链可变抗体片段（HuScFv）针对NS1的R和E域，被证明在暴露于HuScFv时，通过干扰细胞内NS1的产生和恢复宿主先天免疫活性，有效减少流感病毒感染的宿主细胞中的病毒复制。众所周知，具有Fc区域的抗NS1抗体会以某种方式诱导补体介导的细胞溶解，这可能加剧DENV感染。因此，首个专注于完全针对NS1的HuScFv的抗体开发被报道。这种HuScFv不包含Fc区域，并且比传统的IgG小得多。HuScFv与NS1的结合能力，无论是在天然形式还是分泌形式，表明它可能能够中断NS1的作用。这项研究表明，通过HuScFv和NS1之间的相互作用，可以中断病毒复制过程，因为病毒释放减少了。 与商用试剂盒SD Bioline Dengue Duo、固定mAb试剂盒和固定VHH抗体试剂盒相比，固定VHH抗体试剂盒在3种诊断试剂盒中实现了最高的特异性（99.50%），其对重组NS1的检测限为4.5 ng/mL，远低于固定mAb试剂盒（9 ng/mL）。从固定VHH抗体试剂盒获得的检测限不仅在急性期循环NS1的检测限范围内（10 ng/mL至50 µg/mL），而且远低于该范围，表明该试剂盒对检测低水平的DENV2 NS1具有显著的灵敏度。Fatima及其团队还使用表位绘图来识别VHH抗体和mAb的潜在表位。他们发现，两种类型的所有结合肽都有与NS1抗原的氨基酸序列从位置224到232相对应的同源区域。His和Trp几乎出现在每个克隆中，表明这两种氨基酸对抗体结合至关重要，特别是His残基。这种固定VHH抗体试剂盒是一个非常有前景的诊断工具，与其在效率、灵敏度、特异性和结合亲和力方面相比固定mAb试剂盒的优势。 基因工程改造可以应用于单域抗体（sdAb）以提高免疫分析的检测限。将sdAb作为捕获蛋白在与复杂基质的大总面积发生共价相互作用时存在局限性。它的小分子大小在与广泛的结合界面结合时会遇到困难，这将进一步影响目标蛋白的检测和分析的灵敏度。一种有趣的方法是通过蛋白质工程改造sdAb，获得二聚体形式的SpyTag融合sdAb，通过固定在SpyCatcher涂层微球上形成SpyCatcher/SpyTag对。应用SpyCatcher/SpyTag对有助于显著增加与非定向sdAb相比，所有DENV血清型污染的人血清中NS1的检测信号。检测限提高至5倍的增加是SpyTag融合sdAb在DENV诊断和其他蛋白质捕获应用中的有希望的结果。 上述讨论的主题的启示性部分总结在表3中。 5.结论  DENV的广泛传播早已是一个长期的公共卫生问题，随着COVID-19大流行的爆发，一些亚洲国家将需要面对双重负担，特别是对经济和卫生部门的影响。更令人担忧的是，大多数COVID-19病例从轻到中度疾病，与登革热感染常见的症状（如发热和皮疹）相似，因此存在很高的可能性，COVID-19病例和登革热病例可能会被误诊，或者一个人可能会同时感染两种病毒，就像DENV和其他黄病毒一样。此外，也有报道称在印度尼西亚、泰国和新加坡等国家存在交叉反应的案例。到目前为止，由于不同DENV血清型和不同黄病毒的感染导致的交叉反应问题仍未解决。此外，也存在更高的可能性发生ADE状况，并恶化病情。除了这些问题，DENV逃避免疫反应的习惯也是有效控制DENV感染时需要考虑的因素之一。为了解决交叉反应问题，已经持续进行了许多方法来发现有用和潜在的抗病毒药物、中和抗体和疫苗候选物，它们可以有效地发挥作用。这些方法包括基因工程的应用、纳米抗体的衍生、分子模拟、抗原隐蔽表位的发现、结构研究和抑制机制。此外，开发更敏感和特定的诊断替代品也非常需要，以解决当前商用诊断试剂盒的限制，以便能够快速和早期诊断黄病毒或其他新出现的烈性病毒，以便对感染患者进行立即的临床管理。纳米抗体衍生物和抗体工程等方法在开发敏感和特定的生物标志物检测器方面是一个有趣的想法。有趣的是，NS1可能作为DENV检测的潜在生物标志物，因为许多生物标志物检测器可以如上所述特别针对NS1抗原。总之，治疗和诊断方面的开发为未来的发展提供了有用和有趣的想法。

