- Zhang, L. et al. (2022) “Intranasal delivery of NS1-deleted influenza virus vectored COVID-19 vaccine restrains the SARS–CoV-2 inflammatory response”. bioRxiv. doi: 10.1101/2022.10.03.510566. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.03.510566v1
bioRxiv*サーバーに投稿された最近の研究で、研究者は、新しい経鼻コロナウイルス症2019（COVID-19）ワクチンであるdNS1-RBDの有効性を評価した。
現在使用されている約38種類のCOVID-19ワクチンは、筋肉内注射で投与されている。これらのワクチンは、主にウイルスのスパイク（S）抗原を標的とする中和抗体（nAbs）を誘発することにより、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS–CoV-2）に対する防御効果を発揮するものである。
SARS–CoV-2のワクチン接種により、症候性感染、入院、死亡を効果的に減少させることができた。しかし、SARS–CoV-2は上気道（URT）において解剖学的に逃避することが知られており、nAb抗体価は血中よりも200〜500倍低く、ワクチンによる免疫反応のピークが過ぎるとSARS–CoV-2感染を完全に阻止することは不可能である。
また、SARS–CoV-2にはネコ、ミンク、シカなどの動物宿主の保有者がおり、免疫逃避型の変異型が出現し続けている。これらのことから、SARS–CoV-2は何年にもわたってヒトと共存可能であり、継続的な脅威となることが予想される。したがって、さまざまな免疫機構や送達経路で機能する広域スペクトルのCOVID-19ワクチンを継続的に開発する必要がある。
特に、SARS–CoV-2に迅速に対応するために、URTを局所的に保護するワクチンの必要性がより高まっている。そのため、前臨床動物実験では、呼吸器への接種によって効果を発揮するいくつかのワクチンが試験中である。例えば、Zhou Xingらによって開発されたAd-vectored 3価経鼻COVID-19ワクチンは、いくつかのSARS–CoV-2亜種に対して幅広い予防効果を示している。前臨床実験において広範な有効性が実証されたため、呼吸器粘膜ワクチンは、新しいCOVID-19ワクチン候補を研究する研究者にとって非常に興味深い分野となっている。
研究内容について
本研究では、SARS–CoV-2受容体結合ドメイン（RBD）をコードする遺伝子を導入した非構造タンパク質1（NS1）欠失型H1N1インフルエンザベクターをベースにしたdNS1-RBDという経鼻スプレーワクチンによって引き起こされる免疫反応について調査した。このワクチンは、第I相および第II相臨床試験で良好な安全性プロファイルを示したが、末梢免疫応答は弱いものであった。このワクチンは、従来のワクチンの防御メカニズムとは異なり、有意な中和抗体を誘発することなく、SARS–CoV-2による病的変化を防ぐことができた。
ワクチンは、自然免疫、訓練された免疫、URTとLRTをカバーする細胞性免疫反応、RBD標的抗体の4つの経路で防御免疫機構を誘導することができるため、研究チームはdNS1-RBDの有効性を4つの側面から評価した。研究チームは、リボ核酸配列解析（RNA-seq）により、dNS1-RBDが誘発する自然免疫反応を探った。
研究チームは、RNA-seq解析のためにマウスの肺組織15サンプルを採取した。研究グループは、ワクチン接種後の7日、14日、28日（d.p.im）に採取したワクチン接種マウスからの12サンプルで構成されている。ワクチン未接種マウスの残りの3サンプルは、対照群として使用した。研究チームは、肺免疫細胞を採取し、フローサイトメトリー（FC）により各時点で分析した。
さらに、主成分分析（PCA）を用いて、自然免疫経路やサイトカイン関連経路に関与する遺伝子の発現量を調べたところ、自然免疫経路に関与する遺伝子とサイトカイン関連経路に関与する遺伝子の発現量は、それぞれ異なることがわかった。また、dNS1-RBDと対照群との差次発現遺伝子（DEGs）をヒートマップで示した。
研究結果
主要な研究結果は、dNS1-RBDワクチン接種により、宿主は組織の恒常性を維持し、幅広い抗ウイルス作用と抗炎症作用を持つトレーニング免疫を誘導することで、SARS–CoV-2に対する病的防御を行うことができたというものであった。さらに、dNS1-RBDは肺胞マクロファージ、ミエロイド樹状細胞、ナチュラルキラー（NK）細胞を活性化し、これらの細胞のクロマチン開存性をリモデリングした。
これらの細胞の抗感染免疫を司る遺伝子は数ヶ月間開いたままであったため、SARS–CoV-2に対する防御が維持された。また、dNS1-RBDワクチン接種は、1日目、3日目、5日目にそれぞれ約155倍、84倍、10倍と効果的にSARS–CoV-2のコピー数を抑制することができた。つまり、dNS1-RBDは、免疫細胞と構造細胞を訓練することによって、抗SARS–CoV-2免疫反応パターンを再構築し、炎症を抑制して防御を可能にした。
また、減弱した百日咳菌の鼻腔内免疫により、2つのA型インフルエンザウイルスに対する防御がもたらされたことが研究で示されており、より高い速度での非特異的防御における訓練された免疫の重要性がさらに浮き彫りになっている。dNS1-RBDワクチン接種のもう一つの顕著な効果は，24時間以内に良好な防御効果が得られることであった．トランケートされたNS1を使用しているため、より速く、より強いサイトカイン産生を誘導することができました。これらの特性から、dNS1-RBDは、COVID-19の負担を軽減し、SARS–CoV-2への感染を阻止するために、流行時に早期に投与することができる優れた緊急ワクチンであるといえるでしょう。
組織常在記憶T（TRM）細胞は、耐久性があり、幅広い免疫防御を提供する。TRM細胞は、呼吸器系ウイルス感染症を制御するために重要であり、循環T細胞よりもタイムリーで強力な防御免疫を提供する。無症状あるいは軽度のSARS–CoV-2感染において、大きな意義があります。dNS1-RBDワクチンは、接種後5日目に鼻関連リンパ組織（NALT）と肺でRBD特異的細胞性免疫反応を引き起こし、それは末梢で少なくとも6ヶ月間持続した。
結論
本研究により、dNS1-RBD様経鼻ワクチンは、COVID-19異種混合ワクチン接種計画のブースターとして機能する可能性があることが明らかになった。dNS1-RBDは、ウイルスのクリアランスには限界があるものの、免疫微小環境を良好にリモデリングし、免疫細胞や構造細胞を訓練して、気道に十分な防御力を付与することができた。さらに、自然免疫部門と呼吸器組織の間の免疫バランスを維持し、免疫による組織傷害を抑制するのに役立った。最も重要なことは、新たに出現したSARS–COV-2亜種に対処するために有益な、広範囲な局所細胞性免疫と呼吸器官の強化された免疫の誘導である。