スパイクプロテインワクチンワクチン メカニズム・耐性

COVID-19 mRNAワクチンの有害事象:スパイク仮説
Adverse effects of COVID-19 mRNA vaccines: the spike hypothesis

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9021367/

Trends Mol Med. 2022年 4月21日

要旨

ワクチン接種は、コロナウイルス感染症2019(COVID-19)のパンデミックを軽減するための主要な手段であり、mRNAワクチンは、間違いなく何千人もの命を救っている現行のワクチン接種キャンペーンの中心的存在となっている。

しかし、ワクチン接種後の有害事象(AE)が指摘されており、これは、使用される脂質ナノ粒子または送達されるmRNA(すなわち、ワクチン製剤)の炎症促進作用、ならびにヒト組織または器官における生産抗原(スパイク(S)タンパク質および/またはそのサブユニット/ペプチド断片)の独特な性質、発現パターン、結合プロファイルおよび炎症促進作用に関連していると思われる。

この点に関する現在の知見は、ほとんどが細胞ベースのアッセイやモデル生物から得られている。したがって、mRNAワクチンによる有害事象の細胞・分子的基盤に関するさらなる研究は、安全性を約束し、信頼を維持し、医療政策に直結するものである。

キーワード:有害事象、COVID-19、脂質ナノ粒子、mRNAワクチン、SARS-CoV-2、スパイク蛋白質

SARS-CoV-2のSタンパクをコード化したmRNAワクチンでCOVID-19のパンデミックに対抗する

COVID-19は、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2型(SARS-CoV-2)によって引き起こされ(Box 1 )、世界中で数百万人の死者を出している。それにもかかわらず、SARS-CoV-2感染者の大部分にとって、COVID-19は無症状または軽度の症状を残すのみである[1,2]。

SARS-CoV-2 は消化管にも分布しているが [3]、呼吸器系ウイルスであるため、ほとんどの場合、ウイルス自体やその関連抗原が呼吸器系(RS)以外の組織や器官に影響を与えることはない(囲み記事1)[4, 5, 6.]。

重症の患者では、気道や肺の組織に感染すると、肺炎や過剰な炎症が起こり、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)(用語解説を参照)(囲み記事1)[7, 8, 9, 10.]に至ることがある。ARDSはその後、微小/巨視的血栓塞栓症、過剰炎症、異常な補体活性化、または拡大したウイルス血症のために、RSを超える臓器障害につながる可能性がある[7, 8, 9, 10, 11, 12, 13.]。

これは、その受容体であるアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)がいくつかの細胞種や組織で広く発現しているためと思われ [14,15,16.]、その結果、様々な重要臓器(心臓、すい臓、腎臓など)に対するSARS-CoV-2の向性も拡大している。

全身的な崩壊と死亡が避けられた場合、仮定された直接的なウイルスの「攻撃」-またはサイトカインストーム[10,13]やレニン-アンジオテンシン系(RAS)の不均衡[13]による間接効果-によって多臓器障害が起こり、おそらく初感染の重症度と独立して関連する慢性症状(長いCOVID-19と呼ばれる)を引き起こす全身の欠陥が形成される[17]。

ボックス1 SARS-CoV-2のヒト細胞への感染

SARS-CoV-2のヒト細胞への感染は、突出したS糖タンパク質のRBDを介して細胞表面タンパク質ACE2への結合により進行する[127]。このタンパク質は、サブユニット1(S1)と2(S2)が非共有結合で会合することにより、準安定な前駆状態にある[18,19]。

また感染プロセスは、宿主プロテアーゼによって促進される[127,128]。SARS-CoV-2に感染したキャリアのほとんどは、ウイルスが上部RSに封じ込められ、その結果、症状が出ないか軽い。

これは、しばしば「サイトカインストーム」と呼ばれるプロセスである広範な炎症のために発症する重篤な症状のためであり、ウイルス血症を伴うことがあるARDSを引き起こし、全身性の多臓器崩壊につながることがある[7, 8, 9, 10.]

重症COVID-19のリスクは、年齢または既存の併存疾患によって著しく増加し[1,2,129]、若年者は、インフルエンザ感染[129]と比較しても、重症COVID-19の発症リスクが大幅に低くなっている[130,131]。小児の自然インターフェロン応答が高いと、ウイルスの複製と疾患の進行が制限されると仮定されている[132]。

最近の試験では、若者が意図的に低用量のSARS-CoV-2にさらされたが、参加者の約半数は感染せず、一部は無症状であり、COVID-19を発症した者は、咽頭痛、鼻水、くしゃみ、嗅覚・味覚障害など軽度から中程度の症状を報告し、発熱はあまりなく、持続性の咳をした者はいなかった [133].

* *

健康な個体におけるSARS-CoV-2感染は、自然免疫系だけでなく適応免疫系反応、すなわちCD4+およびCD8+ T細胞や、末端分化B細胞によって産生される中和抗体(NAbs)を含む抗体を誘発し、これらは全体として感染の程度を抑制する[132,134,135]。

SARS-CoV-2 が最初に上部 RS に感染すると、防御免疫応答が呼吸器粘膜表面で発達し始め、これに全身性免疫が続く [136,137]。これらの免疫反応は年齢や性別に依存し、遺伝的原因や既往症の背景でうまく搭載できないこともあれば、ARDSや全身不全に至る重症化で非常に激しく本質的に制御不能になることもある[11, 12, 13.]。

