Vắc-xin Zika được thiết kế giúp ngăn nhiễm virus ở thai nhi và hiện tượng tăng cường nhiễm dengue ở chuột, không phải khỉ rhesus

Hai thiết kế vắc-xin đồng thời giải quyết vấn đề bảo vệ và an toàn

Hai vắc-xin Zika thử nghiệm, MutB và MutC, bảo vệ chuột khỏi virus Zika chỉ sau một lần tiêm chủng, ngăn virus lây truyền từ chuột mẹ mang thai sang thai nhi, đồng thời tạo ra huyết thanh miễn dịch không làm tăng nhiễm bất kỳ kiểu huyết thanh nào trong số bốn kiểu của virus dengue trong các thí nghiệm được báo cáo. Nghiên cứu đăng ngày 15 tháng 7 năm 2021 trên tạp chí Nature Immunology đã giải quyết một vấn đề khó trong phát triển vắc-xin: kháng thể chống một loại virus đôi khi có thể khiến tình trạng nhiễm một loại virus có liên quan trở nên nghiêm trọng hơn.

Cần phân biệt rõ kết quả này với tuyên bố về một vắc-xin mRNA trên khỉ rhesus. Nghiên cứu MutB và MutC sử dụng vector adenovirus của tinh tinh, ký hiệu AdC7, và các mô hình chuột. Đây không phải nghiên cứu vắc-xin mRNA và không báo cáo thí nghiệm trên khỉ rhesus. Kết quả ủng hộ một phương pháp thiết kế kháng nguyên an toàn hơn, chứ không chứng minh vắc-xin mRNA đã giảm nguy cơ này ở linh trưởng hoặc người.

Trong bản tóm tắt nghiên cứu năm 2021, Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Trung Quốc mô tả cách các nhà nghiên cứu thay đổi ba axit amin chủ chốt trong protein vỏ ngoài của Zika. Mục tiêu là hướng phản ứng miễn dịch tránh xa một đích kháng thể có liên quan đến hiện tượng tăng cường nhiễm dengue, đồng thời giữ lại các đích tạo miễn dịch bảo vệ chống Zika.

Nhóm nghiên cứu có Gao Fu, Dai Lianpan và Yan Jinghua thuộc Viện Vi sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, là các tác giả liên hệ. Dai, Xu Kun thuộc Đại học Y Hải Nam và Li Jinhe thuộc Viện Khoa học Sự sống Bắc Kinh là các đồng tác giả thứ nhất. Bài báo có tiêu đề Vắc-xin Zika bảo vệ được thiết kế để loại bỏ hiện tượng tăng cường nhiễm dengue thông qua chuyển đổi tính trội miễn dịch.

Vì sao kháng thể có thể trở thành mối lo ngại về an toàn

Hiện tượng tăng cường nhiễm phụ thuộc kháng thể, hay ADE, xảy ra khi kháng thể bám vào virus nhưng không trung hòa virus hiệu quả, đồng thời giúp virus xâm nhập một số tế bào miễn dịch. Các tế bào này có thụ thể nhận diện kháng thể đang gắn với virus. Thay vì ngăn nhiễm, tương tác này có thể làm tăng mức độ nhiễm ở những tế bào dễ bị virus xâm nhập.

Mối lo ngại này đặc biệt đáng chú ý với Zika và dengue vì protein bề mặt của hai virus có chung một số đích kháng thể. Cả hai cũng có thể lây truyền qua muỗi Aedes aegypti và lưu hành tại những khu vực chồng lấn nhau. Do đó, vắc-xin phòng Zika cần được đánh giá về ảnh hưởng có thể có đối với một lần nhiễm dengue sau này.

Bài tổng quan học thuật Vắc-xin virus Zika, xuất bản năm 2018 và được lưu trữ trên PubMed Central, nêu một cảnh báo thực tế từ vắc-xin Dengvaxia. Trẻ chưa từng nhiễm dengue được tiêm vắc-xin này có nguy cơ gặp biến chứng dengue nặng cao hơn trẻ chưa tiêm, khiến Philippines phải đình chỉ sử dụng vắc-xin. Trường hợp đó cho thấy tình trạng nhiễm bệnh trước đây có thể quan trọng như thế nào khi đánh giá độ an toàn của vắc-xin.

Điều này không chứng minh rằng mọi vắc-xin chống virus thuộc họ flavivirus đều có cùng nguy cơ. Virus sốt vàng và viêm não Nhật Bản thuộc cùng một nhóm virus lớn hơn, nhưng bằng chứng được bàn đến ở đây liên quan đến những phản ứng kháng thể, thiết kế vắc-xin và trình tự nhiễm bệnh cụ thể. Coi ADE là rào cản chung cho mọi vắc-xin trong họ virus này sẽ vượt quá những gì các kết quả đó cho thấy.

