Single Intranasal Immunization with Recombinant Adenovirus-Based Vaccine Induces Protective Immunity against Respiratory Syncytial Virus Infection

Abstract

Respiratory syncytial virus (RSV) is a negative sense single strand RNA virus in the Paramyxoviridae family that is a major cause of severe lower respiratory tract disease in infancy and early childhood. RSV also causes recurrent reinfection, which are a main health concern in immunocomprised patients and the elderly. Moreover, RSV lower respiratory tract disease is followed by recurrent episodes of wheezing in a considerable population of children. Despite its importance as a pathogen there is no licensed vaccine against RSV. Here, I have constructed a recombinant replication-deficient adenovirus-based vaccine, rAd/3xG and rAd/Fco, expressing the soluble core domain of G glycoprotein (amino acid residues 130-230) or extracellular domain of F glycoprotein (amino acid residues 155-524), respectively. A single intranasal immunization of mice with rAd/3xG or rAd/Fco provided potent protection against RSV challenge. Strong serum IgG and mucosal IgA responses were induced by single intranasal immunization with rAd/3xG. Moreover these immune responses were elicited even in the presence of anti-adenovirus antibodies and lasted more than 10 weeks that provided long term protection against RSV. Interestingly, neither IFN-γ nor IL-4-producing CD4 T cells directed to I-Ed-restricted epitope were detected in the lungs of rAd/3xG-immune mice upon challenge, whereas priming of recombinant vaccinia virus expressing RSV G (vvG) elicited strong CD4 T-cell response. Lung eosinophilia and vaccine-induced weight loss were significantly lower in rAd/3xG-immune group than vvG-primed group. In contrast with rAd/3xG, rAd/Fco only induced mucosal IgA and its protective efficacy is lower than that of rAd/3xG. For enhancing protective efficacy of vaccine, I immunized mice with the mixture of recombinant adenovirus containing rAd/3xG, rAd/Fco and another recombinant adenoviruses expressing RSV M2 protein. This mixed vaccine has more efficient protective ability against RSV challenge than rAd/3xG or rAd/Fco alone. Together, my data demonstrate that a single intranasal administration of recombinant adenovirus-based vaccine expressing RSV proteins elicits beneficial protective immunity and represents a promising vaccine regimen against RSV infection.;Respiratory syncytial virus (RSV)는 전 세계적으로 영 유아의 하부 호흡기 질환을 일으키는 주요 원인 병원체로 면역력이 저하된 환자나 노인에게도 감염되어 심각한 호흡기 질병을 앓게 한다. 또한 영아기의 RSV 감염은 추후에 폐기능 저하와 천식을 유발시킬 수 있다는 점에서 그 심각성이 크다. 이렇게 RSV에 의해 야기되는 질병의 심각성에도 불구하고 아직 RSV에 대해 허가 받은 백신은 전무한 상태이다. 우리는 각각 RSV G 단백질 조각 (아미노산 잔기 130-230) 또는 RSV F 단백질 (아미노산 잔기 155-524) 을 발현하는 재조합 복제불능 아데노 바이러스 백신, rAd/3xG 와 rAd/Fco를 제작하였다. rAd/3xG와 rAd/Fco 는 한번의 면역화를 통해 RSV 감염 시 RSV 복제에 대한 효과적인 방어를 나타내었다. rAd/3xG를 한번 면역화함으로써 매우 높은 혈청 IgG와 호흡기 점막 IgA를 유도할 수 있었다. 더욱이 이것은 아데노 바이러스에 대한 항체가 존재할 때에도 동일하게 유도되었으며 10주 이상까지 지속되어 RSV의 감염에 대한 장기간 방어 능력을 보여주었다. RSV G 단백질 아미노산 서열 183 에서 195까지 의 I-Ed-restricted immunodominant epitope 에 의해 나타나는 CD4 T 세포는 면역병리를 일으킨다고 알려져 있다. 흥미롭게도 RSV G 단백질을 발현하는 재조합 vaccinia virus (vvG)에 의해서는 이러한 CD4 T 세포가 강하게 유도되는 반면 rAd/3xG로 면역화하고 RSV로 감염시켰을 때에는 전혀 유도되지 않았다. 또한 vvG로 면역화 시킨 그룹과 비교할 때 rAd/3xG로 면역화 시킨 그룹은 백신으로 인한 몸무게 감소나 폐의 호산구증을 보이지 않았다. rAd/3xG와는 대조적으로 rAd/Fco는 호흡기 점막 IgA만을 유도하였고 이것의 방어효율은 rAd/3xG보다 낮았다. 더 적은 양의 백신으로 방어효율을 높이기 위해서 우리는 각각 1x10^(7) PFU 의 rAd/3xG, rAd/Fco 그리고 M2 단백질을 발현하는 아데노바이러스 백신, rAd/M2를 섞은 혼합백신을 만들어 방어효율을 조사하였다. 그 결과 이 혼합백신은 rAd/3xG 나 rAd/Fco를 단독으로 면역화시켰을 때보다 더 좋은 방어효율을 보였다. 이러한 결과들은 RSV 단백질을 발현하는 재조합 복제불능 아데노 바이러스 백신이 매우 유망한 RSV 백신 후보가 될 수 있음을 보여준다.