Alt-text ボックス1

生物医学の研究とリソースの動員という前例のない努力の末、2つのmRNAワクチン、すなわちファイザー・バイオテック社のBNT162b2(ComirnatyTM)とモデルナ社のmRNA-1273(コード化抗原:Wuhan-Hu-1株のSARS-CoV-2のSタンパク質) [18, 19, 20.] が最初にFDAの緊急使用認可を取得した。

比較的迅速な試作と大規模な製造を特徴とするmRNAワクチンでは、Sタンパク質をコードするmRNAが脂質ナノ粒子(LNP)を介して、成熟ウイルスタンパク質または関連抗原(図1 , キー図)を生成するヒト細胞に送達され、かなり広い組織/臓器分布(後述)を示し得る [20, 21, 22.]。

LNPのもっともらしい炎症促進的な役割(報告された即時型アレルギー反応からも明らか)[23,24]に加えて、パッケージ化されたmRNA(それにもかかわらず、ウリジンをプソイドウリジンに置き換えることによって設計された)[20,25, 26]であり、病原体関連分子パターン(PAMPs)や損傷関連分子パターン(DAMPs)受容体を介して自然免疫を誘発しないように設計されている。

ワクチン接種によって引き起こされる有害事象(AE)は、ヒトタンパク質との分子模倣またはACE2リガンドとして、Sタンパク質自体(抗原)のユニークな特性に起因すると推測された。

図1 重要な図

抗重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)mRNAワクチンで使用されているスパイク(S)タンパク質mRNA含有脂質ナノ粒子(LNP)を細胞にトランスフェクションした後の抗原発現-局在化。

LNPの内在化とmRNAの放出後、本物のウイルスシグナルペプチド(Pfizer-BioNTechおよびModernaワクチンと同様)は、小胞体の内腔で抗原を生成し、サブユニット2(S2)アンカーを介して本来の膜貫通局在を採用する。

Sタンパク質は、トランスゴルジネットワーク(TGN)で選別された後、トランスフェクトされたヒト細胞膜において最終的な位置を獲得し、そこでS1は細胞外空間に露出する(すなわち、循環に面する可能性がある)。細胞あたりの抗原発現の程度は不明であるが、このプロセスにより、Sタンパク質がトランスフェクトされた細胞にかなり広範囲に装飾されることになると考えるのが妥当であろう。

TGNに変異したS1/S2フリン切断部位がない場合、(SARS-CoV-2感染細胞におけるように)フリンによるタンパク質分解切断は、切断されたS1の排出とS2の融合後の構造(S2*)への転換をもたらすかもしれない。抗原のソーティングとトラフィッキングは、Sタンパク質を含むエクソソームの放出を誘発する可能性もある。

示された事象は、極性(例えば、上皮)細胞の頂部および/または底部表面で起こるであろう。ファイザー・バイオンテックおよびモデナの構築物は、変異したS1/S2フリン切断部位を含まない。

今後の研究により、S1/S2サブユニット安定化D614G(またはその他)変異や変異したfurin切断部位が、抗原分布、ワクチンの免疫原性、誘発される有害事象(AE)に与える影響が明らかになると思われる。また、樹状細胞(専門的な抗原提示細胞、APC)が循環抗原を飲み込む様子や、抗体を介したB細胞の細胞固定化抗原への結合も示されている。


送達されたmRNAは、理論的には全身に分布する個別の抗原の産生を誘発することができるため[20]、産生される抗原とその分布がより予測可能な従来のプラットフォーム(すなわち、不活化全ウイルスワクチンやタンパク質サブユニット・ナノ粒子ワクチン)とは根本的に異なる(ボックス2)。

すべてのCOVID-19ワクチンは、オリジナルのWuhan-Hu-1株のSタンパク質に依存しているため[19,20]、これまでに報告されたさまざまなワクチン接種プラットフォーム間の違い(ボックス2)は、さまざまなベクターと製剤、および/または採用されたSタンパク質構築物に関連していると思われる。

ボックス2 その他のタイプのCOVID-19ワクチン

ウイルスベクターワクチンでは、Sタンパク質コード情報は、コード化dsDNAを含む複製不全アデノウイルスベクターシステムを介して送達される。この場合、アデノウイルスベクターからの転写産物は、細胞核内で生成される。

ここで、有害事象として主に報告されているのは、過剰な自然免疫系と内皮の活性化を介して、おそらく様々な臓器で起こる免疫性血栓塞栓症(脳静脈洞血栓症を含む)である[138]。

S タンパク質そのものとは別に、有害事象 は、残存するアデノウイルス遺伝子のバックグラウンド発現や、 転写活性のある形で残存するアデノウイルスベクター DNA に起因する可能性もある。

さらに、他の汚染タンパク質の存在、ワクチン製造ラインの残存物、および既存の抗ベクター免疫も懸念される。[20]。この最後の問題は、非ヒトアデノウイルスベクターを使用した組み換えChAdOx1-S(オックスフォード-アストラゼネカ)ワクチンには当てはまらない。

さらに重要なことは、SARS-CoV-2の感染サイクルは細胞質のみで行われるため、その遺伝子にスプライス供与部位と受容部位の存在に対する進化的圧力が存在しないことだ。これは、アデノウイルスベクターからの様々なスプライス転写物が細胞核で生成され得るため、細胞質で機能するmRNAワクチンとの大きな違いである[56]。

* *

タンパク質サブユニットナノ粒子ワクチン(NVX-CoV2373など)では、Sタンパク質が細胞培養系で採取され、精製されて、アジュバント中のナノ粒子集合体を介して三量体として送達される。

予備試験では、これらのワクチンにより強固な免疫が誘導されることが示されている が[139]、接種データが限られているため、有害事象に関する報告はまだ乏しい.