Trình tự nhiễm bệnh có ý nghĩa quan trọng

Bài tổng quan năm 2018 phân biệt tình huống miễn dịch với dengue trước rồi nhiễm Zika với tình huống miễn dịch với Zika trước rồi nhiễm dengue. Đây là hai tình huống sinh học khác nhau, và không thể mặc nhiên dùng kết quả của tình huống này để giải thích tình huống kia.

Vào thời điểm đó, các thí nghiệm trên khỉ rhesus đã có miễn dịch với dengue không cho thấy tải lượng virus Zika hoặc mức độ bệnh tăng lên sau khi phơi nhiễm Zika. Bằng chứng sơ bộ trên người cũng không cho thấy bệnh Zika nặng hơn ở những người đã có miễn dịch với dengue. Tuy nhiên, ở trình tự ngược lại, các nghiên cứu trên linh trưởng không phải người ghi nhận tải lượng virus và các tín hiệu viêm tăng lên sau khi động vật từng nhiễm Zika tiếp xúc với kiểu huyết thanh dengue 2.

Đến năm 2021, bản tóm tắt của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Trung Quốc dẫn một nghiên cứu đoàn hệ trên người đăng trên tạp chí Science năm 2020, cho thấy nhiễm Zika trước đó làm tăng mức độ nghiêm trọng của lần nhiễm dengue sau này. Phát hiện mới hơn này càng củng cố lý do cần đánh giá an toàn với dengue trong quá trình phát triển vắc-xin Zika. Tuy nhiên, riêng phát hiện đó không chứng minh một vắc-xin Zika cụ thể sẽ gây dengue nặng.

Thay đổi đích mà không làm hỏng protein

Các nhà nghiên cứu tập trung vào vòng dung hợp, một vùng của protein vỏ ngoài Zika, còn gọi là protein E. Epitope là một phần cụ thể của phân tử được kháng thể nhận diện. Vòng dung hợp chứa một epitope có thể thu hút các kháng thể gắn với virus có liên quan nhưng không trung hòa chúng một cách đáng tin cậy.

Chỉ thay đổi vùng này có thể tạo ra vấn đề khác. Vòng dung hợp được bảo tồn cao giữa các virus có liên quan, nghĩa là trình tự của nó vẫn tương tự nhau qua quá trình tiến hóa. Thay đổi thiếu thận trọng có thể làm hỏng cấu trúc protein và giảm khả năng kích thích miễn dịch hữu ích của vắc-xin.

Thay vào đó, nhóm nghiên cứu thay trình tự vòng dung hợp của Zika bằng trình tự tương ứng từ một flavivirus có quan hệ tiến hóa xa, chỉ lây nhiễm ở côn trùng. Sự thay thế này làm thay đổi ba axit amin có vai trò quan trọng đối với sự gắn kết của các kháng thể liên quan đến ADE. Sau đó, các nhà nghiên cứu sàng lọc protein đã biến đổi bằng kháng thể bảo vệ và kháng thể liên quan đến hiện tượng tăng cường nhiễm, nhằm tìm ra thiết kế vẫn giữ được khả năng nhận diện có lợi nhưng loại bỏ khả năng nhận diện không mong muốn.

Hai thiết kế được chọn, MutB và MutC, được đưa vào vắc-xin AdC7. Vector adenovirus là phương tiện đưa các chỉ dẫn di truyền tạo kháng nguyên vào cơ thể. Vắc-xin mRNA sử dụng RNA thông tin để đưa các chỉ dẫn đó. Cả hai nền tảng đều có thể trình diện một kháng nguyên được thiết kế cho hệ miễn dịch, nhưng chúng là những nền tảng vắc-xin khác nhau. Kết quả từ nền tảng này không chứng minh hiệu quả của nền tảng kia.

Kết quả thí nghiệm trên chuột

Sau một lần tiêm chủng, cả MutB và MutC đều bảo vệ chuột trước thử nghiệm phơi nhiễm Zika. Theo bản tóm tắt của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Trung Quốc, không phát hiện virus trong các mô đích được kiểm tra. Bản tóm tắt mô tả phản ứng này là miễn dịch tiệt trừ, nghĩa là khả năng bảo vệ đủ mạnh để ngăn nhiễm bệnh có thể phát hiện, thay vì chỉ làm giảm triệu chứng.

Ở chuột mang thai, vắc-xin cũng ngăn virus lây truyền sang thai nhi. Không phát hiện tải lượng virus trong nhau thai hoặc não thai nhi được kiểm tra. Đây là kết quả trọng tâm vì những hậu quả nghiêm trọng nhất của Zika bao gồm tật đầu nhỏ và các dị tật bẩm sinh khác khi nhiễm bệnh trong thai kỳ.

