設計改変したジカワクチン、マウスで胎児感染とデング熱増強を抑制　アカゲザルでは未検証

2種類のワクチン設計で防御と安全性に同時に対応

実験段階のジカワクチン「MutB」と「MutC」は、1回の接種でマウスをジカウイルスから防御し、妊娠マウスから胎児への感染を阻止した。また、報告された実験では、免疫血清がデングウイルスの4つの血清型のいずれについても感染を増強しなかった。2021年7月15日に「Nature Immunology」に掲載されたこの研究は、あるウイルスに対する抗体が、関連ウイルスによる感染を悪化させることがあるという、ワクチン開発上の難題に取り組んだ。

この研究結果と、アカゲザルを用いたmRNAワクチンに関する主張を区別することが重要だ。MutBとMutCの研究では、AdC7と呼ばれるチンパンジーアデノウイルスベクターとマウスモデルが使われた。mRNAワクチンの研究ではなく、アカゲザルを使った実験も報告されていない。研究結果が裏付けるのは、より安全な抗原設計の手法であり、mRNAワクチンが霊長類や人でこのリスクを低減したという結論ではない。

中国疾病予防控制中心（中国CDC）は、2021年の研究概要で、研究者らがジカウイルスのエンベロープタンパク質にある重要なアミノ酸3つを改変した経緯を説明している。狙いは、ジカウイルスに対する防御をもたらす標的を保ちながら、デング熱の増強に関与するとされる抗体標的から免疫応答をそらすことだった。

研究チームには、中国科学院微生物研究所の高福、戴連攀、閻景華が責任著者として参加した。戴、海南医科大学の徐昆、北京生命科学研究所の李金和が共同筆頭著者を務めた。論文の題名は「Protective Zika vaccines engineered to eliminate enhancement of dengue infection via immunodominance switch」だった。

抗体が安全性の懸念につながる理由

抗体依存性感染増強（ADE）は、抗体がウイルスに結合しても十分に中和せず、特定の免疫細胞への侵入を助ける現象だ。そうした細胞には、ウイルスに結合した抗体を認識する受容体がある。感染を食い止める代わりに、この相互作用によって感染しやすい細胞で感染が増える場合がある。

ジカウイルスとデングウイルスは表面タンパク質に共通の抗体標的を持つため、この懸念は特に重要だ。どちらもネッタイシマカが媒介し、流行地域も重なる。したがって、ジカウイルスの予防を目的とするワクチンは、接種後にデングウイルスに感染した場合の影響も評価する必要がある。

2018年に発表され、PubMed Centralで公開されている学術総説「Zika Virus Vaccines」は、デング熱ワクチン「デングワクシア」から得られた実践的な教訓を紹介している。デングウイルスに感染したことのない子どもが同ワクチンを接種した場合、未接種の子どもより重症デング熱の合併症を起こしやすくなり、フィリピンでは使用が中止された。この経緯は、ワクチンの安全性評価で過去の感染歴が重要となり得ることを示している。

ただし、この事例はフラビウイルスに対するすべてのワクチンが同じ危険性を持つことを示すものではない。黄熱ウイルスや日本脳炎ウイルスも、より広い分類では同じウイルス群に属するが、ここで論じている根拠は、特定の抗体応答、ワクチン設計、感染の順序に関するものだ。ADEをこのウイルス群のすべてのワクチンに共通する障壁とみなすのは、研究結果の範囲を超える。

感染の順序が重要

2018年の総説は、デング熱への免疫を獲得した後にジカウイルスに感染する場合と、ジカウイルスへの免疫獲得後にデングウイルスに感染する場合を区別している。これは異なる生物学的状況であり、一方の結果をもう一方の説明にそのまま当てはめることはできない。

当時、デング熱に対する免疫を持つアカゲザルでは、ジカウイルスにさらされてもウイルス量や症状の増加は確認されていなかった。予備的なヒトのデータでも、既存のデング熱免疫がある人でジカ熱が重症化することは示されていなかった。一方、逆の順序では、ジカウイルスに感染したことのある非ヒト霊長類がデングウイルス2型にさらされた後、ウイルス量と炎症反応の指標が増加したことが研究で確認されていた。

