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结核病（Tuberculosis, TB）是全球致死率最高的传染病之一，每年导致超百万人死亡。结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）通过空气传播引发慢性肺部感染，耐药性问题加剧了治疗难度。卡介苗（BCG）作为唯一获批的结核疫苗，对儿童播散性结核有效，但对成人肺结核保护力有限（仅 50%）。 卡介苗作为唯一获批的结核疫苗，通过减毒牛分枝杆菌（Mycobacterium bovis）预防儿童重症结核病，但其对成人肺结核保护率不足 50% 的缺陷持续百年未解。 近日，来自康奈尔大学、哈佛大学、匹兹堡大学的研究团队展开了多项创新研究，致力于基因工程化结核分枝分支菌株的设计。Nature Microbiology 同期发表两篇文章，研究人员对分枝杆菌进行改造，使其内置有终止开关，以增强结核病疫苗的安全性。 第一篇文章题为“A BCG kill switch strain protects against Mycobacterium tuberculosis in mice and non-human primates with improved safety and immunogenicity”，由威尔康奈尔医学院的 Dirk Schnappinger 教授、Sabine Ehrt 教授与匹兹堡大学的 JoAnne Flynn 教授共同领衔，开发了一种更安全的工程化 BCG，可强力预防 Mtb 感染；第二篇文章题为Engineered Mycobacterium tuberculosis triple-kill-switch strain provides controlled tuberculosis infection in animal models，由 Sabine Ehrt、Dirk Schnappinger 与哈佛大学公共卫生学院的 Sarah Fortune 教授、Eric Rubin 教授共同领导，获得了一种有前景的工程化结核分枝杆菌菌株，可作为人类攻击研究的候选菌株。
第一项研究致力于让高剂量静脉注射 BCG 疫苗更安全，同时保持其刺激免疫的能力。研究人员在 BCG 疫苗的基础上，设置内置安全机制——卡介苗“杀伤开关”可避免意外自感染减毒分枝杆菌的可能性。 研究人员设计了两种内置机制，获得两个基因工程菌株：需要四环素 (aTc) 或强力霉素 (doxy) 才能生长的 BCG-TetOFF-DL 和被这些抗生素杀死的 BCG-TetON-DL。为了构建菌株，研究人员利用在分枝杆菌噬菌体基因组中发现的溶菌素操纵子，它们编码能够杀死细菌宿主细胞的溶菌素酶。通过在 BCG 菌株中工程化表达两种溶菌素来控制诱导细胞裂解，导致 BCG 在体外被杀死，同时逃逸突变体的频率降低。 小鼠实验表明，含有这种双重安全开关的 BCG 疫苗可保护动物免受结核病的侵害，效果与标准BCG 疫苗相当，但具有更快消除和更安全的优势，即使对于免疫功能低下的小鼠也是如此。研究人员写道：“改良 BCG 引发了与野生型 BCG 类似的免疫反应，并为小鼠提供了类似的保护，以抵御结核分枝杆菌的攻击。” 在恒河猴中，与标准静脉注射 BCG 相比，升级版自毁式 BCG 疫苗可引起更强的免疫反应，对结核病的保护效果也更好。在感染活结核分枝杆菌 8 周后，接种升级版 BCG 疫苗的恒河猴中均无可检测到的肺部炎症。此外，8 只恒河猴中有 6 只未发现可恢复的活结核分枝杆菌痕迹，而 8 只静脉注射标准 BCG 的恒河猴中则有 2 只。 “我们的数据表明，这种'终止开关’ BCG 菌株可在肺部诱导更强烈的 CD4+ T 细胞反应，对恒河猴的保护作用可能比 WT BCG 更强。8 只恒河猴中有 6 只产生了杀菌免疫，而 8 只接种野生型 BCG 的恒河猴中只有 2 只产生了杀菌免疫。因此，'终止开关’ BCG 菌株可提供额外的安全性和对结核分枝杆菌感染的强大保护。”
在另一项研究中，研究人员设计了一种具有三个“杀伤开关”的结核分枝杆菌菌株：两个由 aTc 或多西环素负向调控的噬菌体溶菌素操纵子和一个降解域-NadE 融合。这种三重杀伤开关 (TKS) 结核分枝杆菌菌株在存在 aTc 和 TMP 的情况下生长，而在不存在 aTc 和 TMP 的情况下则不会生长。 在体内，TKS 结核分枝杆菌在接受 aTc 和 TMP 抗生素的小鼠中可产生与野生型相当的感染，并且在不存在 aTc 和 TMP 的情况下迅速被根除，未观察到复发。TKS Mtb 表现出较低的逃逸率（每代每个基因组不到 10 –10）和快速的消除动力学，这两者对于用于结核病人体挑战研究的 Mtb 菌株来说都是关键的安全因素。
尽管这些结果在动物模型中表现优异，要将这一技术成功转化为临床应用，还需要进行大量的后续研究。人体挑战试验是必不可少的步骤，科学家们必须确认这种基因工程菌株在人体中的安全性和有效性。虽然现有的动物数据非常有希望，但只有在受控的临床试验中，才能真正评估这种疫苗在人体中的表现。因此，研究团队计划在未来几年内，利用目前的技术平台，进一步扩展人体实验，确保每一步都符合最严格的安全标准。 参考文献： 1.Alexander A. Smith et al, A BCG kill switch strain protects against Mycobacterium tuberculosis in mice and non-human primates with improved safety and immunogenicity, Nature Microbiology (2025). DOI: 10.1038/s41564-024-01895-4 2.Xin Wang et al, Engineered Mycobacterium tuberculosis triple-kill-switch strain provides controlled tuberculosis infection in animal models, Nature Microbiology (2025). DOI: 10.1038/s41564-024-01913-5 免责声明：本文旨在传递合成生物学最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。 |
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