摘要：人类间充质干细胞（hMSCs）已被证明具有作为多种疾病治疗方法的巨大潜力。由于它们具有免疫特权地位，异体hMSCs治疗方法是特别有吸引力的选择，需要改进它们的规模化和制造方法。基于微载体的生物反应器系统在自动化封闭系统中提供了比传统平面培养更高的体积hMSCs产量。然而，需要更复杂的生物工艺来成功地从平面培养转换到微载体。本文总结了从种子训练、接种、扩展和收获的平面培养到微载体hMSCs制造方案中涉及的关键步骤。还讨论了重要的生物反应器参数，如温度、pH值、溶解氧（DO）、混合、喂养策略和细胞计数技术。 1.引言  人类间充质干细胞（hMSCs）被认为对治疗许多类型的疾病具有开发前景。这些疾病（包括神经、骨骼和关节以及心血管疾病）大多数缺乏改变疾病进程的治疗选择。除了经典的研究表明hMSCs具有多系分化能力以及它们能够归巢或迁移到损伤部位之外，更近期的研究表明它们具有旁分泌和免疫调节效应。自1995年首次报道以来，hMSCs已在临床上进行了越来越多的测试，迄今为止在clinicaltrials.gov上注册的临床试验超过1100项。在这些试验中，使用自体和异体hMSC的试验数量直到2015年都是相当的，之后异体hMSC试验的数量超过了自体hMSC试验。这种趋势可能源于免疫调节的好处，这使得hMSCs具有免疫特权，因此不太可能触发细胞移植引起的免疫排斥，这在基于细胞的治疗中始终是一个关键问题。另一个好处是与自体细胞产品相比，异体细胞产品的制造成本降低：（每剂1490-1830美元）与自体细胞产品（每剂3630-4890美元）相比，基于一些假设。到目前为止，13个获批的基于hMSC的产品中有9个使用异体细胞。根据临床试验数据，移植效果依赖于一定数量的合格细胞（典型剂量范围从7000万到1.9亿个细胞，中位数为1亿个细胞）成功地被输注到受体。从原始细胞中获得足够的细胞数量需要大规模体外扩增方案。对于即将到来的后期临床试验和未来商业化的需要，持续增长的需要是一致地放大大量高质量hMSCs的高效系统。出于明显的经济原因，有效的制造规模化是一个理想的尝试，以增加异体hMSC治疗的可行性。为了在规模化制造中扩展依赖锚定的细胞，如hMSCs，有效利用可访问的表面决定了最大的体积生产力和制造批量大小。制造hMSCs的最常见现代方法依赖于多层容器，这些容器设计为在一个室内堆叠的层，以同时处理所有层，提供更高的空间效率和比常规T-瓶更经济的生物过程。尽管它们在传统培养器具上有所改进，但在这些多层容器中的hMSCs扩展几乎达到了临床相关所需的阈值细胞数量。为了进一步扩大过程，微载体系统提供了更高的表面积与体积比，最大化了空间效率。自1967年以来，微载体已在各种迭代中用于人类细胞培养。先锋研究表明，在完全可控的升规模生物反应器中hMSCs在微载体上的扩展。由于最近对制造经济学的增加兴趣，将hMSCs的使用从研究和开发阶段扩展到标准治疗的商业制造，工业经验研究报道，微载体生物反应器培养可以达到近80倍的体积细胞产量，同时仅占用当前良好生产规范（cGMP）制造空间的10%，制造成本降低（每平方厘米0.044美元）与多层容器培养（每平方厘米0.061美元）相比。基于这些原因，hMSC在微载体生物反应器系统中的生产开发代表了该领域的宝贵进展。总而言之，基于微载体的生物反应器系统是有利可图地制造商业化hMSC产品的一种新兴方法。 尽管微载体生物反应器培养在理论上只是改进的方法，用于生成足够的细胞进行移植，但其固有的制造过程与标准、成熟的平面培养有显著不同。例如，微载体培养需要动态流动来悬浮微载体并使大量培养基均匀化。这使得氧气、营养物质和细胞代谢物主要通过对流进行质量传递，这比平面培养所需的扩散要有效得多。同时，动态流动本身会对细胞产生剪切应力，细胞-微珠和细胞-细胞碰撞的频率，加上hMSCs对机械和物理力的敏感性，都被认为是影响细胞生长和质量的因素。另一个重要的不同是，微载体培养中的细胞生长表面与T-瓶或培养皿提供的平坦表面非常不同。在平面培养中，细胞本能地附着在平坦表面上，由于重力的作用，在接种后几小时内；相反，微载体上足够的细胞附着是由细胞-微珠碰撞决定的，除了粘附之外，可能需要超过一天。此外，与平面培养中的完整表面相比，微载体提供的表面是孤立的，这阻止了微珠之间的细胞迁移。换句话说，观察到细胞主要在单个微载体内增殖和扩散，强调了初始殖民效率的重要性，在2D平面培养中并不是一个关键因素。不完全的液体移除是微载体基础生物处理的另一个障碍。例如，完全的培养基更换对于T-瓶或多层容器来说是一个简单的常规程序。相比之下，微载体基础培养的典型培养基更换体积大约是25%到50%（表1），这取决于微载体床深度一旦所有微载体沉降到生物反应器底部。