最後に、従来のワクチンでは、ウイルス全体を不活性化し、適切なアジュバントを用いて接種する [26]。重要な利点は、先に述べた技術ではSタンパク質が免疫原性エピトープの唯一の供給源であるのに対し、この場合、他のウイルスタンパク質のエピトープの幅広いレパートリーが提示されることだ。

デメリットとしては、免疫原性の低下、製造上の問題、使用されるアジュバント(例:水酸化アルミニウム)による有害事象、ウイルスの不完全な不活性化に関連する問題などが考えられる。これらのワクチンは大量生産に至っていないため、起こりうる有害事象に関する報告は存在しない。

Alt-text ボックス2

抗SARS-CoV-2 mRNAワクチンとその報告された有害事象

BNT162b2 と mRNA-1273 の両ワクチンは筋肉内投与され、強固で耐久性のありそうな自然免疫、体液性免疫、細胞性適応免疫応答を動員する [27, 28, 29, 30]。利用可能なmRNAワクチンに関する既存のデータは、ほとんどが血清学的分析に限定されている。

しかし、免疫応答の評価だけでなく、これらのワクチンの安全性プロファイルを理解することは、安全性を確保し、信頼を維持し、政策に反映させるために非常に重要だ。報告されているように、mRNAワクチンは一般的に忍容性が高く、関連する重篤な免疫後有害事象の発生頻度は非常に低い。

稀ではあるが、有害事象には急性心筋梗塞、ベル麻痺、脳静脈洞血栓症、ギランバレー症候群、心筋炎/心膜炎(主に若年層)、肺塞栓症、脳卒中、血小板減少症候群を伴う血栓症、リンパ節症、虫垂炎、帯状疱疹再 発、神経性合併症、自己免疫(例, 自己免疫性肝炎、自己免疫性末梢神経障害[31.、32.、33.、34.])(「臨床試験」コーナー参照)。

臨床試験で報告された 有害事象 とは別に、ほとんどの症候または単発の症状は、多施設、あるいは全国規模の回顧的観察 研究やケースシリーズで報告されている。相関関係は必ずしも因果関係を意味しないが、報告されたワクチン接種後の有害事象に関する積極的なモニタリングと意識向上は不可欠である。

重要なことは、これらの関連有害事象は、重度のCOVID-19の後に誘発される類似のまたは追加の重篤な有害事象よりも有意に頻度が低いことだ[31,32,34]。ワクチン誘発有害事象には、年齢とともに増加するもの(心筋梗塞、ギランバレー症候群など)と、若年者に多いもの(心筋炎、アナフィラキシー、虫垂炎など)があることが判明した[35,36]。

心筋炎の症例はむしろ稀であるが、米軍関係者の研究では、2回目のワクチン接種後に男性でその数が予想以上に多かった[37]。

同様に、ワクチン接種後の心臓の有害事象sの割合は、2回目の接種後に若い男の子で高かった[38,39]。最後に、最近の研究では、COVID-19ワクチン接種者における神経学的合併症のリスク上昇(それでもCOVID-19患者におけるリスクより低かった)が示された[34]。

これらの有害事象の分子的基盤は、まだほとんど分かっていない。我々は、これらのほとんどは(すべてではないにしても)重症のCOVID-19でも明らかであることから、ウイルスとワクチンの両方に起因する急性炎症、およびウイルスとワクチンの共通分母であるSARS-CoV-2のSタンパク(ボックス1)に関連していると仮定している。この抗原(Sタンパク)は、BNT162b2ワクチンやmRNA-1273ワクチンでは、プレフュージョン形態で安定化している[19,20]。従って、循環に入り人体全体に分布すれば(図2 )、感受性者ではこれらの有害事象に寄与する可能性があると思われる。

図2 ワクチンで産生されたSタンパク/サブユニット/ペプチド断片の循環動態と可溶性または内皮細胞膜に付着したアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)を示す血管系成分の模式図である

(A,B)免疫系の活性化と並行して、循環中のSタンパク/サブユニット/ペプチド断片(B)とACE2との結合は、ACE2発現内皮細胞のみならず、抗原拡散により血管系や周辺組織の複数の細胞種(例えば、柵状または不連続な毛細血管床)で起こる可能性がある(A、赤矢印)。

これらの一連の分子事象は、SARS-CoV-2が呼吸器系に含まれる重症コロナウイルス症2019(COVID-19)がない場合、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)関連抗原では考えられない。C)では、レニン-アンジオテンシン系(RAS)の2つの対抗経路、すなわちアンジオテンシンI(ANG I)からアンジオテンシンII(ANG II)を生成するACEが関与する「従来の」アームと、ANG IIを加水分解してアンジオテンシン(1-7)[ANG(1-7)]またはANG Iを生成してアンジオテンシン(1-9)[ANG(1-9)]を作り出すACE2アームが描かれている。

ANG IIが結合してANG IIタイプ1受容体(AT1R)を活性化すると、炎症、線維性リモデリング、血管収縮が促進されるが、ANG (1-7) とANG (1-9) ペプチドがMAS受容体(MASR)に結合すると抗線維化、抗炎症経路と血管拡張が活性化される。RASの追加モジュール(すなわち、レニンとアンジオテンシノーゲン、AGT)も示している。省略。AT1R、アンジオテンシンIIタイプ1受容体。


臨床医のコーナー

利用可能なmRNAワクチンに関する多数の既存データを考慮すると、主要な「既知」は、短期的にはmRNAワクチンが被接種者によく耐え、強固な免疫反応を誘発することができ、したがって重度のCOVID-19(懸念される新興変異株を含む)に対して長期の保護を提供できることである;したがって、ワクチン接種は、COVID-19パンデミックを緩和し、何千人もの命を救う主要手段であることに変わりはない.

