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

问题陈述
目前获得许可的结核分枝杆菌（TB）疫苗——牛分枝杆菌卡介苗（BCG）——能有效预防儿童感染严重形式的疾病，但在针对肺结核（最具传染性的形式）的保护方面效果有限且存在差异。虽然黏膜疫苗接种策略已成为产生强大局部肺部免疫和组织驻留记忆（TRM）细胞的一种极具前景的方法，但它们面临着显著的安全障碍。具体而言，通过气雾化 BCG 等活减毒疫苗（LAVs）进行黏膜给药，存在不受控制的复制和过度炎症的风险，这可能会损害肺部的组织完整性和气体交换。因此，迫切需要一种既能兼顾黏膜给药的高免疫原性，又能保持非复制性、肠外给药疫苗安全性特征的疫苗接种策略。

方法论
作者开发并评估了一种基于 mRNA 的“先导-拉动”（prime-and-pull）疫苗接种策略。该方法包含两个步骤：

1. 先导（Prime）： 通过皮下（SC）注射 BCG（标准 BCG 或表达 ESX-1 位点的重组 BCG，即 BCG::RD1）建立全身性免疫。
2. 拉动（Pull）： 通过经气管（IT）给药脂质纳米颗粒（LNP）制备的 mRNA 来诱导局部肺部免疫。

研究使用了由 DOTAP、DOPE、胆固醇和 C16 PEG-神经酰胺组成的“隐形”LNP（sLNPs）将 mRNA 递送至肺部。研究测试了两种不同的抗原模型：

• 概念验证模型： 使用单一抗原 ESAT-6（一种关键的结核分枝杆菌抗原）来优化给药方案（单次高剂量 vs 多次低剂量），并与 SC 和 IT BCG 对照组进行比较。
• 多价模型： 生成了四个 mRNA 构建体，每个构建体编码两种抗原（总计八种蛋白质：HBBA、HRP1、HspX、CFP10、Ag85B、VapB47、PPE18 和 PE13）。这些构建体在杂交 F1（C57BL/6 × BALB/c）小鼠中进行测试，以扩大 MHC 兼容性。

接种后的实验鼠在 60 天后接受气雾化 M. tuberculosis H37Rv 挑战。通过肺部和脾脏中的细菌载量（CFU）、肺部病理学组织学分析、T 细胞亚群流式细胞术（包括 TRM 和干细胞样记忆 T 细胞）以及细胞因子谱进行评估。

主要贡献与结果

• 递送与表达： 研究表明，sLNPs 能通过气管途径成功将 mRNA 递送到肺细胞，并在 48 小时内支持树突状细胞和中性粒细胞中的蛋白质表达。
• 剂量优化： 在 ESAT-6 模型中，在 SC BCG 先导后，单次高剂量（10 μg）IT 给药 mRNA 诱导产生的肺部及支气管肺泡灌洗液（BALF）中抗原特异性 T 细胞数量，显著高于多次低剂量方案。该“先导-拉动”单剂量方案诱导的 T 细胞频率可与 IT BCG 疫苗接种诱导的水平相媲美。
• 安全性特征： 虽然 IT BCG 接种诱导了最高水平的抗原特异性 T 细胞，但也引起了显著的肺部病理变化和炎症。相比之下，“先导-拉动”策略诱导了强大的局部免疫，且炎症细胞浸润极少，肺组织损伤显著低于 IT BCG。
• 多价有效性： 针对八种抗原的多价 mRNA 方法增强了体液免疫反应，显著增加了针对 CFP-10、Ag85b 和 HspX 的 IgG 抗体滴度。至关重要的是，该策略诱导的肺部和纵隔淋巴结中的干细胞样记忆 T（TSCM）细胞频率高于 IT BCG，这表明其具有更持久的免疫潜力。
• 保护性免疫： 在 M. tuberculosis 挑战后，“先导-拉动”策略在降低肺部细菌载量和病理变化方面表现出与 IT BCG 相当的保护作用，同时保持了比 IT BCG 更低的炎症水平，且保护效果优于单纯的 SC BCG。

意义与主张
论文将“先导-拉动”策略描述为一种“模块化”的转化方法，它弥合了黏膜 BCG 接种改良的免疫原性与肠外 BCG 接种安全性之间的差距。作者声称，该策略成功地将“免疫细胞招募”与“破坏性炎症”进行了“解耦”。通过使用非复制性的 mRNA 将全身免疫细胞“拉入”肺部，该平台在实现肺结核保护性免疫的同时，避免了与活减毒黏膜疫苗相关的不受控制的复制或过度炎症的风险。

研究得出结论，该方法提供了一个平衡的疫苗接种方案原型，在限制过度炎症的同时维持了免疫原性和保护力。作者认为，这并非最终的通用配方，而是一个灵活的平台，可以通过优化抗原组成和递送方式，来应对呼吸道结核疫苗开发的特定挑战。