IV. VẮC-XIN mRNA ĐỐI VỚI KÝ SINH TRÙNG ĐƠN BÀO
Khái niệm ứng dụng công nghệ nền tảng mRNA để sản xuất vắc-xin hiệu quả chống lại ký sinh trùng đã được củng cố bởi một số thành công gần đây (dù chưa nhiều). Cách tiếp cận này đã được dùng để phát triển vắc-xin mRNA chống lại các bệnh do KST đơn bào gây ra, bao gồm sốt rét (110-111), L. donovani (112) và Toxoplasma gondii (113), được trình bày dưới đây.
1. Sốt rét
Plasmodium spp. sản xuất PMIF, một protein tương đồng (ortholog) với cytokine MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor) ở động vật có vú, có vai trò điều hòa phản ứng viêm trong nhiễm sốt rét. Một loại vắc-xin mRNA mã hóa PMIF mới đã cho thấy khả năng kiểm soát giai đoạn hồng cầu và gan của ký sinh trùng Plasmodiumspp., đồng thời tạo ra mức độ bảo vệ đáng kể chống lại P. berghei (gây sốt rét ác tính ở chuột), ức chế cả giai đoạn hồng cầu và giai đoạn thoa trùng (giai đoạn truyền qua muỗi) (111).Cụ thể, vắc-xin chống PMIF-mRNA giúp:
- Làm chậm thời gian xuất hiện ký sinh trùng trong máu sau khi nhiễm thoa trùng;
- Giảm biểu hiện cytokine tiền viêm IFN-γ, IL-12 và TNF-α trong giai đoạn ký sinh trùng ở máu;
- Tăng cường đáp ứng tế bào Th (Tfh, CD4 T hỗ trợ nang) và phản ứng trung tâm mầm;
- Tăng IgG chống Plasmodium, biệt hóa tế bào T nhớ CD4+ và tế bào T cư trú tại gan CD8+.
Điểm nổi bật là vắc-xin PMIF mRNA không chỉ kiểm soát KST trong lần nhiễm ban đầu mà còn tạo ra 100% khả năng bảo vệ khi tái nhiễm (111). Khả năng bảo vệ này có thể truyền lại khi chuyển thụ động tế bào T CD8+ hoặc CD4+ từ chuột đã được tiêm vắc-xin sang chuột khác. Tác giả nhấn mạnh rằng ức chế MIF có thể là một phương pháp khả thi để kích thích miễn dịch bảo vệ, không chỉ chống sốt rét mà còn với các KST đơn bào và giun sán khác có protein tương đồng với MIF (111).
Ngoài ra, một nghiên cứu khác cho thấy vắc-xin mRNA mã hóa protein bề thoa trùng của P. falciparum (PfCSP), khi được đóng gói trong hạt nano LNPs, cũng tạo ra miễn dịch bảo vệ tuyệt đối chống sốt rét ở chuột (110). Vắc-xin này biểu hiện tốt trong tế bào có vú và khi tiêm vào chuột, đã bảo vệ hoàn toàn trước KSTP. berghei mang transgene PfCSP. Liều lượng và khoảng cách giữa các liều tiêm ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả bảo vệ. Kết quả này cho thấy vắc-xin PfCSP mRNA có tiềm năng cải thiện mức bảo vệ so với các phương pháp truyền thống. Dựa trên các kết quả này, công ty BioNTech đã lên kế hoạch phát triển vắc-xin sốt rét mRNA đầu tiên, với thử nghiệm lâm sàng dự kiến vào cuối năm 2022.
2. Bệnh do Leishmania donovani
L. donovani là ký sinh trùng đơn bào nội bào gây bệnh Leishmaniasis nội tạng (Kala-Azar), một thể bệnh nghiêm trọng và có thể gây tử vong. LEISH-F2 được xác định là ứng viên vắc-xin tiềm năng, và trình tự gen của nó đã được sử dụng để thiết kế vắc-xin RNA (112).Khi vắc-xin LEISH-F2 mRNA được tiêm cho chuột như liều mồi, sau đó tiêm nhắc bằng protein tái tổ hợp LEISH-F2 (có bổ trợ SLA-SE), số lượng ký sinh trùng trong gan chuột giảm rõ rệt sau khi tiếp xúc với L. donovani. Ngược lại, tiêm đồng loại (chỉ dùng mRNA hoặc chỉ dùng protein tái tổ hợp) không đạt hiệu quả.