重症COVID-19のリスクは、年齢や既存の併存疾患によって増加することがよく知られている。ここで述べた「未知数」を考慮すると、健康な小児や青年であっても、有益性と危険性のプロファイルが明確に確立された場合にのみ、増量投与を行うべきである。

COVID-19 mRNAワクチンによって誘発される有害事象の細胞分子的基盤の解明を目指した臨床および基礎の学際的研究、ならびに積極的なファーマコビジランスと、ワクチン接種者に報告された有害事象の臨床環境での長期的記録は、ワクチンの改良、安全性の保障、信頼の維持、医療政策の方向付けに欠かせない要素である.

mRNAワクチンの技術は、がんを含む様々な感染症やその他の疾患に対する新しいワクチンの大規模な開発のための全く新しい時代のアプリケーションを開くものとして、今後も進化し続けるだろう。

Alt-text クリニシャンコーナー

また、LNP内のイオン化可能な脂質がToll様受容体(TLR)を活性化することにより、炎症反応を引き起こす可能性があるという証拠もある[40]。最近の報告では、前臨床のヌクレオシド修飾mRNAワクチン研究で使用されたLNPは、好中球の過剰浸潤、多様な炎症経路の活性化、様々な炎症性サイトカインやケモカインの産生によって証明されるように、(送達経路とは無関係に)マウスで非常に炎症が起こることが示された[41]。

この発見は、LNPの強力なアジュバント活性を説明することができ、強固な適応免疫応答の誘導をサポートすることができる[24]。興味深いことに、mRNA-LNPを投与したマウスモデルで最近示されたように、既存の炎症状態を背景に炎症反応が悪化することがある[42]。この効果は、mRNAカーゴとは独立して作用し、LNPに特異的であることが証明された。

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ワクチンに使用されるRNA分子の化学修飾(先に詳述)は、外部一本鎖RNAのTLR感知(したがって炎症性シグナル)を減少させることを目的としているが、修飾ウラシル残基は、mRNAのTLR感知を完全に無効にしない証拠がいくつか存在する。

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このような背景から、頻繁なブースター接種は、報告されたアレルギーの頻度や重篤度を増加させる可能性があ る。

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ワクチンでコードされた抗原の体内分布とヒトタンパク質との相互作用の可能性

ワクチン接種後、細胞は産生された S タンパク質(またはそのサブユニット/ペプチド断片)を提示して免疫応答を動員するか、免疫系(例えば細胞傷害性 T 細胞)により消失させられる可能性がある[25]。その結果、生成された破片、あるいはトランスフェクトされた細胞による抗原の直接分泌(脱落を含む)により、大量のSタンパク質またはそのサブユニット/ペプチド断片が循環に放出される可能性がある(図1)[19,20]。

抗SARS-CoV-2ワクチンmRNAを含むLNPは三角筋に注入され、筋肉組織自体、リンパ系、脾臓で効果を発揮するが、肝臓や他の組織にも局在することができる[21,22,43,44]。そこからSタンパク質またはそのサブユニット/ペプチド断片は循環に乗り、全身に分布しうる。

LNPの肝臓への局在は、キャリアナノ粒子の普遍的な特性ではなく、その化学的な特定の修飾は、最小限の肝臓への関与で免疫原性を保持できることを言及する価値がある[43,45]。抗原の全身分布が妥当であることに伴い、BNT162b2 または mRNA-1273 のワクチン接種者の血漿中に、最初のワクチン注射後 1 日目で早くも Sタンパク質が循環していることが判明した[46]。

報告されているように、抗原クリアランスは、抗原特異的免疫グロブリンの産生と相関しており、あるいはより長い期間循環中に(例えば、エクソソーム中に)留まる可能性があり[47、48]、ワクチン接種を受けた患者に見られる強固で耐久性のある全身性免疫反応について(とりわけ)一つの妥当な説明を提供している[49、50]。

したがって、自由浮遊するSタンパク質/サブユニット/ペプチド断片と、血液(またはリンパ)中を循環するACE2、または様々な組織/器官からの細胞で発現するACE2との間には、広範な相互作用が予想される(図2)[14, 15, 16.] この概念は、アデノウイルスベクターワクチン(ボックス2)において、ワクチン接種時に生成されるSタンパク質が、SARS-CoV-2のSタンパク質の受容体結合機能および前駆体構造をネイティブに模倣しているという発見によってさらに裏付けられる[51]。

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循環中のヒトタンパク質とのさらなる相互作用、あるいはヒトタンパク質を模倣したSタンパク質抗原性エピトープ[52]の免疫系への提示(分子模倣)も起こりうる[53, 54, 55, 56.]。

報告されているように、S receptor-binding domain (RBD) に対する近縁の SARS-CoV-2-NAbs の一部は哺乳類の自己抗原と反応し [57]、また SARS-CoV-2 S はインターフェロン (IFN) 産出を制御する複数の経路を標的とすることにより自然界の抗ウイルス免疫に拮抗する [58].また、SARS-CoV-2 mRNAワクチンに対するT細胞応答の持続的な上昇は、健康なCOVID-19回復者と比較して、急性SARS-CoV-2感染後の慢性神経学的症状に苦しむ患者において見出されている(データは査読されていない)[59]。