一个相关的障碍复杂化了细胞收获过程中的多个步骤是不完全的液体移除。因此，微载体生物反应器细胞收获过程的每一步，包括洗涤、细胞脱落、微载体过滤和细胞悬浮液浓度，都涉及特别的考虑和相应的策略，以最大限度地移除液体，而不对细胞质量或产量产生负面影响。此外，微载体生物反应器过程的规模化需要在非常大的规模上使用专业设备。由于典型的细胞过滤器只能通过几十毫升的细胞悬浮液，实验室规模的离心机限于升体积，两者都不是高效收获生物反应器体积的可行选择，这些体积可以扩展到几十甚至几百升的细胞悬浮液。因此，尽管这些新发展起来的生物反应器过程参数在细胞生长阶段改善了规模化过程，但它们为基于微载体的hMSCs生产创造了额外的下游体积相关挑战。需要进一步改进下游设备设计，以完全实现成功的过程开发。微载体悬浮在生物反应器中的优势，如易于扩展的容器设计、均匀的营养和氧气获取、细胞和培养基的实时在线/离线监测、喂养策略的多样化操作（即批处理、补料批处理和灌注）等，是显而易见的，过程（动态细胞附着、独特的扩展和原位收获）必须从平面培养的原始方法适应到微载体悬浮培养的需求。美国食品药品监督管理局（FDA）推荐实施过程分析技术（PAT），以阐明旨在促进创新和基于风险的监管决策的过程，在开发、制造和质量保证中。筛选关键过程参数并理解偏离过程对最终产品质量的影响至关重要。我们之前的研究表明，hMSCs属性和治疗效果的变化源于从平面培养到微载体之间的微环境差异，包括不连续的表面、凸曲率、微载体刚度、剪切应力、碰撞和聚集。在这里，我们提供了一个全面的审查，当在基于微载体的生物反应器中制造hMSCs时，生物处理变化的需要。大规模准备的过程也进行了讨论。 表 1.基于hMSC微载体的生物反应器工艺参数。 缩写：微载体（MC）、间充质干细胞（MSC）、人脂肪组织来源的MSC（hAD-MSC）、人骨髓来源的MSC（hBM-MSC）、人胎盘来源的MSC（hPL-MSC）、人脐带来源的MSC（hUC-MSC）、人脐带基质来源的MSC（hUCM-MSC）、人胎儿骨髓来源的MSC（hF-MSC）、人沃顿氏果冻来源的MSC（hWJ-MSC）。α：这些数字是根据作者的信息计算的。 2. 微载体基础hMSC制造的生物加工  可扩展性是微载体基础悬浮培养相对于传统平面培养的最大优势。开发基于微载体的hMSC制造面临的第一个挑战是微载体的选择。在生物反应器系统中的hMSC生产中已使用了多种类型的微载体，包括聚苯乙烯、明胶、右旋糖酐等。已有几项研究报告了筛选微载体用于hMSC生产的评估，主要关注三个关键培养步骤：(1) 粘附效率，(2) 生长速率和细胞扩展，(3) 脱落的便利性。Rafiq等人系统评估了13种商业微载体用于生物反应器中骨髓来源hMSC生产的适宜性，并确定塑料微载体是最优化的。Loubière等人比较了5种商业微载体用于脐带来源hMSC扩展，并证明尽管Cytodex-1展示了更高的细胞粘附效率和更好的细胞扩展性能，Star-Plus和Plastic-Plus分别在轨道和机械搅拌模式下被认为是更好的折衷选择。Leber等人筛选了6种商业微载体用于骨髓来源hMSCs和永生化细胞系hMSC-TERT的扩增，并在含血清或化学定义的培养基(Stem Cell 1)中进行了比较。他们的结果表明，玻璃涂层微载体支持含血清培养基中hMSC-TERT的生长和微珠间的转移，而增强粘附微载体在化学定义培养基中增强了细胞生长。综合来看，微载体的选择可能因不同系统和特定细胞类型而异。 尽管有多种微载体选择，它们共享相似的几何圆形形状，直径范围在100-300微米。在这个范围内，微载体提供了足够的体积表面积，而不影响细胞粘附和增殖支持。旨在最大化空间的微载体设计与精确控制培养环境的生物反应器系统特别有前景。例如，一升Synthemax II微载体培养，装载密度为16克/升，提供5760平方厘米，接近CellSTACK®-10提供的6360平方厘米。 将进一步讨论与接种、喂养和收获培养相关的生物工艺改进，以克服使用基于微载体的生物反应器系统所面临的挑战。 2.1. 种子培养 在大规模hMSC制造（>50升）中，直接将细胞库瓶中的细胞接种到生产规模的生物反应器中是不现实的，也不经济。因此，从冷冻瓶中解冻细胞，通过种子培养逐步传代到越来越大、体积更大的容器中，是制造过程的必要阶段。