Phương pháp prime-boost dị loài này còn kích thích tế bào lách của chuột sản xuất IFN-γ mức cao và đáp ứng miễn dịch Th1 đặc hiệu mạnh (112). Kết quả nhấn mạnh tiềm năng của chiến lược prime-boost dị loại trong việc tạo miễn dịch tế bào mạnh mẽ chống lại các tác nhân gây bệnh nội bào.
3. Bệnh do Toxoplasma gondii
T. gondii là ký sinh trùng sống nội bào thuộc ngành Apicomplexa, có thể ký sinh ở nhiều loài động vật máu nóng và người. Phần lớn quá trình nhiễm trùng thường không triệu chứng, nhưng có thể gây bệnh nặng cho phụ nữ mang thai và người suy giảm miễn dịch.Một cách tiếp cận mới là sử dụng hệ thống vắc-xin dựa trên hạt nano dendrimer biến đổi (MDNP), trong đó các kháng nguyên được mã hóa bởi mRNA tự nhân đôi (replicon mRNA). Chahal và cộng sự (180) cho thấy chỉ với một liều vắc-xin MDNP, chuột tạo được cả đáp ứng kháng thể và tế bào T CD8+, giúp bảo vệ hoàn toàn trước nhiều tác nhân gây bệnh nguy hiểm, bao gồm cả T. gondii.
Trong nghiên cứu, vắc-xin MDNP được thiết kế với 6 kháng nguyên đặc hiệu của T. gondii (SAG1, SAG2A, ROP18, ROP2A, AMA1, GRA6), biểu hiện ở các giai đoạn sống khác nhau. Chuột được tiêm vắc-xin sống sót hơn 6 tháng mà không có triệu chứng, trong khi nhóm chứng đều tử vong. Kết quả này chứng minh tính khả thi của nền tảng MDNP trong phát triển vắc-xin an toàn, nhanh chóng và có thể áp dụng cho nhiều tác nhân gây bệnh khác.Một nghiên cứu tiếp theo của Luo và cộng sự (113) tập trung vào NTPase II, một protein của T. gondii có khả năng kích thích miễn dịch bảo vệ qua trung gian tế bào Th1. Nhóm nghiên cứu đã phát triển vắc-xin RNA tự nhân đôi (RREP-NTPase-II) đóng gói trong LNPs và tiêm bắp cho chuột. Kết quả:
- Tạo miễn dịch mạnh, với mức IgG và IFN-γ cao.
- Trong mô hình nhiễm cấp tính với chủng RH, chuột được tiêm vắc-xin sống sót lâu hơn và có tải lượng ký sinh trùng trong não thấp hơn so với nhóm chứng.
- Trong mô hình nhiễm mạn tính với chủng Prugniaud, số nang ký sinh trong não chuột tiêm vắc-xin giảm đáng kể.
Như vậy, hỗn hợp RNA tự nhân đôi được đóng gói trong LNPs đã chứng minh khả năng tạo miễn dịch bảo vệ mạnh và bền vững, mở ra triển vọng phát triển vắc-xin an toàn và hiệu quả chống T. gondii.
4. Vắc-xin mRNA đa giá đối với Ixodes scapularis
Thêm bằng chứng cho việc ứng dụng vắc-xin mRNA đa kháng nguyên chống ký sinh trùng là nghiên cứu với vắc-xin mRNA mã hóa 19 protein nước bọt (19ISP) của ve Ixodes scapularis(114). Loài ve này là vật trung gian truyền nhiều tác nhân gây bệnh như Borrelia burgdorferi (tác nhân gây Lyme), Borrelia miyamotoi, Anaplasma phagocytophilum, Babesia microti và nhiều tác nhân khác đang gia tăng ở châu Âu và Bắc Mỹ.Khả năng miễn dịchtừ ve (tick immunity) được cho là kết quả của việc tiếp xúc lặp lại với ve, khi cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch chống lại hỗn hợp protein trong nước bọt ve.