ワクチン接種後に報告された(まれな)神経学的有害事象を考慮すると、ワクチン産生抗原に対する抗体が末梢神経の構成要素と交差反応するかどうかを評価するためにさらなる研究が必要であることが示唆された[34]。さらに、ワクチン接種によって誘導された抗体に対する抗イディオタイプ抗体(抗体分子の抗原認識領域に結合する抗体)が、ダウンレギュレーションの手段として開発される可能性も懸念される。

抗イディオタイプ抗体は、保護中和SARS-CoV-2抗体との結合とは別に、Sタンパク質自体をミラーリングしてACE2と結合し、多くの有害事象を誘発する可能性がある[60]。

言及に値するのは、BNT162b2ワクチン(2回接種)効果のシステムワクチノロジーアプローチ(31人)で、抗サイトカイン抗体はほとんどないか低レベルで見られたが(急性COVID-19での所見とは逆)、2人が抗インターロイキン21(IL-21)自己抗体を持ち、他の2人は抗IL-1抗体を持っていた[63]。

この文脈では、抗イディオタイプ抗体は、免疫グロブリンの非常に高い力価を誘発する頻繁なブースト投与後に特に増強される可能性がある[64]。頻繁な増量は、祖先のWuhan-Hu-1 Sタンパク質に対する血清反応を刷り込み、新しいウイルスS変異株に対する防御を最小化することができるので、最適ではないアプローチになる可能性もある[65,66]。

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ネイティブなSタンパク質および/またはサブユニット/ペプチド断片が、可溶性または細胞膜に付着したACE2(図2)と全組織レベルで相互作用する可能性は、ACE2の内在化および分解を促進することができる[67,68]。これを裏付けるように、可溶性ACE2は、RASに関連するタンパク質との相互作用を介して、SARS-CoV-2の受容体媒介性エンドサイトーシスを誘導する[69]。

ACE2活性の長期間の喪失または低下は、RASの広範囲な不安定化をもたらし、その結果、ACEおよびアンジオテンシン2(ANG II)仲介作用が阻害されないために、血管収縮、炎症の増強、および/または血栓症を誘発すると考えられる(図2)[13]。

実際、ACE2の発現及び/又は活性の低下は、とりわけ、ANG IIを介するマウスの高血圧の発症に寄与し、血管系の機能不全を示す[67]。内皮細胞におけるACE2のベースライン発現レベル、または他の組織常在細胞からの刺激によるその誘導発現レベルは、内皮細胞がACE2を循環に排出する可能性とともに、またはSARS-CoV-2感染に対するそれらの感受性は、議論の余地がある[70, 71, 72, 73.]。

それにもかかわらず、内皮細胞における比較的低いACE2発現レベル(例えば、上皮細胞におけるレベルと比較して)[15、16、70、71]でさえ、血管系の他の細胞タイプ(例えば、心臓線維芽細胞/周皮細胞)におけるACE2の高い発現レベル[15、74]とともに、自由浮遊Sタンパク質またはそのサブユニット/ペプチド断片に対して血管が感受性であることができることを示す[図2)]。

これらの効果(複数可)、特に毛細血管床における効果(複数可)と、循環中の長時間の抗原存在 [46, 47, 48.] は、抗原に対する全身の過剰な免疫反応とともに、持続性の炎症(後述)を誘発し、内皮を傷つけ、複数の血管床における抗血栓性を崩壊させる可能性がある。

哺乳類細胞またはモデル生物におけるSARS-CoV-2 Sタンパク質誘発効果

S1サブユニットをマウスに静脈注射すると、マウス脳微小血管の内皮にACE2、caspase-3、IL-6、TNF-α、C5b-9と共局在化し、内皮障害がSタンパク単独で誘導されるSARS-CoV-2の病理の中心であることが報告されている[75]。

また、S1サブユニット(またはリコンビナントS1 RBD)は、脳微小血管内皮細胞や脳動脈モデルマウスにおいて、ACE2のダウンレギュレーションを介して内皮機能を低下させ[76]、内皮バリアの健全性を維持する接合タンパク質の分解を誘導し、後者の効果は正常マウスに対して糖尿病マウス由来の内皮細胞でより増強した[77].同様に、S1サブユニットは、培養ヒト肺細胞において、微小血管の経内皮抵抗とバリア機能を低下させた[78]。

さらに、Sタンパク質ヒト心筋周皮細胞の機能を破壊し、周皮細胞におけるプロアポトーシス因子の産生を増加させ、内皮細胞を死滅させることがわかった[79]。

これを裏付けるように、Sタンパク質の投与は、例えば、von Willebrand因子の発現の増加によって証明されるように、ヒト内皮細胞の機能不全を促進した[80]。また、S1が可溶性および細胞性のヘパラン硫酸/ヘパリン(抗凝固剤)と競合的に結合することにより、直接凝固を誘導することが報告されている[81, 82, 83, 84.] 一方、低酸素対策として無細胞ヘモグロビンがS1にさらされたヒト肺動脈内皮細胞の内皮障壁機能障害、酸化ストレス、炎症反応を減じることができないことが示されている [85]-) 。

一貫して、Sタンパク質はフィブリノーゲン(血液凝固因子)と結合し、Sタンパク質ビリオンはフィブリンを介したミクログリアの活性化を促進し(データは未査読)、フィブリノーゲン依存性の肺病理をマウスで誘発することが分かっている[86]。

一方S1が血小板のACE2と結合すると、その凝集が誘発される[84]。興味深いことに、ChAdOx1(アストラゼネカ)及びBNT162b2ワクチンの両方は、血栓症の臨床症状がないレシピエントにおいてさえ、抗血小板因子4(抗PF4)抗体産生を誘発することができる[87]。