Cần đặt các kết quả này trong đúng bối cảnh thí nghiệm. Không phát hiện virus trong những mô chuột được kiểm tra không chứng minh vắc-xin sẽ ngăn mọi trường hợp nhiễm bệnh ở thai nhi người. Bản tóm tắt không nêu số lượng động vật, giới hạn phát hiện chi tiết hay thời gian bảo vệ, nên chưa thể đánh giá đầy đủ quy mô và độ bền của hiệu quả.

Kết quả về thai kỳ cũng trả lời một câu hỏi khó hơn việc vắc-xin có làm giảm lượng virus trong máu hay không. Bài tổng quan năm 2018 lưu ý rằng một số thí nghiệm vắc-xin và kháng thể trước đó đã làm giảm đáng kể tình trạng nhiễm bệnh nhưng vẫn phát hiện được RNA Zika trong một số nhau thai hoặc mô thai nhi. Bảo vệ người mẹ và ngăn hoàn toàn thai nhi phơi nhiễm là hai kết quả có liên quan, nhưng không thể thay thế cho nhau.

Kiểm tra cả bốn kiểu huyết thanh dengue

Nhóm nghiên cứu kiểm tra liệu huyết thanh từ động vật đã tiêm vắc-xin có thể làm tăng nhiễm dengue hay không bằng cả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm lẫn trên động vật. Dengue có bốn kiểu huyết thanh, tức các dạng virus khác nhau cần được đánh giá riêng về mặt an toàn. Kết quả được báo cáo với MutB và MutC bao gồm cả bốn kiểu.

Huyết thanh từ động vật nhận các vắc-xin biến đổi không gây ADE với dengue trong những thử nghiệm được mô tả. Các thí nghiệm truyền huyết thanh, trong đó huyết thanh từ động vật đã tiêm vắc-xin được truyền cho động vật nhận, cũng không ghi nhận hiện tượng tăng cường nhiễm liên quan đến MutB hoặc MutC. Những thí nghiệm này giúp tách riêng vai trò của kháng thể lưu hành khỏi các thành phần khác trong phản ứng với vắc-xin.

Việc so sánh với cấu trúc chưa biến đổi, hay kiểu dại, có ý nghĩa quan trọng. Huyết thanh liên quan đến cấu trúc này làm bệnh nặng thêm và đẩy nhanh cái chết trong các thí nghiệm trên động vật. Sự tương phản này ủng hộ giả thuyết thiết kế kháng nguyên đã thay đổi đặc tính của phản ứng kháng thể, chứ không chỉ tạo ra một vắc-xin bảo vệ khỏi Zika.

Không phát hiện ADE trong các điều kiện đã thử không đồng nghĩa với việc ADE không thể xảy ra trong mọi điều kiện. Nồng độ kháng thể, các lần nhiễm trước đây và khoảng thời gian kể từ khi tiêm vắc-xin đều cần được xem xét trong các nghiên cứu tiếp theo. Bài tổng quan năm 2018 đặc biệt đề nghị đo lường cẩn thận lượng kháng thể flavivirus sẵn có trong các nghiên cứu trên linh trưởng và thử nghiệm lâm sàng.

Phản ứng miễn dịch đã thay đổi như thế nào

Các nhà nghiên cứu tìm hiểu lý do những thiết kế đã biến đổi cho kết quả khác biệt bằng cách giải trình tự các thụ thể tế bào B riêng lẻ từ những tế bào đặc hiệu với kháng nguyên trong hạch bạch huyết của chuột. Tế bào B tạo ra kháng thể, còn thụ thể của chúng giúp cho biết những phần nào của kháng nguyên chi phối phản ứng miễn dịch.

Với vắc-xin kiểu dại, hơn 60% thụ thể tế bào B được phân tích sử dụng ba nhóm gene dòng mầm. Những đoạn gene di truyền này góp phần hình thành các vùng nhận diện của kháng thể. MutB và MutC tạo ra kiểu sử dụng gene phân tán hơn, phá vỡ mức độ tập trung quan sát được với kháng nguyên chưa biến đổi.

Tiếp đó, nhóm nghiên cứu tạo ra các kháng thể đại diện cho những nhóm chiếm ưu thế. Các kháng thể do vắc-xin kiểu dại tạo ra nhắm vào vòng dung hợp, gắn với cả bốn kiểu huyết thanh dengue và cho thấy mức ADE đáng kể. Các kháng thể chiếm ưu thế do MutB và MutC tạo ra chỉ gắn yếu với các kiểu huyết thanh dengue và không gây ADE trong các phép thử được báo cáo.