为了获得足够的生物反应器接种细胞，已经开发了种子培养过程，以从一规模高效地生成活细胞到随后更大的规模，最终接种生产规模的生物反应器。每个种子培养必须可靠地生成所需的预定细胞数量，同时始终维持细胞质量。因此，除了确保倍数扩展外，种子培养的质量最终决定了hMSC生产的下游成功。影响种子培养质量优化的最重要因素是时间框架，因为hMSC过度生长可能导致细胞-细胞接触抑制，延长的传代过程施加了不当的细胞压力，对下游生产阶段产生负面影响。 大多数先前的研究使用平面培养进行hMSC制造，因为其相对简单，处理时间较短，细胞扩展的差异较小，且细胞数量产量一致。然而，如果目标接种量超过了平面培养所能实现的规模，微载体培养也可以纳入种子培养。一个简化过程的有趣替代方案是直接将种子微载体从种子培养阶段转移到规模化的生物反应器中，使用新鲜培养基和空微载体。这种方法需要满意的细胞从种子微珠迁移到未种子微珠，但跳过了传代过程，如酶处理、机械力脱落、离心和细胞沉淀物的重悬。几项研究还证明了使用新鲜解冻细胞的接种准备的实用性，从而证明了用微载体完全替代平面培养是可行的。由于微载体培养的传代过程复杂性增加，种子培养更倾向于使用平面培养。 2.2. 接种 对于批量系统，需要更多的努力来建立设定点的培养条件。在细胞接种之前，微载体应充分水合并用培养基平衡，整个培养环境应在优化的温度、pH值和溶解氧(DO)下稳定，以便在接种引起的必要的干扰之后立即恢复培养条件。细胞接种后，hMSCs倾向于像在平面培养中一样粘附到表面上。然而，微载体上的细胞粘附比平面培养中的粘附更加困难，不仅是因为动态环境，还因为微载体表面的曲率。因此，大多数工艺开发研究最初都集中在实现高细胞粘附效率上。粘附效率可以通过微载体上粘附的细胞比例和/或与悬浮在上清中的细胞相比，与初始接种数量相比来确定，假设在分析时间框架内没有细胞生长或死亡。18到24小时是细胞粘附容易测量和可以忽略细胞增殖的公认时间框架。 除了细胞粘附之外，殖民效率也很重要。由于单个微载体表面提供的可扩展表面的不连续性，细胞传播被限制在被殖民的微载体内，无论微珠间的转移如何。殖民效率决定了微载体表面利用率，这可能影响最终的细胞产量。一般来说，微载体的细胞殖民效率是通过基于细胞对微珠比例的泊松分布估算的，假设细胞-微载体碰撞和成功粘附的事件是随机的、独立的和恒定的。例如，细胞对微珠比例为3时，被占据的微载体的理论预测为95%，而细胞对微珠比例为6时为99.8%。因此，通常使用3到6的细胞对微珠比例（表1）。实际上，微载体的数量是根据达到目标细胞数量所需的表面积来选择的，细胞接种密度是根据之前的平面培养经验和通常在3000到5000个细胞/平方厘米来计算的（表1）。为了提高细胞对微珠比例以获得更高的殖民效率，增加接种细胞数量通常比减少装载的微载体更有利。尽管殖民效率和细胞粘附同等重要，但很少有研究全面评估了两者的影响。 间歇性搅拌已被实施以增强微载体悬浮培养中的细胞粘附。Yuan等人在转瓶中的实验结果表明，在细胞接种后24小时，使用间歇性搅拌（3分钟以60转/分钟的搅拌，然后不搅拌27分钟）比连续以60转/分钟的搅拌增强了1.5到2倍的细胞粘附效率。对于间歇性搅拌，静止期增强了细胞粘附，而搅拌期增加了细胞殖民。如果静止期太长，增加的细胞粘附导致初始增长更高，但可能不是最高的最终细胞产量，因为微载体的利用有限。此外，由于依赖锚定的hMSCs的活性随着它们未附着在表面上的时间越长而降低，间歇性搅拌模式的平衡必须仔细优化以适应规模。 已经开发了几种方法来提高细胞粘附而不损害殖民效率。成功的hMSC粘附需要细胞-微载体碰撞和在碰撞期间细胞对微载体的充分结合。针对这一点的一种方法是增加碰撞的概率。增加碰撞概率的一种简单方法是在细胞粘附阶段减少工作体积。增加搅拌速度也可以提高碰撞频率；然而，由于碰撞期间的接触时间减少和由于更高的动能而加剧的流体剪切应力，最终可能会减少成功粘附。生物材料生物技术的进步也提高了结合力，例如涂有蛋白质或正电荷增强细胞粘附的微载体。例如，Shekaran等人研究了涂有纤维连接蛋白和/或聚-L-赖氨酸的聚己内酯微载体对hMSC粘附效率的影响，发现纤维连接蛋白和聚-L-赖氨酸的顺序涂层将总细胞粘附提高了约69.4%到78.3%。此外，也研究了培养基的影响。