mRNA-based prime-and-pull vaccination combines benefits of subcutaneous and mucosal BCG vaccination

問題の背景
現在ライセンス供与されている結核（TB）ワクチンであるマイコバクテリウム・ボヴィス・BCG（Bacillus Calmette-Guérin）は、小児における重症化に対しては効果的に機能するが、最も感染力の強い形態である肺結核に対しては、その効果が不安定で不十分な場合が多い。粘膜ワクチン接種戦略は、強固な局所肺免疫および組織常在性メモリー（TRM）細胞を生成するための有望なアプローチとして浮上しているが、重大な安全性の障壁に直面している。具体的には、エアロゾル化したBCGのような生菌弱毒化ワクチン（LAV）の粘膜投与は、制御不能な増殖や過剰な炎症を引き起こすリスクがあり、これが肺の組織整合性やガス交換を損なう可能性がある。したがって、粘膜投与の高い免疫原性と、非増殖性の非経口ワクチンの安全性プロファイルを両立させるワクチン戦略が切実に求められている。

方法論
著者らは、mRNAベースの「プライム・アンド・プル（prime-and-pull）」ワクチン接種戦略を開発し、評価した。このアプローチは以下の2つのステップで構成される：

1. プライム（Prime）： 皮下（SC）接種によるBCG（標準的なBCG、またはESX-1遺伝子座を発現する組換えBCGであるBCG::RD1）により、全身性免疫を確立する。
2. プル（Pull）： リピッドナノ粒子（LNP）で製剤化したmRNAを気管内（IT）投与することにより、局所の肺免疫を誘導する。

本研究では、DOTAP、DOPE、コレステロール、およびC16 PEG-セラムイドで構成される「ステルス」LNP（sLNP）を用いて、肺へのmRNA送達を実施した。2つの異なる抗原モデルがテストされた：

• 概念実証モデル： 単一抗原であるESAT-6（主要な結核菌抗原）を用い、投与レジメン（単回高用量 vs 多回低用量）の最適化、およびSC BCGおよびIT BCGコントロールとの比較を行った。
• 多価モデル： 4つのmRNA構築体を生成し、それぞれが2つの抗原（計8つのタンパク質：HBHA、HRP1、HspX、CFP10、Ag85B、VapB47、PPE18、およびPE13）をコードするように設計した。これらは、MHC適合性を広げるためにハイブリッドF1（C57BL/6 × BALB/c）マウスを用いてテストされた。

ワクチン接種を受けたマウスには、ワクチン接種から60日後にエアロゾル化したM. tuberculosis H37Rvを曝露させた。結果は、肺および脾臓における細菌量（CFU）、肺病理学的解析、フローサイトメトリーによるT細胞サブセット（TRMおよび幹細胞様メモリーT細胞を含む）、およびサイトカインプロファイリングによって評価された。

主な貢献と結果

• 送達と発現： sLNPが気管内経路を通じて肺細胞へmRNAを正常に届け、48時間以内に樹状細胞および好中球におけるタンパク質発現をサポートすることを実証した。
• 投与量の最適化： ESAT-6モデルにおいて、BCGのSC投与に続くmRNAの単回高用量（10 μg）のIT投与は、多回低用量レジメンと比較して、肺および気管胞洗浄液（BALF）における抗原特異的T細胞の数を有意に増加させた。この単回投与のプライム・アンド・プル・レジメンは、IT BCGによって誘導されるものと同等のT細胞頻度を達成した。
• 安全性プロファイル： IT BCGワクチン接種は最も高いレベルの抗原特異的T細胞を誘導したが、同時に顕著な肺病理および炎症を引き起こした。対照的に、プライム・アンド・プル戦略は、最小限の炎症細胞浸潤とともに強固な局所免疫を誘導し、IT BCGと比較して肺組織損傷を有意に減少させた。
• 多価の有効性： 8つの抗原を標的とする多価mRNAアプローチは、液性免疫応答を強化し、CFP-10、Ag85b、およびHspXに対するIgGタイターを有意に増加させた。極めて重要なことに、この戦略はIT BCGよりも肺および縦隔リンパ節において高い頻度の幹細胞様メモリーT（TSCM）細胞を誘導し、より持続的な免疫の可能性を示唆した。
• 防御免疫： M. tuberculosis 曝露において、プライム・アンド・プル戦略は、肺の細菌量および病理を減少させる上でIT BCGに匹敵する保護効果を示し、かつIT BCGよりも低い炎症プロファイルを維持しながら、SC BCG単独よりも優れた保護効果を発揮した。

意義と主張
本論文は、プライム・アンド・プル戦略を、粘膜BCGワクチンの向上した免疫原性と、経口投与BCGの安全性の間のギャップを埋める「モジュール式」のトランスレーショナルなアプローチとして提示している。著者らは、この戦略が免疫細胞の動員と組織破壊的な炎症を「切り離す（uncouples）」ことに成功したと主張している。非増殖性のmRNAを用いて全身性の免疫細胞を肺へと「引き寄せる（pull）」ことにより、このプラットフォームは、生菌弱毒化粘膜ワクチンのように制御不能な増殖や過剰な炎症のリスクを負うことなく、肺結核に対する防御免疫を実現している。

本研究は、過剰な炎症を制限しつつ免疫原性と保護能を維持する、バランスの取れたワクチン接種レジメンの概念実証を提供すると結論付けている。著者らは、これを最終的な普遍的製剤としてではなく、抗原組成やデリバリーをさらに最適化することで、呼吸器結核ワクチンの開発における特定の課題に対処できる、柔軟なプラットフォームとして位置づけている。