Dựa trên dữ liệu phiên mã và proteome tuyến nước bọt ve trong quá trình hút máu, Sajid và cộng sự (114) đã chọn ra 19 protein có tính sinh miễn dịch cao để phát triển vắc-xin. mRNA được biến đổi nucleoside mã hóa các protein này được đóng gói trong LNPs. Khi tiêm cho chuột lang, vắc-xin LNP-19ISP tạo đáp ứng kháng thể đặc hiệu mạnh, bảo vệ hiệu quả trước sự tấn công của ve. Chuột lang tiêm vắc-xin xuất hiện đỏ da tại vị trí ve cắn (dấu hiệu của miễn dịch chống ve), đồng thời ve hút máu kém, tách ra sớm và có khối lượng thấp hơn đáng kể so với nhóm chứng.
V. MỘT SỐ THÁCH THỨC VÀ ĐỊNH HƯỚNG MỚI
- Một số thách thức trong phát triển vắc-xin chống ký sinh trùng giun sán:
Việc phát triển vắc-xin hiệu quả chống lại các loài ký sinh trùng giun sán đa bào nhìn chung gặp khó khăn, thậm chí còn thách thức hơn nhiều so với phát triển vắc-xin kháng vi khuẩn hoặc vi-rút. Giun sán là những sinh vật phức tạp, đã tiến hóa nhiều cơ chế sinh tồn như né tránh miễn dịch, khai thác hiệu quả cơ chế hấp thu dưỡng chất và sử dụng hormone hay yếu tố tăng trưởng của vật chủ để phát triển, trưởng thành và sinh sản, giúp chúng tồn tại trong nhiều loại vật chủ, thậm chí trong thời gian nhiều năm (182).
Việc bất hoạt hoặc ức chế chỉ một gen hoặc sản phẩm gen bằng vắc-xin thường không hiệu quả, vì ký sinh trùng có khả năng bù trừ bằng cách chuyển sang con đường chuyển hóa khác để tiếp tục thu nhận dưỡng chất từ vật chủ hoặc môi trường khắc nghiệt (183). Một thách thức lớn khác trong phát triển vắc-xin chống giun sán là vòng đời phức tạp, gồm nhiều giai đoạn khác nhau với các kháng nguyên đặc hiệu theo từng giai đoạn, cùng khả năng điều hòa và ức chế đáp ứng miễn dịch của của vật chủ, tạo nên trở ngại lớn trong phát triển vắc-xin (14). Ngoài ra, bộ gen và bộ proteome phức tạp của giun sán càng làm tăng khó khăn trong việc xác định mục tiêu kháng nguyên thích hợp, là bước then chốt trong phát triển vắc-xin hiệu quả (14, 184).
Trong nghiên cứu về sán máng (schistosome), nhiều kỹ thuật hiện đại đã được áp dụng để xác định kháng nguyên và giải mã hệ gen nhân của S. japonicum, S. mansoni, S. haematobium và các loài khác (185-188). Các nghiên cứu cũng đạt tiến bộ đáng kể trong transcriptome (189-191), proteome (192-193), immunome (194-195) và exosome (196-197). Những dữ liệu này giúp làm sáng tỏ chức năng của hàng nghìn sản phẩm gen tiềm năng, mở ra cơ hội thúc đẩy nhanh tiến trình phát triển vắc-xin chống sán máng (198). Bên cạnh đó, nhiều chiến lược mới đang được nghiên cứu như liệu pháp miễn dịch (199), khai thác protein ngoại bào (EV proteins) (200) hay yếu tố di truyền (201), với nhiều cấu trúc vắc-xin thử nghiệm cho các loài giun sán khác nhau. Tuy nhiên, việc hiểu rõ cơ chế miễn dịch mà vắc-xin chống giun sán khởi phát vẫn là điều kiện tiên quyết để xây dựng nền tảng vắc-xin mạnh và tối ưu.