与血清补充培养基相比，在无血清和异种培养基中观察到降低的细胞粘附和增加的滞后阶段，证明了血清在细胞粘附中的基本作用。在另一项研究中，Gadelorge等人成功地使用0.5%的血小板裂解物(PL)在最初的24小时内增强细胞粘附，而不是在扩展阶段使用的5% PL。尽管取得了一些进展，但在微载体悬浮培养中提高细胞粘附效率的策略仍然是一个挑战。 2.3. 细胞扩展 当hMSCs牢固地粘附在微载体上后，细胞开始扩展。为了最大化细胞产量，必须维持一个优化的环境。在平面培养中，温度由孵化器控制，pH值通过培养基中的碳酸氢钠和CO2浓度保持平衡，氧气由环境空气供应，几乎完全的培养基更换提供营养替换和废物清除。在微载体培养中，这些参数都由生物反应器系统控制，保持优化的温度、pH值、溶解氧(DO)，执行控制搅拌、营养喂养（例如，葡萄糖和谷氨酰胺）和废物清除（例如，乳酸和氨）。与每批只需要喂养一次或两次的平面培养不同，基于微载体的生物反应器培养需要更复杂的生物工艺，以实现实时监测和控制，并采用适当的喂养策略，以动态维持最佳细胞生长。为了增加最终产量，细胞培养系统旨在扩大工作体积和细胞浓度，因此需要开发支持细胞数量最大倍数增加的喂养方案。 2.3.1. 搅拌（搅动和摇摆） 在悬浮培养中在微载体上培养细胞需要某种形式的搅拌。先前的报告总结了搅拌引起的流体剪切应力和动态环境引起的碰撞以及随后的聚集对hMSCs治疗潜力的影响。研究的结论是保持搅拌尽可能低的速度，仅满足质量传递的需求，并避免微载体在死角的积累。搅拌槽式生物反应器已广泛用于微载体悬浮培养。通过可视化或粒子图像测速可以轻松估计维持微载体悬浮所需的最低搅拌速度。NS1和NS1u是常用的标准，代表搅拌器速度。NS1定义为完全悬浮所有微载体的阈值搅拌，但不保证均匀的微载体分散。NS1u定义为确保即使微载体与容器底部接触也没有静止微载体的最小搅拌。当考虑使用基于微载体的生物反应器系统进行hMSCs规模化生产时，混合的一个重要因素是体积能量耗散。这表明了维持微载体悬浮所需的每单位体积的功率输入，与搅拌速度成正比。因此，搅拌速度通常随着培养时间的增加而增加，以抵消装载有增殖细胞的较重微载体、较大的工作体积或多微载体聚集。与混合有关的另一个因素是搅拌器尖端速度，在这一点上是整个生物反应器中剪切应力最高的地方，因此对细胞的潜在损伤最严重。因此，搅拌器的尺寸和几何形状可能对活性至关重要。可能的情况是，一小部分细胞暴露在局部高剪切应力下，但平均剪切应力暴露仍然很低。 为了绕过剪切应力的潜在风险，其他类型的生物反应器，包括固定床生物反应器、中空纤维生物反应器和波纹运动生物反应器，也已用于扩展hMSCs。在波纹生物反应器中的微载体悬浮已显示出显著较低的剪切应力。然而，在这些系统中进行原位细胞收获时可能会遇到挑战，因为需要更高的剪切应力才能将细胞从微载体上分离。特定类型的微载体，如可溶解微载体，代表了克服这个问题的一个选择。 2.3.2. 控制系统（温度和pH值和DO） 无论培养类型如何，hMSC培养的最佳温度设定点为37°C。生物反应器通常配备有温度控制单元，该单元接收来自温度传感器的信号，并根据需要控制加热或冷却系统的能力。在生物反应器培养中调节温度有两种方式。一种是维持生物反应器的水套或附着在生物反应器袋上的金属板的温度，另一种是直接通过热电偶或温度传感器测量大体积培养的温度，然后用加热毯或垫加热生物反应器。前者可能由于间接测量而有一些偏差，而后者需要更多关注以了解温度传感器和加热源的相对位置。虽然在搅拌模式下，热传递和温度分布应该在整个培养中均匀，但在培养不处于搅拌状态时（例如，当沉降微载体进行培养基更换时）可能并非如此。由于整个培养过程中热传递效率低下而产生的任何温度梯度可能导致特定区域过热。因此，当搅拌关闭时，加热功能也应该关闭。 平面培养中的pH值通过孵化器中的5% CO2浓度和培养基中的NaHCO3平衡。尽管没有直接控制，但在平面培养中，高表面积-体积比率容易维持pH值在一定范围内。相反，含有高细胞密度的动态微载体培养需要更具体的pH值控制。如表1所示，pH设定点在7到7.5之间，pH可以通过稀释的碱（例如，NaOH，NaHCO3）和稀释的酸（例如，H2SO4）或CO2气体控制。两项研究已成功地仅通过使用5% CO2气体维持pH值。尽管每次使用前都必须校准在线pH探头，但离线校准（即，立即用离线pH计测量的培养样品）提高了细胞扩展期间的测量精度，特别是对于长期培养。 