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興味深いことに、Sタンパク質は、ヒト細胞の合胞体形成を増加させ[88,89]、SとACE2発現細胞の融合によって形成された合胞体のパイロプトーシスを誘発する[90]。また、細胞またはマウス実験モデルにおいて、Sがモデル膜から脂質を除去し、高密度リポ蛋白の脂質交換能力を阻害すること[91]、DNA損傷修復過程を阻害すること[92]、乳癌マウスモデルにおいてSnailを介した上皮間葉転換マーカー変化および肺転移を誘発することが示された[93]。

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Sタンパクの結合体が多岐に渡る可能性を裏付けるものとして、Aβ1 – 42(脳脊髄液中のアミロイドβの42アミノ酸型)がS1サブユニットとACE2に高い親和性で結合することが見出された[94]。Aβ1 – 42 は S1 と ACE2 の結合を強化し、SARS-CoV-2 擬似ウイルス感染マウスモデルにおいてウイルスの侵入と IL-6 の産生を増加させることが確認された.Aβ1 – 42を静脈内接種したこの代用マウスモデルのデータは、血中のAβ1 – 42のクリアランスが、Sタンパク質3量体の細胞外ドメインの存在下で減衰することを示した[94]。

ヒトの脳ではACE2が広く発現していることから[95]、特に興味深い研究は、静脈注射した放射性ヨウ素化S1(I-S1)が雄マウスの血液脳関門を吸着性輸送により容易に通過し、脳領域に取り込まれ、脳実質腔に入ることを示したものである。I-S1は肺、脾臓、腎臓、肝臓にも取り込まれ、経鼻投与されたI-S1は、静脈内投与に比べ低レベルではあるが、脳内にも入った[96]。

同様に、S1 は、3D 血液脳関門マイクロ流体モデルにおいて、血液脳関門の完全性を破壊することが見出された[97]。

これを裏付けるように、ModernaによるmRNA-LNPプラットフォームのSprague Dawleyラットにおける生体内分布研究では、脳内に低レベルのmRNAが存在することが明らかになり、mRNA-LNPが血液脳関門を通過できることが示された[22].

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最後に、最近、ヒトT細胞がSタンパク質と相互作用するのに十分なレベルでACE2を発現していることが報告された[98]。一方、SARS-CoV-2はCD4を使ってTヘルパーリンパ球に感染し、Sが最も強力な抗原提示細胞(APC)(すなわちヒト樹状細胞)の炎症性活性化プロファイルを促進していることが以前に示されていた[99]。

これらの観察が確認されれば、SARS-CoV-2ワクチンを介した有害事象、すなわち水痘帯状疱疹ウイルスの再活性化を説明できるかもしれない [100,101] .

ワクチン接種後のSタンパクによる炎症性反応と特異的な遺伝子発現シグネチャー

報告されているように、Sタンパクは(先に述べたLNP-mRNAプラットフォームとは別に)様々なヒトの細胞種において炎症反応や(異なる病因による)傷害反応を媒介し[102, 103, 104.]、ACE2によるSタンパク偽ウイルスへのヒト気管支上皮細胞の感染により炎症とアポトーシスが誘導された[105.].また、Sタンパク質は、酸化ストレスの増加、炎症性パラクリン老化の誘導、白血球接着レベルの上昇とともに、ヒト内皮細胞における炎症性サイトカインIL-6/IL-6R誘導トランスシグナル反応とアラリンの分泌を促進した[106]。

他の報告では、Sタンパク質はヒト角膜上皮細胞において炎症反応のサインを誘発し [107]、ワクチン接種後のヒト末梢血単核細胞(PBMC)において酸化ストレスとDNA ds切断を増加させ [108]、リポポリサッカライドに結合してその炎症促進活性を高める [109,110] と報告されている。

さらに、Sタンパク質は、BV-2ミクログリア細胞において神経炎症とカスパーゼ-1の活性化を誘導し [111]、感覚神経細胞における神経細胞の発火を阻害する [112]。

Sタンパク質による全身性炎症は、TLR2依存的な核因子κB(NF-κB)経路の活性化を介して進行すると考えられる[113]。一方、構造に基づく計算モデルでは、Sタンパク質がT細胞受容体(TCR)と結合する高親和性モチーフを示し、組織適合性複合体クラスII分子と三者複合体を形成する可能性があることが示されている。

実際、COVID-19 患者の TCR レパートリーを解析したところ、重度の炎症性疾患を持つ患者は、スーパー抗原(Sタンパク質)の活性化と一致する TCR の偏りを示していた [114]。In vivo マウスモデルでは、Sタンパク質はマクロファージを活性化し、急性肺炎の誘発に寄与した[115]。

ヒトACE2を過剰発現したトランスジェニックマウスにS1サブユニットを気管内注入すると、重度のCOVID-19様急性肺損傷と炎症が誘発された。これらの効果は野生型マウスでは軽度であり、表現型のヒトACE2発現への依存性が示された[78]。一貫して、S1サブユニットは、パターン認識受容体の関与を介して、成体ラットにおいてウイルス感染非依存性神経炎症を誘発するPAMPとして作用することが見出されている[116]。

* *

これらの観察は、2回目の投与後にTNF-α及びIL-6のアップレギュレーションを伴っていた最初のBNT162b2ワクチン接種後の全身性炎症シグナルの発見と相関する[117];これらの効果は、mRNA-LNPプラットフォームの炎症促進作用に関連する可能性もある(前述参照)。

BNT162b2 mRNAワクチンの効果に関する徹底的なシステムワクチノロジー研究において、若い参加者は、2回目の投与の1日後に単球と炎症モジュールの変化が大きい傾向があり、一方、高齢者はBとT細胞モジュールの発現が増加した。