Trong bệnh sán máng, các phản ứng miễn dịch bệnh lý chủ yếu do trứng ký sinh, được đẻ bởi giun cái trưởng thành sống trong mạch máu của vật chủ chính (202). Trứng theo phân ra ngoài môi trường để tiếp tục vòng đời, nhưng một phần lớn bị giữ lại trong gan và ruột (S. mansoni, S. japonicum) hoặc bàng quang và cơ quan sinh dục (S. haematobium). Trứng tiết ra nhiều thành phần (như enzyme phân giải protein, glycoprotein), có khả năng kích hoạt đáp ứng viêm qua tế bào lympho T CD4+ Th2, dẫn đến hình thành u hạt khi các tế bào viêm (đại thực bào, lympho, bạch cầu trung tính, bạch cầu ái toan) tập trung quanh trứng (203). Hậu quả là tổn thương xơ hóa tại mô, tiến triển thành viêm gan, lách do sán máng (S. mansoni, S. japonicum) hoặc bệnh đường tiết niệusinh dục (S. haematobium) (204).
Hiệu quả vắc-xin chịu ảnh hưởng bởi giai đoạn nhiễm và thời điểm tiêm phòng. Người ta cho rằng thời điểm dễ bị tổn thương nhất để đáp ứng miễn dịch do vắc-xin tạo ra là trong vòng 72 giờ sau khi ấu trùng đuôi xâm nhập da, khi chúng đang ở giai đoạn sán non tại phổi (205). Ngoài ra, nhiễm ký sinh trùng từ trước thời điểm tiêm phòng có thể làm giảm hiệu quả miễn dịch. Đồng thời, miễn dịch tự nhiên ở người dân vùng lưu hành thường đạt được nhờ tái nhiễm nhiều lần và sự duy trì miễn dịch này có thể phụ thuộc giai đoạn, dựa trên các lớp kháng thể hoặc đáp ứng tế bào T khác nhau (206). Do đó, điều quan trọng là phải xác định liệu đáp ứng miễn dịch do nhiễm ký sinh trùng tạo ra có tương thích với loại đáp ứng bảo vệ cần thiết cho vắc-xin hay không. Các yếu tố khác bao gồm công thức vắc-xin và đường đưa vắc-xin cũng quyết định khả năng vắc-xin có bị ảnh hưởng bởi nhiễm KST hay không (207).
Về đáp ứng miễn dịch bảo vệ do vắc-xin kích thích, nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng cần kích thích miễn dịch ưu thế Th2 trong mô hình động vật (14, 20, 184). Phân tích hồ sơ cytokine trên chuột được tiêm ấu trùng cercaria giảm độc lực bằng chiếu xạ rồi tiếp xúc bằng ấu trùng cercaria bình thường (208), hiện đang là mô hình hiệu quả nhất với mức bảo vệ là>75% giảm số lượng giun cho thấy các con đường miễn dịch sớm được hoạt hóa mạnh mẽ theo ưu thếđáp ứng miễn dịch Th2, với sự phân cực của kháng thể IgG. Đồng thời, có sự tăng cao các cytokine tiền viêm IFN-γ và TNF-α (đóng vai trò quan trọng trong hoạt hóa đại thực bào ở đáp ứng miễn dịch tại phổi) (209) và IL-10 (đóng vai trò điều hòa viêm quá mẩn bằng cách ức chế đáp ứng Th1 (210).
Các dữ liệu từ nghiên cứu trên người cũng cho thấy miễn dịch chống nhiễm giun đòi hỏi đáp ứng Th2 mạnh mẽ, với sự sản xuất các cytokine liên quan Th2 như IL-4, IL-5, IL-6, IL-9 và IL-13 (14, 184). Như vậy, bằng chứng từ nhiều nghiên cứu trên người và động vật đều khẳng định bất kỳ vắc-xin chống giun sán nào cũng cần kích thích miễn dịch Th2. Tuy nhiên, cần có sự cân bằng trong đáp ứng Th, vì cả Th1 và Th2 nếu quá mức và thiên lệch đều có thể gây bệnh lý(184). Việc phát triển vắc-xin phụ thuộc vào IgE (liên quan đến phản ứng dị ứng) có thể gây lo ngại về an toàn và các vấn đề pháp lý (211). Do đó, việc xác định cân bằng tối ưu giữa đáp ứng Th1 và Th2 là một thách thức lớn trong phát triển vắc-xin chống giun sán trong tương lai.
(còn nữa) --> Tiếp theo Phần 4 (Phần cuối)
TS. Nguyễn Thị Liên Hạnh & TS.BS. Huỳnh Hồng Quang
Viện Sốt rét-KST-CT Quy Nhơn