2021年までに、中国CDCの概要は、2020年に「Science」で発表されたヒトコホート研究を引用し、過去のジカウイルス感染が、その後のデング熱を重症化させることを報告した。この後年の知見により、ジカワクチンの開発時にデング熱に対する安全性を調べる必要性が高まった。ただし、この知見だけで、特定のジカワクチンが重症デング熱を引き起こすと証明されたわけではない。

タンパク質を損なわずに標的を変える

研究者らが着目したのは、ジカウイルスのエンベロープタンパク質、別名Eタンパク質の一部である融合ループだ。エピトープとは、抗体が認識する分子の特定の部分を指す。融合ループには、関連ウイルスに結合しても確実には中和しない抗体を引き寄せる可能性のあるエピトープが含まれている。

この領域を単純に改変すると、別の問題が生じる。融合ループは関連ウイルス間で高度に保存されており、進化の過程でも配列がよく似たまま保たれている。慎重さを欠いた改変はタンパク質の構造を損ない、有用な免疫を誘導するワクチンの能力を低下させるおそれがある。

そこで研究チームは、ジカウイルスの融合ループ配列を、進化的に遠縁で昆虫に特異的なフラビウイルスに対応する配列に置き換えた。この置換により、ADEに関与するとされる抗体の結合に重要なアミノ酸3つが変化した。次に、改変したタンパク質を、防御に関わる抗体と感染増強に関わる抗体を使って調べ、望ましい認識を保ちながら望ましくない認識を除く設計を探した。

選ばれた2種類の設計、MutBとMutCは、AdC7ワクチンに組み込まれた。アデノウイルスベクターは、抗原を作るための遺伝情報を運ぶ送達手段だ。mRNAワクチンもメッセンジャーRNAを使って遺伝情報を届ける。どちらも設計された抗原を免疫系に提示できるが、異なるワクチン基盤である。一方の基盤で得られた結果から、もう一方の性能を示すことはできない。

マウス実験で確認されたこと

1回の接種後、MutBとMutCはいずれも実験的なジカウイルス感染からマウスを防御した。中国CDCの概要によると、調べた標的組織ではウイルスが検出されなかった。概要はこの反応を、症状を軽減するだけでなく、検出可能な感染そのものを防ぐほど強い「滅菌免疫」と表現している。

妊娠マウスでは、ワクチンは胎児への感染も阻止した。調べた胎盤や胎児の脳ではウイルス量が検出されなかった。妊娠中の感染後に起こる小頭症やその他の先天異常が、ジカウイルス感染の最も深刻な影響に含まれるため、これは重要な結果だった。

ただし、こうした結果は実験が行われた条件の範囲内で捉える必要がある。調べたマウス組織でウイルスが検出されなかったことは、人でワクチンが胎児感染をあらゆる場合に防ぐ証明にはならない。概要には動物数や詳細な検出限界、効果の規模と持続性をより詳しく評価するための予防効果の持続期間も記載されていない。

妊娠マウスでの結果は、ワクチンが血中ウイルス量を減らすかどうかよりも難しい問いに答えるものでもある。2018年の総説によると、それ以前のワクチンや抗体の実験では感染を大幅に抑えたものの、胎盤や胎児組織でジカウイルスRNAが検出された例もあった。母体を防御することと、胎児への曝露を完全に防ぐことは関連するが、同じ結果ではない。

デングウイルス4血清型すべてを検査

チームは、ワクチン接種動物の血清がデングウイルス感染を増強するかどうかを、実験室と動物の両方で調べた。デングウイルスには4つの血清型があり、安全性評価ではそれぞれを個別に考慮する必要がある。報告されたMutBとMutCの検査は4血清型すべてを対象にした。

改変ワクチンを接種した動物の血清では、記載された検査でデング熱のADEは認められなかった。ワクチン接種動物の血清を別の動物に移す血清移入実験でも、MutBまたはMutCに関連する感染増強は認められなかった。こうした実験は、ワクチン応答のほかの要素と区別して、血中を循環する抗体の影響を調べるのに役立つ。

未改変、つまり野生型の構成体との比較も重要だった。野生型構成体に関連する血清は、動物実験で症状を悪化させ、死亡を早めた。この対比は、単にジカウイルスを防ぐワクチンが作られたのではなく、抗原設計によって抗体応答の働きが変わったという考えを裏付けている。

検査条件下でADEが検出されなかったことは、あらゆる条件でADEが起こり得ないことを意味しない。その後の研究では、抗体濃度、過去の感染歴、ワクチン接種からの経過期間を考慮する必要がある。2018年の総説は、霊長類研究や臨床試験で既存のフラビウイルス抗体を慎重に測定するよう特に求めていた。