さらに、同時点でのシングルセル・トランスクリプトミクス解析により、合計18の細胞クラスターのうち、ユニークな骨髄系細胞クラスターが出現していることが判明した。この細胞群は骨髄由来抑制細胞を表すものではなく、IFN刺激遺伝子を発現し、COVID-19感染では見られなかった。

また、インフルエンザワクチンを2回接種したドナーの血液中に見られるエピジェネティックに再プログラムされた単球集団と類似していた[63]。BNT162b2二次接種後のC8細胞におけるIFN誘発遺伝子応答の増強の根底に、エピジェネティックな再プログラムがあるかどうかは、まだ解明されていない。

最後に、BNT162b2ワクチンの接種後7日目(d7PP)およびブースト後(d7PB)の遺伝子発現シグネチャーと他のワクチンタイプ(例えば、不活化ワクチンや生消化ワクチン)の発現シグネチャーを比較すると、d7PPとd7PBおよび他のワクチンの両方で弱い相関が示された[63]。これらの知見は、2回目の投与後に新しいゲノム応答が進化することを示唆しており、さらに重要なことは、mRNAワクチンが他の従来型のプラットフォームに対してユニークな生物学であることを示唆している。

特に興味深いのは、長期間の抗プログラム死1(PD-1)単独療法を受けている大腸がん患者において、BTN162b2ワクチン接種後にサイトカイン放出症候群(CRS)-免疫チェックポイント阻害剤の極めて稀な免疫関連作用-が報告されたことだ。

抗PD1阻害剤を介したCRSは、炎症マーカー、血小板減少、サイトカイン濃度の上昇、ステロイド反応性の上昇によって証明された[118]。最近のデータでは、老化細胞がS1サブユニットに反応して高炎症になり、その後、パラクライン機構を介して非老化細胞でウイルス侵入タンパク質の発現が増加し、抗ウイルス遺伝子発現が減少することが明らかになったため、これらの炎症促進作用は特に高齢者で顕著になる可能性がある[119]。

ワクチン接種によって誘発される有害事象の分子基盤を調査する必要性

抗SARS-CoV-2 mRNAワクチンは、耐久性のある強固な全身性免疫を誘導するため、COVID-19パンデミックを軽減し、何千人もの命を救うことに貢献したことは疑いようがない.この技術は、従来のワクチンと比較していくつかの利点があり[120]、がんを含む様々な感染症やその他の疾患に対する新規ワクチン開発のための全く新しい時代を切り開くものである。

現在利用可能な分子生物学的知見(主に細胞ベースのアッセイとモデル生物における)に基づいて、我々は、 LNP および/または送達された mRNA の寄与も重要であると思われるが、S タンパク質をコードする mRNA ワクチンの接種後に報告されたまれな 有害事象 は、全身に循環する抗原の性質と結合プロファイルに関連しているかもしれないと仮定する(図 1、図 2)[24、26、 41] 。

したがって、例えば将来の(心臓)血管または炎症性疾患のリスクを増加させる可能性のある、ワクチン接種を受けた患者の不顕性臓器機能障害の可能性を徹底的に調査する必要がある。重度のCOVID-19は、高齢、高血圧、糖尿病、および/または心血管疾患と相関しており、これらはすべて、ACE2シグナル伝達の調節不良の程度がさまざまであることを考えると、ワクチン接種によって誘発されたさらなるACE2の調節不良は、バランスの悪いRASをさらに増幅させる可能性がある。

肝臓におけるLNPの局在とその結果としての抗原発現に関して、肝臓は、多数の自己および外来抗原に絶えず曝露され、対流性APC(例えば、樹状細胞、B細胞、およびクッパー細胞)を宿すので、病原体に対して効率的に免疫応答を行うことができるということは言及に値する。

肝類洞内皮細胞、肝星細胞、および肝細胞など、その他の肝細胞タイプもAPCとして機能する能力を持っている[121]。Sタンパク質が肝細胞で産生されると、従来型および非従来型のAPCが、肝臓の免疫学的ニッチにおいて適応免疫のみならず自然免疫反応をも引き起こす可能性があることは、まだ証明されていないものの、もっともらしいことではある。

肝臓の主要な寛容性の役割にもかかわらず[122]、Sタンパク質関連抗原(図1)の持続的な発現は、ワクチン接種後に観察される自己免疫性肝炎の症例のように、免疫反応を自己免疫様組織損傷に偏らせる可能性がある[123,124]。

したがって、LNPが、非従来型APCとして作用する細胞を有する他の非免疫学的身体組織に感染させ、慢性ウイルス感染の場合のように、持続的免疫反応と自己反応を誘導することができるかどうか、さらなる調査が必要である[125]。

結論

高齢者や加齢に伴う基礎疾患を有する患者に対するCOVID-19ワクチン接種のベネフィット・リスクプロファイルは依然として強く支持されているが、抗SARS-CoV-2 mRNAワクチンによる有害事象sの分子・細胞基盤を理解することは、現在および将来のワクチン接種やブースターキャンペーンに不可欠であると考えられる.これと並行して、十分にデザインされた臨床試験において、ワクチン接種者とマッチさせた対照者の前向きファーマコビジランスと長期モニタリング(臨床的/生化学的)を発展させる必要がある。

さらに、LNPの代替化学物質、および閉鎖型(ACE2との結合が起こりにくい)Sタンパク質の使用 [126] は、SARS-CoV-2ヌクレオキャプシドタンパクの使用またはS RDBのみとともに、洗練された次世代mRNAワクチンの貴重な代替となり得る。