Phân tích cấu trúc của MutC đưa ra lời giải thích về mặt vật lý. Protein biến đổi vẫn duy trì cách sắp xếp thành cặp của protein E, yếu tố quan trọng để các kháng thể bảo vệ nhận diện. Tại vòng dung hợp đã biến đổi, những thay đổi về hình dạng phân tử và điện tích cản trở sự gắn kết của các kháng thể liên quan đến hiện tượng tăng cường nhiễm. Phân tích thụ thể, thử nghiệm kháng thể và nghiên cứu cấu trúc cùng giải thích hiện tượng chuyển đổi tính trội miễn dịch được nêu trong tiêu đề bài báo: phản ứng miễn dịch chuyển hướng khỏi một đích vốn chiếm ưu thế.

Dòng thời gian và giới hạn của bằng chứng

Các phát hiện thuộc một chuỗi nghiên cứu kéo dài nhiều năm. Tách bạch các mốc thời gian giúp tránh trình bày thông tin thử nghiệm lâm sàng trước đây hoặc kết quả trên chuột sau này như một bước đột phá mới về vắc-xin trên linh trưởng.

• 2015 đến 2016: Dịch Zika trở thành tình trạng khẩn cấp y tế công cộng quốc tế, trong đó tổn thương thai nhi là mối lo ngại trọng tâm.
• Từ năm 2016: Nhóm nghiên cứu Trung Quốc khảo sát cấu trúc protein E của Zika và các kháng thể bảo vệ, tạo nền tảng cho việc thiết kế lại kháng nguyên.
• 2018: Bài tổng quan học thuật mô tả các thử nghiệm vắc-xin, nghiên cứu bảo vệ trên động vật và những lo ngại chưa được giải quyết về hiện tượng tăng cường nhiễm dengue cũng như bảo vệ thai nhi.
• 2020: Một nghiên cứu đoàn hệ trên người được dẫn trong bản tóm tắt của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Trung Quốc ghi nhận mối liên hệ giữa nhiễm Zika trước đó và tình trạng dengue sau này nghiêm trọng hơn.
• Ngày 15 tháng 7 năm 2021: Nghiên cứu MutB và MutC được đăng trực tuyến trên Nature Immunology.

Bài tổng quan năm 2018 liệt kê 13 thử nghiệm vắc-xin Zika đang diễn ra trên nhiều nền tảng, bao gồm vắc-xin mRNA, DNA và virus bất hoạt. Những con số này mô tả tình hình lĩnh vực vào thời điểm đó, không phản ánh trạng thái thử nghiệm hiện nay. Tương tự, các bài viết năm 2021 cho biết khi ấy chưa có vắc-xin Zika nào được phê duyệt; điều đó không xác định tình trạng pháp lý hiện tại.

Các phát hiện về MutB và MutC không cung cấp kết quả hiệu quả trên người, dữ liệu an toàn thai kỳ ở người hay lịch trình thử nghiệm lâm sàng. Nghiên cứu không nêu phiên điều trần trong tương lai, quyết định quản lý hay ngày bắt đầu thử nghiệm nào. Các đánh giá tiếp theo cần xem xét thời gian duy trì bảo vệ, tình trạng từng phơi nhiễm dengue, khả năng bảo vệ trong thai kỳ và liệu phản ứng kháng thể có còn thuận lợi khi cường độ thay đổi theo thời gian hay không.

Vì vậy, tiến bộ ở đây có phạm vi cụ thể: thay đổi có chủ đích kháng nguyên giúp duy trì khả năng bảo vệ khỏi Zika, đồng thời loại bỏ hiện tượng tăng cường nhiễm dengue có thể phát hiện trong các thí nghiệm trên chuột. Kết quả cung cấp bằng chứng cho một chiến lược thiết kế, trong khi những bước riêng biệt là đánh giá trên linh trưởng, thử nghiệm lâm sàng và thẩm định của cơ quan quản lý vẫn chưa được giải quyết.

Điểm chính

• MutB và MutC là vắc-xin vector AdC7 được thử nghiệm trên chuột, không phải vắc-xin mRNA được thử nghiệm trên khỉ rhesus.
• Một lần tiêm chủng bảo vệ chuột khỏi Zika và ngăn virus lây truyền có thể phát hiện đến mô thai nhi trong các thí nghiệm được báo cáo.
• Huyết thanh miễn dịch không cho thấy ADE với bất kỳ kiểu nào trong bốn kiểu huyết thanh dengue trong các điều kiện đã thử.
• Thiết kế vắc-xin thay đổi ba axit amin chủ chốt trong vòng dung hợp của protein E, đồng thời giữ lại các đích của kháng thể bảo vệ.
• Phân tích tế bào B và cấu trúc ủng hộ sự chuyển hướng khỏi các kháng thể liên quan đến hiện tượng tăng cường nhiễm dengue.
• Nghiên cứu được công bố ngày 15 tháng 7 năm 2021 và không xác lập tính an toàn hay hiệu quả ở người.