溶解氧（DO）是维持代谢活动和细胞生长的必需因素。向生物反应器培养供应氧气有两种方式：覆盖通气和鼓泡通气。对于覆盖通气，气体不断被泵入顶部空间以调节影响培养基中溶解气体的分压。概念是将纯氧泵入覆盖层可以加速氧气的溶解性。鼓泡通气通过在底部产生小气泡将氧气供应到培养基中，从而增加气液（氧-培养基）界面面积和气体滞留时间。由于hMSCs的低氧需求（1.2–3.8 × 10^−17 mol氧气s−1 cell−1）与细菌和酵母相比，DO通常可以通过覆盖通气来维持。迄今为止，很少有研究在基于微载体的hMSC生产中实施鼓泡。然而，如果细胞密度达到一定水平，气液表面积与体积比太低，可以应用鼓泡。一个考虑因素是，因为鼓泡可能会增加细胞的剪切力，并可能导致气液界面起泡，可能需要添加消泡剂。 氧气传递速率，表示生物反应器中氧气质量传递的熟练程度，由界面面积、质量传递系数和氧气浓度梯度决定。界面面积由几何参数决定，包括生物反应器的形状和尺寸以及鼓泡气泡的大小。因此，气泡尺寸越小，界面面积就越大，从而增强了氧气传递。氧气质量传递系数受培养基配方、混合、能量耗散、暴露时间等的影响。例如，Shah等人的实验结果表明，当在气流速率为0.05 vvm的2升旋转运动生物反应器中将搅拌速度从6提高到20 rpm时，体积氧气质量传递系数（kLa）从2提高到3.4 h−1，这表明较高的搅拌速度提高了氧气传递效率。氧气浓度梯度取决于溶解氧浓度与培养基中饱和浓度之间的差异。因此，顶部空间中的纯氧导致这个梯度的增加并加速氧气输送。 2.3.3. 培养基和喂养策略 与平面培养类似，用于基于微载体的生物反应器中hMSC扩展的最常见培养基是添加了FBS的DMEM或αMEM。最近对追求无异种培养的兴趣，以减少未定义的动物来源成分的影响，已测试并证明了人血清或血小板裂解物成功替代了FBS用于无异种微载体悬浮培养的生物反应器。此外，这些培养物用于治疗目的的潜力，导致开发了几种专门用于微载体基础培养系统中hMSC扩展的商业化培养基，包括MesenCultTM-XF、PRIME-XV MSC Expansion SFM、StemPro® MSC SFM XenoFree、MSCGMTM BulletKitTM。 一些因素被添加到生长培养基中以实现特定目的。例如，添加聚合物如0.1% Pluronic F68有助于通过减少细胞的疏水性来保护细胞，从而减少剪切诱导的损伤，并促进hMSC粘附到微载体上。这在用气体鼓泡培养时特别有益，并使气泡破裂。实际上，培养基的选择应该根据适当的喂养策略进行优化，并由各个培养系统决定。 由于培养基是hMSC生产的主要成本来源，明智的喂养计划将使用最少的培养基体积，以获得最大的细胞产量，而不会对细胞质量产生负面影响。培养基使用效率可以表示为每百万细胞的培养基消耗量（mL/10^6 cells）。使用这个描述符，可以比较不同研究之间的培养基成本。批处理培养是过程开发的便利和经济参考。优点包括操作简便、污染风险低和培养基用量减少。由于营养的限制，无法实现高细胞培养密度，因此批处理培养不理想用于hMSC制造评估。然而，批处理培养非常适合与最终产量无关的过程开发，如细胞系筛选、微载体筛选、细胞粘附改进、营养限制确定、生物反应器参数优化、批处理间变异性澄清等。 常见的hMSC微载体基础培养通常实施补料批处理作为喂养策略，以避免与营养相关的生长抑制，包括培养基添加和培养基更换。培养基添加同时补充营养和稀释代谢废物。由于这种方法缺乏排水程序，因此不必停止搅拌。这种方法的另一个好处是保留了hMSC分泌的细胞因子，并且在扩展过程中没有细胞损失。不幸的是，这种策略所需的增加工作体积导致每单位体积的细胞产量减少。部分培养基更换在补充培养基之前从生物反应器培养中去除代谢废物，并保持最大体积生产力。这个培养基去除步骤需要不搅拌10到20分钟以使微载体沉降。所需的确切时间可能因微载体密度、生物反应器规模、细胞聚集程度或其他影响微载体从培养基上清中沉降的能力的因素而异。通过离线培养基分析优化交换培养基的频率和部分，以防止营养耗尽和废物积累。大多数研究选择的培养基交换量等于或小于工作体积的50%（表1）。这既减少了排水过程中的微载体损失，也保留了已知可以增强扩展的hMSC分泌的细胞因子。