摘要:肠道病毒 D68(EV-D68)是一种可引发严重呼吸道疾病和神经系统并发症(如急性弛缓性脊髓炎)的病原体,目前尚无获批疫苗。本文总结了一项突破性研究,该研究通过连续传代技术,成功将 EV-D68 菌株适应于疫苗生产中常用的 MRC-5 和 Vero 细胞,并评估了基于这些适应菌株制备的灭活全病毒疫苗的免疫效果。研究发现,MRC-5 细胞适应菌株可直接通过连续传代获得,而 Vero 细胞适应菌株需先经 MRC-5 细胞适应后再传代培养。动物实验显示,部分适应菌株疫苗能诱导与原始菌株相当的保护性免疫,但部分菌株免疫原性显著下降。这些发现为 EV-D68 疫苗的规模化生产提供了关键数据,同时提示菌株适应过程中需关注免疫原性的稳定性。
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一、EV-D68 的威胁:从呼吸道感染到神经系统损伤1.1 病毒特性与致病机制
EV-D68 属于小 RNA 病毒科肠道病毒属,是一种无包膜的二十面体病毒,基因组为单链正链 RNA,长度约 7.4kb。其基因组编码 4 种结构蛋白(VP1、VP2、VP3、VP4)和 7 种非结构蛋白,其中结构蛋白是病毒入侵细胞的关键,非结构蛋白则参与病毒复制和宿主细胞调控。
EV-D68 主要通过呼吸道飞沫传播,感染后多数表现为轻症呼吸道症状(如咳嗽、发热),但儿童、老年人及免疫功能低下者可能发展为重症肺炎。更令人担忧的是,近年来研究发现 EV-D68 与急性弛缓性脊髓炎(AFM)密切相关,患者会出现肢体无力甚至瘫痪,且目前尚无特效治疗药物。
1.2 流行趋势与防控困境
2014-2018 年间,EV-D68 每两年暴发一次,且每次暴发均伴随 AFM 病例激增。2021-2022 年,多个国家再次报告 EV-D68 相关重症呼吸道感染病例,显示其持续流行的威胁。然而,目前全球尚无针对 EV-D68 的预防性疫苗或特异性治疗药物,防控主要依赖对症支持治疗,因此疫苗研发迫在眉睫。
二、疫苗生产的细胞选择:为什么是 MRC-5 和 Vero 细胞?2.1 传统培养细胞的局限
此前 EV-D68 研究多使用RD 细胞(人横纹肌肉瘤细胞),但该细胞存在两大问题:一是未被批准用于疫苗生产,二是具有致瘤性(在裸鼠中可诱发肿瘤)。根据世界卫生组织(WHO)、美国食品药品监督管理局(FDA)等机构的指南,疫苗生产用细胞需通过致瘤性测试,RD 细胞显然不符合要求,因此亟需替代细胞株。
2.2 MRC-5 细胞:安全但有局限
MRC-5 细胞是源自人肺组织的二倍体细胞,已被证实无致瘤性,且安全性经过充分验证,广泛用于麻疹、风疹等疫苗的生产。研究发现部分 EV-D68 菌株可在 MRC-5 细胞中复制,但其缺点是传代 20 次后生长能力显著下降,难以满足大规模疫苗生产需求,更适合小剂量活疫苗制备。
2.3 Vero 细胞:高效但需适应
Vero 细胞是源自非洲绿猴肾的连续细胞系,因无法产生 I 型干扰素而对多种病毒高度易感,已用于脊髓灰质炎、新冠病毒等疫苗生产。但 EV-D68 对 Vero 细胞天然不敏感(非允许性),需通过技术手段使其适应才能用于疫苗生产。
三、EV-D68 菌株的细胞适应:从实验室到生产的关键一步3.1 适应策略与实验设计
研究团队选取了 2014 年美国暴发期间分离的 3 株 EV-D68(MO 株、KY 株、IL 株,分属 B1、D、B2 进化分支),采用连续传代法进行细胞适应:
MRC-5 细胞适应:直接将原始菌株在 MRC-5 细胞中传代 5 次,获得 MRC-5 适应菌株(MRC-P5)。
Vero 细胞适应:先将 MRC-5 适应菌株在 Vero 细胞中传代 15 次,获得 Vero 适应菌株(Vero-P15)(直接将原始菌株在 Vero 细胞中传代未成功)。
3.2 适应效果:病毒滴度的显著提升
通过TCID₅₀(50% 组织培养感染剂量)检测,3 株菌株在适应后病毒滴度明显提高。以 Vero 细胞适应为例,MO 株从初始的 10⁷・⁵ TCID₅₀/mL 升至 10⁸・³ TCID₅₀/mL,KY 株和 IL 株也达到类似水平(表 1),表明适应后的菌株可在目标细胞中高效复制。
