《Cell》如何更有效预防结核？Barouch团队揭示CD4抗原库挖掘与新型疫苗作用机制

结核病（TB）是全球范围内由传染病导致死亡的首要原因，而卡介苗（BCG）仍是目前唯一获得临床批准的疫苗。结核病疫苗研发中长期存在的一个挑战，是从大量潜在候选抗原中进行系统性的抗原筛选。作者在小鼠中对那些在人体内是CD4 T细胞靶点的抗原进行了保护效果筛选。发现这些抗原在保护效力上存在显著差异，且大多数保护效果最好的抗原目前尚未进入临床开发阶段。

基于此，2025年9月16日，哈佛医学院Dan H. Barouch研究团队在Cell杂志发表了“Mining the CD4 antigen repertoire for next-generation tuberculosis vaccines”揭示了挖掘CD4抗原库以用于下一代结核病疫苗。

观察到在系统发育聚类的抗原之间存在免疫交叉反应性，反映了它们具有共同的CD4表位。开发了一种包含PPE20（Rv1387）、EsxG（Rv0287）和PE18（Rv1788）的三价mRNA疫苗，在多种小鼠模型中该疫苗的保护效果优于甚至超过了卡介苗。最后，作者发现84%接触过结核分枝杆菌的人类个体对这些抗原产生了细胞免疫反应。这些数据加深了对结核病疫苗免疫学的理解并提出了一种可用于临床开发的新型疫苗概念。

图一 LTB CD4抗原及部分临床抗原的大规模体内筛选

为了建立一个体内筛选流程以系统性地评估候选结核病抗原的初始保护效果，作者首先采用了一种此前曾用于免疫原发现的DNA疫苗平台，并筛选了在潜伏性结核感染（LTB）人群中被证实为人类CD4 T细胞靶点的抗原。

研究人员从长期接触结核病（LTBI）的个体中筛选出36个主要的CD4 T细胞靶向抗原并结合6个正处于临床开发阶段的抗原，构建了包含42个结核病抗原的DNA疫苗库，另以SARS-CoV-2刺突蛋白RBD作为阴性对照。

在CB6F1杂交小鼠模型中进行两次免疫后，通过气溶胶感染结核杆菌H37Rv，评估肺部细菌负荷的降低程度来衡量保护效果。结果显示，不同抗原的保护效力差异显著，部分疫苗可使细菌减少最高达4.1倍，而对照疫苗无保护作用。目前临床在研的抗原中仅有少数表现出较强保护力。

通过聚类分析，研究人员鉴定出8个表现优异的“领先抗原”（Rv1387、Rv1886c、Rv0287、Rv3804c、Rv0280、Rv3020c、Rv1788和Rv0256c），其中除Ag85A/B外，其余7个均为首次发现具有强保护性的新候选抗原，且整体效果显著优于现有临床抗原。这些有效抗原均能诱导强烈的CD4 Th1型多功能T细胞反应（共分泌IFN-γ、TNF和IL-2），部分还激活了CD8 T细胞。值得注意的是，一些免疫原性强的抗原并未带来良好保护，表明免疫反应强弱不能替代实际保护效果，凸显了以“减少细菌负荷”为金标准进行疫苗筛选的重要性。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

图二 保护性抗原的系统发育及CD4表位作图分析

为进一步解析高效结核病疫苗抗原的特征，研究人员对筛选出的8个最具保护性的抗原进行了系统发育、结构与功能分析，发现它们可划分为四个功能相关的簇：PPE家族（Rv1387、Rv0280、Rv0256c）、Esx家族（Rv0287、Rv3020c）、PE家族（Rv1788及其相关蛋白Rv1791）以及Ag85家族（Rv1886c和Rv3804c）。这些家族在细菌免疫逃逸、毒力或细胞壁稳态中发挥重要作用。

研究者假设其保护效力可能源于家族内保守的CD4 T细胞表位，通过实验证实：用某一抗原免疫小鼠后，其CD4 T细胞不仅能识别自身肽段，还能交叉识别同簇内其他抗原的肽库，表明存在显著的免疫交叉反应。

进一步分析显示，无论抗原大小，在每个家族中均存在重叠的CD4 T细胞识别区域，如PPE、Ag85家族中发现共享的免疫优势亚区，Esx和PE家族也呈现两个重叠的反应热点。这些结果表明，这些高效抗原之所以表现出强保护力，不仅因其生物学功能重要，更因其在进化上保守的结构特征可被宿主免疫系统通过交叉反应广泛识别，从而激活多功能CD4 T细胞应答，为设计广谱、高效的下一代结核疫苗提供了关键依据。

图三 三价mRNA-LNP疫苗与卡介苗在低剂量攻击模型中的免疫原性及保护效果比较

研究表明，结核病在人际传播时常涉及极低剂量的细菌感染，因此研究人员采用低剂量（约1-3个细菌或0.3–1个半数感染剂量）气溶胶攻击小鼠模型，更真实地模拟人类传播过程并评估疫苗能否预防“可检测感染”和“双肺扩散”等关键指标。

实验比较了卡介苗（BCG）单独使用与BCG联合三价mRNA-LNP疫苗（含Rv1387、Rv0287、Rv1788抗原）的效果。结果显示：未免疫小鼠感染率高达60%，而BCG可将感染率降至40%，双肺扩散率从56%降至13%；加入mRNA疫苗后，感染率进一步降至26%，双肺扩散完全被抑制（0%），且肺部细菌负荷比未免疫组降低超25000倍。复合感染（感染或播散）分析显示，联合疫苗组（13%）显著优于单独BCG组（23%）。

免疫分析表明，联合疫苗诱导更强的抗原特异性CD4 T细胞反应，且首次激活了CD8 T细胞和部分Th17反应，这些T细胞反应强度与后续保护效果显著相关，尤其是能同时分泌干扰素γ、肿瘤坏死因子和白细胞介素2的多功能CD4 T细胞。在更严格的低剂量重复攻击模型中，单独mRNA疫苗的保护效果已优于BCG，其复合感染率（23%）显著低于BCG组（50%），联合使用并未进一步提升。综上，三价mRNA-LNP疫苗不仅能显著增强BCG的保护力，还能诱导更全面的T细胞免疫，为开发更有效的结核病疫苗提供了有力支持。

图四 全文摘要图

总结

在新冠疫情期间，mRNA-LNP疫苗的临床应用显示出能够强有力地诱导CD4 T细胞反应。mRNA-LNP疫苗的灵活性和可扩展性也非常适合多价疫苗的开发，一种包含多达二十种毒株的流感疫苗临床前研究已证明，该疫苗能对所有包含的毒株产生特异性免疫反应并对多种毒株提供强大的异源保护作用。基于蛋白质的多价疫苗M72、ID93和H107也已在临床前模型中显示出有效性，并正处于临床开发阶段。

作者的研究数据证实并拓展了这些先前的发现，表明一种表达新型抗原组合的三价mRNA-LNP疫苗，在标准剂量攻击模型中显著改善或超越了卡介苗对肺部细菌负荷的保护效果，在低剂量攻击模型中则显著降低了感染率和播散率。综上所述，作者的研究为潜在结核病疫苗抗原的生物学特性提供了新的见解，并提出了一种可用于临床评估的新型结核病疫苗概念。

文章来源

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.027

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。