在某些情况下，如果离线培养基分析推断特定已知营养组分的耗尽将很快发生（根据细胞生长曲线），可以提供更高浓度的这种组分作为添加剂来补偿短缺并维持细胞增殖速率。 连续交换模式（连续培养基交换）稳定地向生物反应器提供新鲜培养基，并同时将用尽的培养基泵出培养。这种策略可以比未修改的培养物实现更高的细胞密度。Cunha等人利用相同的培养基用量在基于微载体的搅拌槽式生物反应器中比较了每天20%工作体积的连续培养与每2.5天50%工作体积的补料批处理培养的性能。他们的结果表明，连续培养可以达到更高的细胞浓度，达到3.7 × 10^5 cell/mL的14.6倍扩展，与补料批处理培养的2.9 × 10^5 cell/mL的11.5倍扩展相比。连续流速可以根据生长和离线培养基分析进行调整，以补充必要的营养，最小化培养基波动。 2.3.4. 微载体添加 除了培养基补充外，一些研究还测试了添加新鲜、裸露的微载体作为一种方法，为现有细胞提供更多的扩展表面并稀释细胞密集度。这种方法依赖于高效的微珠间的细胞迁移。即使在各种培养系统和几种培养基中使用恒定搅拌维持的培养中，微珠间转移的可行性也得到了很好的证明。先前的一项研究建立了一种方法，在第6天向搅拌槽式生物反应器中添加新鲜微载体，然后从第6天到第9天进行间歇性搅拌（即，15转/分钟5分钟，静止55分钟），以实现更好的细胞从微珠到微珠的迁移，从而最大限度地提高微载体的殖民。这可能是一种创新技术，为高细胞密度培养提供增加的体积表面积并减少聚集程度。尽管有希望，但该过程需要优化以确定微载体添加的理想时间框架、新鲜微载体的数量以及整体提高细胞微珠间转移。 2.4. 收获 一旦生物反应器控制系统和优化的培养基喂养策略显示出扩展hMSCs的能力，下一步就是确定收获这些细胞作为最终产品的最佳时间。与平面培养不同，基于微载体的培养提出了hMSC收获的挑战。在收获时，hMSCs通常占据了大多数微载体，微载体聚集的程度非常高，可能会进一步增加与收获细胞相关的困难。使用从平面培养中修改的程序作为指南，微载体培养中的整个收获过程从微载体上的细胞分离开始。这包括排干培养基、添加并用PBS洗涤、排干PBS、添加解离缓冲液进行培养和用培养基熄灭。然后，包括以下步骤，以有效地去除微载体并浓缩大量细胞悬浮液，以便进行后续的下游生物过程。从培养系统移除液体的每个步骤都不可避免地会导致一些细胞的损失。例如，排干废培养基或洗涤缓冲液也可能去除一些带有粘附hMSCs的微载体，微载体去除和细胞悬浮液/浓缩步骤都涉及一些细胞的损失。分离效率可能是降低总细胞产量的另一个因素。因此，已经开发了许多方法来提高hMSC收获效率。 收获效率最关键的部分是细胞分离程序。Nienow等人报告了在15毫升ambrTM和100毫升DASGIP生物反应器以及100毫升转瓶中使用解离试剂Trypsin-EDTA、TrypLE Express和Accutase优化hMSC微载体培养中的分离效率的21种组合。从本质上讲，他们的方案利用了解离试剂的短暂强烈搅拌期，结合了达到最大分离效率所需的化学反应和物理力。分离效率可以随时通过在显微镜下检查样品来检查，看看微载体是否仍然附着在细胞上。此外，一旦细胞被分离成单个细胞或大小小于湍流的Kolmogorov尺度的小簇，细胞将不再受到流体剪切应力的影响。细胞分离后，需要去除微载体以获得纯净的细胞悬浮液。可以使用无菌筛子过滤掉微载体。为了适应大规模制备的高容量，市售的一次性滤袋也可用。例如，Thermo Fisher Scientific的Harvestainer™ BioProcess容器旨在封闭系统中将微载体珠子与收获肉汤分离，包括3升、12升、25升和50升的不同尺寸，应该能够覆盖迄今为止开发的大多数规模。这涉及在无菌容器内组装一个微筛袋，以允许微载体被截留在筛袋中，而分离的细胞将通过它。EMD Millipore的OptiCap® XL 1胶囊还提供了有效的过滤，以将细胞与微载体分离。筛网尺寸必须在微载体直径和细胞直径之间，范围从60到100微米（表1）。 无论采取哪种方法，收获过程都需要几个复杂的步骤，必须及时进行。为了减少复杂性，已经开发了创造性的微载体类型，以简化程序并提高生产速度和效率。可溶解微载体是一种创新的方法，可以轻松地检索所有细胞，而不需要进一步的过滤，并且在升规模的生物反应器培养中已经使用。