最後に、LNPと抗原が、ヒトの組織やワクチン反応性の低い人、高齢者、小児の体内循環に、どのくらいの期間、どのくらいの濃度で残存するかは、基本的に不明であり(Outstanding questions参照)、in vitro中和価が低下しても細胞性免疫は残存すると考えられることから[28]、増量は利益-リスク特性が明確に確立されている場合のみ実施されるべきである。

 

未解決の問題

  • ヒトの体内におけるmRNAワクチンLNPの局在パターン、トランスフェクション効果、クリアランス率はどのようなものか?
  • LNPの化学的性質を改良して、トランスフェクション効果を維持しながら、同時にオンデマンドの組織分布を確保することは可能だろうか?
  • ワクチン接種後に見られる有害な炎症反応は、LNP や mRNA ワクチンに使用される mRNA と関係があるのか、あるとすればどの程度なのか?
  • LNPを細胞にトランスフェクションした後の抗原発現、プロセシング、細胞局在化のメカニズムの詳細はどのようなものであるか?
  • 抗原を提示しないトランスフェクションヒト(例:肝臓)細胞を膜貫通型Sタンパク質で過剰に「装飾」した場合、どのような影響があるのだろうか?
  • 抗原あるいは関連サブユニット-ペプチド断片は循環系に漏れるか、漏れるとすればどのような形態で、どの程度の濃度で、どの程度の期間漏れるか?ワクチンを介した免疫反応との関連はあるか?
  • 血管内で抗原が ACE2 に結合することが、報告されている心血管系、代謝系、あるいはその他の(例えば炎症に関連した) 有害事象 の原因になっている可能性はあるか?
  • 抗原は血液脳関門を通過するか?
  • Sタンパク質とヒトプロテオームとの間に顕著な分子模倣(特に主要抗原部位の模倣)はあるか?
  • COVID-19mRNAワクチンによって誘導される粘膜免疫のプロファイルはどのようなものであるか?
  • 使用した祖先抗原(Wuhan-Hu-1 Sタンパク質)に対するワクチン媒介免疫(2回接種)が時間とともに衰えるというのは、単にSタンパク質の進化的飛躍(例えばOmicron変異株で)により部分的に防御力を失っているのか?その場合、同じ抗原でブースト投与は本当に必要なのだろうか?
  • ブースティングは抗体価を上げるだけでなく、抗体の多様化を促進するのだろうか?
  • Sタンパク質をクローズドフォーム(ACE2が結合しにくいフォーム)でmRNA誘導発現させた場合、免疫反応や有害事象のプロファイルはどのようになるのだろうか?

Alt-text 未解決の問題

全体として、SARS-CoV-2の生物学、進化するダイナミクス、ヒトという種への適応能力(すなわち、感染-感染率および疾患の重症度)という最も難しいテーマに関する進行中の研究と並行して、既存の第一世代mRNAワクチンの稀な有害事象sの分子-細胞基盤を理解するための基礎および臨床研究(Outstanding questions参照)は、公衆衛生上の緊急かつ重要な優先課題として加速されるべきである。

謝辞

本意見書の作成にあたり、著者らは一切の資金援助を受けていない。

利害関係者の宣言

著者は、本意見書と競合する利害関係を有しないことを宣言する.

用語解説

急性呼吸窮迫症候群(ARDS) 肺に水が溜まってガス交換機能が阻害され、血液や臓器に酸素が行き渡らなくなり、生命を脅かす疾患。

 

有害事象(有害事象) 薬物療法または臨床介入による望ましくない効果で、有害な結果をもたらす可能性のあるもの。

 

アンジオテンシン変換酵素2 (ACE2) は、循環器系のアンジオテンシンIとアンジオテンシンIIをそれぞれアンジオテンシン(1-9)とアンジオテンシン(1-7)ペプチドに変換し、そのレベルの恒常的制御に関与する酵素。

 

ベル麻痺 顔の片側の顔面筋力低下または麻痺の特発性エピソード。この症状は、第7脳神経(顔面神経)の機能障害に起因する。

 

脳静脈洞血栓症 は、脳の静脈洞で起こるまれな血液凝固現象で、脳から血液が排出されるのを妨げる。その結果、圧力が高まり、腫れや出血につながることがある。

 

サイトカインストーム COVID-19(または他の疾患)の特徴である、異常に高いレベルの循環サイトカインが産生され、疾患の重篤化に寄与する。

 

ギランバレー症候群 は、体の免疫系が誤って末梢神経を攻撃し、筋力低下を引き起こし、放置すると麻痺が生じる、まれな自己免疫性神経疾患。

 

ロングCOVID-19 SARS-CoV-2感染の初期段階を超えて持続する、新たな、あるいは再発する、あるいは継続する様々な症状を指す言葉。

 

分子模倣 外来抗原に対する免疫応答が、誘発した外来抗原に酷似した自己抗原に対しても不用意に誘導される過程。

 

受容体結合ドメイン(RBD) 結合タンパク質(例えば、SARS-CoV-2のSタンパク質)のうち、タンパク質を受容体に固定するために使用される部分。

 

レニン-アンジオテンシン系 (RAS) 神経、腸、心血管系、血圧、腎臓の機能、および体液と塩分のバランスの生理的調節に重要なシステムである。レニンという酵素がアンジオテンシンIの産生を触媒している。

 

血清学的分析 血液の血清を使って行う分析で、通常は抗体価の測定に重点が置かれる。

 

シンシティウム 非核細胞が複数回融合した結果、複数の核を持つ細胞。

 

ウイルス血症 血流中の複製可能なウイルス粒子の検出。

 

 

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