免疫応答の変化

研究者らは、マウスのリンパ節から抗原特異的な細胞を取り出し、個々のB細胞受容体を解析して、改変設計で反応が異なった理由を調べた。B細胞は抗体を作り、その受容体を調べることで、抗原のどの部分が免疫応答を支配しているかが分かる。

野生型ワクチンでは、解析したB細胞受容体の60％超が、3つの生殖細胞系列遺伝子群を使っていた。こうした遺伝子断片は、抗体の認識領域を作るのに役立つ。MutBとMutCでは遺伝子の使用パターンがより分散し、未改変抗原で見られた集中が解消された。

続いてチームは、優勢な遺伝子群から代表的な抗体を作製した。野生型ワクチンによって誘導された抗体は融合ループを標的とし、デングウイルスの4血清型すべてに結合して、顕著なADEを示した。MutBとMutCが誘導した優勢な抗体は、デングウイルスの血清型への結合がわずかで、報告された検査ではADEを示さなかった。

MutCの構造解析は、こうした結果の物理的な説明を示した。改変タンパク質は、防御に関わる抗体の認識に重要なEタンパク質の二量体構造を保っていた。一方、改変された融合ループでは、分子形状と電荷の変化によって、感染増強に関与する抗体の結合が妨げられていた。受容体解析、抗体検査、構造解析を合わせることで、論文の題名にある「免疫優位性の切り替え」、つまり、免疫応答が従来優勢だった標的から離れた仕組みが説明される。

研究の経緯と根拠の限界

この知見は、数年にわたる研究の流れの中に位置づけられる。時期を区別することで、以前の臨床試験情報や後年のマウス実験を、霊長類ワクチンの新たな成果として誤って示すことを避けられる。

• 2015～2016年：ジカ熱の流行が国際的な公衆衛生上の緊急事態となり、胎児への障害が大きな懸念となった。
• 2016年以降：中国の研究チームはジカウイルスのEタンパク質の構造と防御抗体を研究し、抗原再設計の基盤を築いた。
• 2018年：学術総説が、ワクチン試験や動物での防御研究、デング熱の感染増強や胎児防御に関する未解決の懸念をまとめた。
• 2020年：中国CDCの概要が引用したヒトコホート研究で、過去のジカウイルス感染と、その後のデング熱の重症化との関連が報告された。
• 2021年7月15日：MutBとMutCの研究が「Nature Immunology」にオンライン掲載された。

2018年の総説は、mRNA、DNA、不活化ウイルスワクチンなど複数の基盤によるジカワクチンの臨床試験が13件進行中と記載していた。この数字が示すのは当時の状況であり、現在の試験状況ではない。同様に、2021年の記述では当時ジカワクチンは承認されていないとされていたが、現在の規制上の状況を示すものではない。

MutBとMutCの研究結果には、人での有効性、妊娠中の安全性データ、臨床試験の予定は含まれていない。今後の公聴会、規制当局の判断、試験開始日も示されていない。今後の評価では、効果の持続性、過去のデング熱感染、妊娠中の防御、抗体反応の強さが時間とともに変化しても望ましい状態が保たれるかを検討する必要がある。

今回の進展は具体的なものだ。抗原を意図的に改変し、マウス実験で検出可能なデング熱の感染増強を取り除きながら、ジカウイルスに対する防御を保った。これは設計戦略を裏付ける根拠となる一方、霊長類での評価、臨床試験、規制当局の審査という別個の課題は未解決のままだ。

要点

• MutBとMutCは、マウスで試験されたAdC7ベクターワクチンであり、アカゲザルで試験されたmRNAワクチンではない。
• 報告された実験では、1回の接種でマウスをジカウイルスから防御し、胎児組織への検出可能な感染を阻止した。
• 免疫血清は、検査条件下でデングウイルスの4血清型のいずれについてもADEを示さなかった。
• 防御に関わる抗体標的を保ちながら、Eタンパク質の融合ループにある重要なアミノ酸3つを改変した。
• B細胞と構造の解析は、デング熱の感染増強に関わる抗体から離れる免疫応答の変化を裏付けた。
• 研究は2021年7月15日に発表され、人での安全性や有効性を立証したものではない。