表 1:EV-D68 菌株在连续传代中的病毒滴度(TCID₅₀/mL)
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3.3 基因突变:适应的分子基础
基因测序显示,适应菌株在结构蛋白(如 VP1、VP3)和非结构蛋白(如 2C、3D)中积累了多个突变。例如:
MO 株 MRC-P5 出现 VP3-E59D、VP1-D87N 等突变;
Vero-P15 额外出现 VP2-H135Y、2C-N258S 突变。
这些突变可能增强了病毒对宿主细胞的吸附或复制能力,但不同菌株的突变位点无统一规律,提示适应机制存在菌株特异性。
四、灭活疫苗的制备与特性分析4.1 疫苗制备流程
研究团队采用β- 丙内酯(BPL)灭活适应菌株,经蔗糖密度梯度离心纯化后,制备灭活全病毒疫苗(WV 疫苗)。关键步骤包括:
病毒培养:在 MRC-5 或 Vero 细胞中培养适应菌株,待出现完全细胞病变效应(CPE)后收集病毒;
灭活与纯化:用 0.05% BPL 灭活病毒,经蔗糖垫层离心和密度梯度离心纯化,获得完整病毒颗粒;
鉴定:通过 SDS-PAGE、Western blot 验证病毒蛋白(如 VP1、VP2),并用电镜观察颗粒形态。
4.2 疫苗的物理化学特性
蛋白组成:SDS-PAGE 显示疫苗中含有 VP1、VP2、VP3 等结构蛋白,但适应菌株的 VP1 分子量略小于原始株,可能与氨基酸突变或蛋白切割差异有关(图 4a)。
颗粒形态:动态光散射(DLS)显示颗粒直径约 30nm,负染电镜观察到典型的二十面体结构,与 EV-D68 形态一致(图 4b、4c)。
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五、疫苗的免疫效果评估:保护力与免疫原性的差异5.1 实验设计
研究团队以 BALB/c 小鼠为模型,通过皮下注射接种疫苗(0.1μg / 次,两次免疫间隔 21 天),检测:
特异性抗体:通过 ELISA 检测 EV-D68 特异性 IgG 水平;
中和抗体:通过 TCID₅₀法检测血清中和病毒的能力;
保护效果:免疫后用 EV-D68 鼻腔攻毒,12 小时后检测肺和鼻甲骨中的病毒载量。
5.2 不同菌株疫苗的表现
MO 株适应疫苗:MRC-5 和 Vero 适应菌株疫苗诱导的 IgG 水平、中和抗体效价与原始株疫苗相当,攻毒后肺和鼻甲骨病毒载量显著降低,保护效果无差异(图 5)。
KY 株适应疫苗:Vero 适应菌株疫苗的 IgG 和中和抗体水平与原始株相当,但攻毒后病毒载量略高于原始株疫苗组,保护效果略有下降(图 6a-c)。
IL 株适应疫苗:Vero 适应菌株疫苗虽能诱导 IgG,但几乎无法产生中和抗体,攻毒后病毒载量与未免疫组(PBS 组)无差异,完全丧失保护效果(图 6d-f)。
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5.3 免疫原性差异的原因
研究发现,IL 株 Vero 适应菌株的VP1 蛋白出现多个突变(如 T80N、S82T),这些突变位于病毒的中和抗原位点 I附近,可能改变了抗原构象,导致中和抗体无法识别。这提示菌株适应过程中需重点关注结构蛋白突变对免疫原性的影响。
六、研究意义与未来展望6.1 对疫苗研发的启示
本研究首次建立了 EV-D68 对 MRC-5 和 Vero 细胞的高效适应方法,证明这两种细胞可用于疫苗生产,解决了 RD 细胞的安全性问题。同时,研究揭示了菌株适应可能导致免疫原性变化,为筛选稳定有效的疫苗菌株提供了依据。
6.2 待解决的问题
免疫原性稳定性:需进一步研究如何通过精准突变筛选,在保证细胞适应性的同时避免免疫原性下降;
菌株代表性:本研究仅使用 3 株 2014 年分离株,需验证方法对近年流行株(如 B3 分支)的适用性;
安全性评估:需开展疫苗的长期毒性、过敏反应等安全性研究,为临床转化奠定基础。
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