目前，唯一可用的结核疫苗是卡介苗(Bacille Calmette-Guérin, BCG)。在儿童和青少年时期，BCG能够提供较高水平的保护效力；但是，随着接种者年龄增长，BCG诱导的免疫记忆逐步降低，导致其对成人结核病的预防能力不佳。而BCG复种提供的保护力不佳，且会导致变态反应等安全性问题，致使BCG复种在各个国家相继被叫停。因此，为了能够更好的控制结核病疫情，还需研发更为有效的新型结核疫苗进行加强免疫。但是，一百多年来，研究人员还未能研发出第二款结核疫苗。其中，缺乏有效的免疫保护相关生物标志物(Correlates of protection, CoPs)，阻碍了新型结核病疫苗的合理设计和临床开发。结核分枝杆菌包含多达4000种蛋白，并在其不同感染阶段动态表达，是鉴定保护性抗原的主要不利因素。另外，动物感染模型往往无法完全模拟人类感染结核菌的免疫状态，也阻碍了CoPs的发现。不过，近年来，研究人员开发了一些新的实验模型，并研发出一些具有一定保护力的新型疫苗，这为疫苗相关CoPs的鉴定提供了宝贵的机会。
近日，上海市重大传染病和生物安全研究院/上海市公共卫生临床中心胡志东/范小勇团队在国际学术期刊NPJ Vaccines (中科院医学一区Top期刊)上发表了综述论文“Immune correlates of protection as a game changer in tuberculosis vaccine development”。该综述详细介绍了结核新疫苗开发的潜在 CoPs，总结了在不同研究模型中CoPs研究的选择和使用方式；同时详细概述了疫苗相关CoPs鉴定的主要障碍和重要机遇，并总结了最新的相关研究进展。该综述旨在通过CoPs的发现改变结核疫苗研发滞后的现状。
CoPs是可预测对传染病保护程度的生物标志物；可靠的疫苗CoPs可在不使用或较少数目使用临床试验受试者感染病原体的情况下预判疫苗所诱导的保护效力，或在感染后快速预测疾病走向，从而加速新疫苗的开发进程。目前，结核疫苗免疫保护效力的评估完全是经验性的。由于结核菌是一种生长缓慢的细菌，人类在暴露后需要数月至数年时间才能发展成活动性结核病。此外，尽管在人群中感染结核菌的比例很高（全球约四分之一人口感染过结核菌），但其中90%以上感染人群保持感染状态却终生不发病。因此，结核疫苗的有效性临床试验，如果以结核病发病作为研究终点，需要消耗巨大的时间成本、人力资源以及研究经费。因此，我们迫切需要找到可靠的疫苗相关CoPs。基于此，该综述首先总结了目前潜在CoPs的研究历史及其研究现状：目前，结核疫苗相关经典的CoPs还是Th1型CD4细胞免疫反应，包括抗原特异性IFN-γ、IL-2和TNF-α的分泌水平，是结核疫苗相关研究的常规检测指标。在多数情况下，这些细胞因子的分泌水平与保护相关。但是，其诱导的免疫保护有天花板效应，且过量表达反而会导致免疫损伤。另外，Th17型CD4细胞免疫反应、CD8 T细胞应答、抗体反应、组织驻留T细胞、训练免疫/固有免疫记忆、组织驻留肺泡巨噬细胞和其他固有免疫细胞等也与疫苗诱导的免疫保护相关，讨论了其作为结核感染或疫苗相关CoPs的效力和不足（图1）。
图 1. 结核菌感染诱导固有免疫和适应性免疫反应的相互作用及其作为CoPs的进展
然后，简要介绍了目前不同实验模型中可用样本的选择（图2）。因为CoPs的鉴定依赖于对宿主感染或接种疫苗后免疫过程的监测，这方面存在一些客观限制，如技术可行性、经济成本和伦理等。鉴于这些限制，全血样本一直是研究CoPs的主要生物样本来源。全血是人类/动物最容易获得的样本之一。它可以被分离成PBMC、血浆或血清，用于研究细胞免疫应答、可溶性细胞因子和抗体反应等。分枝杆菌生长抑制试验(MGIA)通过使用血液样本进行结核菌生长的抑菌检测并用于疫苗的早期筛选。此外，BAL、淋巴结、脾脏、肺脏、组织活检、尿液、手术切除标本、PET-CT和VOCs等在不同模型中可被视为研究疫苗CoPs的可用标本。
图2. 研究疫苗CoPs可用生物标本
随后，总结了目前结核疫苗CoPs鉴定的主要障碍。例如，结核菌生长缓慢且结核病进展周期较长；结核病的不同发病时期或感染状态下，宿主同一类型免疫反应会产生相反的效果；疫苗诱导的抗原特异性免疫应答和自然感染状态下的效率不同；不同小鼠品系或种族人群存在差异；不同形式疫苗所诱导的保护性免疫反应不同；结核潜伏感染和“结核抵抗者”的定义存在一些问题。这些问题有些是病原体感染性疾病的固有问题，有一些则仅跟结核菌感染相关。针对不同问题，该综述简要提出了不同的解决方案。
最后，详细介绍了发现结核疫苗CoPs的机会（图 3）。从原则上讲，当某些疫苗在部分受试者而非受试者中产生保护作用时，就会出现鉴定疫苗CoPs的关键机会。最近，一些结核疫苗和疫苗接种策略，如M72/AS01E蛋白亚单位疫苗和卡介苗的静脉接种，已在临床试验和临床前模型中显示出对结核菌感染的良好免疫保护作用。此外，分枝杆菌的受控人体感染模型和超低剂量感染小鼠模型等新的实验模型可用于临床和临床前疫苗评估而加快研究进度，而在活动性肺结核患者的密切接触者中发现的“结核抵抗者”则提供了研究自然状态下耐受结核菌感染的机会。高通量技术和人工智能则提供了良好的技术手段，能够进一步促进结核病疫苗CoPs的发现。这些新机遇表明，鉴定可靠的CoPs 以确定结核病候选疫苗的疗效可能很快就会实现。该综述详尽地介绍了上述每个新机会相关研究的来龙去脉、研究进展以及后续展望。在不久的将来，预期能够成功鉴定出于结核疫苗相关的CoPs，因此，这些研究能够及时有效地对进入临床管线的候选疫苗进行筛选，加快临床试验进程，从而改变结核疫苗开发的现状。
图3. 发现结核疫苗CoPs的潜在机会
复旦大学附属上海市公共卫生临床中心王婧博士是本文的第一作者，上海市重大传染病和生物安全研究院范小勇研究员与上海市公共卫生临床中心胡志东副研究员为本文通讯作者。论文得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市卫生健康优秀学科带头人等项目的资助。