热响应微载体也已测试用于热提升收获。尽管取得了这些进展，但仍有改进的空间，以加速收获过程。 去除微载体后，经过澄清的hMSC悬浮液通常包含的体积（>20升）大于来自可比平面培养的体积。实验室升规模的离心机缺乏处理这些大体积的能力。已经开发了用于高效细胞浓缩的最新连续流技术。切向流过滤，也称为交叉流过滤，是一种通过将流动方向设置为垂直于过滤方向（顾名思义）来提高渗透流速的设计。有许多商业产品可用，包括Pall Corporation的Cadence™ Single-Pass和PallSep™系统，Millipore的Cogent M1 TFF系统，Cytiva的UniFlux和ÄKTA flux等。另一种设计是逆流连续离心。这些系统可以利用流体流与离心力相反的平衡将细胞保留在流化床上，例如Sartorius Stedim的kSep®系统或Terumo BCT的Elutra®细胞分离系统。这些方法加速了从大规模体积中浓缩细胞的处理时间，并减少了细胞暴露于离心力的时间。仍然需要进一步优化以获得最大的hMSC产量。 3. 取样和细胞计数  这些细胞作为治疗药物的效力取决于能否获得大量健康活性的hMSCs。因此，准确和一致地计算悬浮细胞的方法非常重要。此外，由于微载体的干扰以及它们在培养中的固有聚集，基于微载体的生物反应器培养中的细胞计数变得更加具有挑战性。与消耗营养物质和积累废物相比，确定细胞数量被视为支持和确认成功细胞扩展的最直接证据，因此也指导未来过程开发的决策和方向。从本质上讲，细胞计数是整个生物过程的关键参考。在计数细胞之前，必须收集代表性样品。取样口位置、取样时的搅拌速度、处理样品的过程，所有这些因素都可能改变计数的细胞数量。优化取样方法是第一步，尤其是对于细胞培养的后期阶段，当hMSCs在多微载体聚集体中生长时，这可能是一个挑战。 细胞计数是一个相对直接的过程，已经为来自平面培养的均匀细胞悬浮液建立了许多方法。方法是计算固定体积内的细胞数量，然后将该数量转换为样品大小，再转换为整个培养系统。当使用聚集的微载体工作时，需要修改方法。 一般来说，在微载体培养中计算细胞的方法有几种：(1) 细胞从微载体上分离后的计数；(2) 微载体溶解后的细胞计数；(3) 细胞溶解后微载体的核计数；(4) DNA定量；(5) 代谢测定。具有简单步骤和高通量的计数方法理想且比基于测定的方法更受欢迎。此外，由于可溶解微载体并不总是可行的，细胞从微载体上分离和细胞溶解微载体通常是更合适的选择（图1）。 图 1.细胞解离和细胞裂解方法。基于微载体的生物反应器培养物的细胞计数方法。 除了使用血细胞计数器进行手动细胞计数外，自动细胞计数器已广泛用于hMSC制造，以快速测量复制样品中的细胞数量。尽管理论只是计算所有细胞并由细胞膜的完整性确定活性，不同的自动细胞计数器可能会产生不同的结果。台盼蓝增强了带有活性信息的细胞计数，而荧光染料，如吖啶橙、钙黄绿素、DAPI、碘化丙啶等，可以通过自动细胞和核计数器显示更高的颜色对比度，用于计算有或没有裂解缓冲液的活细胞和死细胞。这些自动计数器主要分析染色细胞/核的图像并计算颗粒数量。重要的是，应根据细胞/核大小设置门限，以排除样品中可能存在的无关细胞碎片或破裂的核。自动计数器的典型认证范围是10^4到10^7，因为这提供了足够的颗粒进行计数，但并不过于拥挤，以至于设备无法识别单个颗粒。值得注意的是，对于来自平面培养的细胞工作良好的自动细胞计数器在计数来自微载体培养的细胞时可能效率较低，因为有微载体堵塞装载工具的风险。 4. 结论  我们先前的研究检查并总结了当从平面培养转换到微载体时微环境变化导致的hMSC治疗潜力的改变。发现成骨和软骨系的分化潜力显著增加，而脂肪系的分化潜力减少。还观察到迁移能力、抗炎和免疫调节能力的改善。我们也承认了来自微载体培养的不足之处——主要是由不连续生长表面和生物反应器内剪切应力分布不均匀引起的异质性。然而，尽管存在局限性，基于微载体的生物反应器系统仍然是生产hMSC产品商业化最有前途和盈利的方法。本综述着重于微载体基础生物反应器的发展，这些反应器最有潜力用于规模化过程。我们还讨论了微载体培养所需的生物加工变更，包括种子培养、接种、扩展、收获和细胞计数。还回顾了生物反应器参数，如温度、pH值、DO、混合和喂养。最后，我们详细介绍了在hMSC微载体培养中应用的各种细胞计数方法。