Immunogenicity and protective efficacy of a dual subunit vaccine against respiratory syncytial virus and influenza virus

Abstract

Respiratory Syncytial virus (RSV) and influenza virus are two of the most significant pathogens causing respiratory tract infections. RSV possesses three surface membrane proteins. Of the three, the G protein functions as an attachment protein and elicit neutralizing antibody responses during RSV infection. Influenza virus also possess three surface membrane proteins. Of the three, hemagglutinin is a major immunogen which is important for the induction of neutralizing antibody responses during influenza virus infection. Composite vaccines are advantageous because they can reduce the frequency of vaccination and confer protection against multiple infectious agents. In the present study, we generated a fusion protein consisting of RSV G protein core fragment (amino acid from 131 to 230) and influenza HA1 globular head domain (amino acid from 76 to 284) as a dual vaccine candidate. This fusion protein, Gcf-HA1, was expressed in Escherichia coli, purified by metal resin affinity chromatography, and refolded in PBS. BALB/c mice were then immunized intranasally with Gcf-HA1 in combination with a mucosal adjuvant, cholera toxin (CT). Following immunization, we observed that both Gcf- and HA1-specific serum IgG and mucosal IgA levels were significantly increased in Gcf-HA1/CT immunized group. Also, when immunized mice are challenged with 1x106 pfu of RSV (A2 strain) or 5x lethal doses (LD50) of influenza virus (A/PR/8/34), we observed significant reduction in the lung virus titers and lung immunopathology in Gcf-H1/CT immunized mice. Overall, our results demonstrate intranasal Gcf-HA1/CT immunization confers protection against both RSV and influenza virus infections, highlighting the potential of Gcf-HA1 as a dual subunit vaccine candidate against RSV and influenza virus.;호흡기 세포 융합 바이러스 (Respiratory syncytial virus) 및 인플루엔자 바이러스 (influenza virus)는 호흡기 감염을 일으키는 중요한 병원체이다. 호흡기 세포 융합 바이러스에 감염되면 가벼운 증상이 나타나지만 영유아 또는 면역저하자, 노인 연령층에서 중증 감염을 유발 할 수 있다. 하지만 아직까지 호흡기 세포 융합 바이러스에 대해 효과적이고 안전하게 사용 할 수 있는 허가 받은 백신이 없다. 또한 인플루엔자 바이러스는 계절마다 수 천에서 수 만 명이 사망하는 유행성 감염을 전 세계적으로 유발시킨다. 호흡기 세포 융합 바이러스에는 F, G, SH 세 가지 표면의 막 단백질이 존재한다. 이 중에서 G 단백질은 부착 단백질로서 호흡기 세포 융합 바이러스가 감염 되었을 때 중화항체 반응의 유도에 중요한 면역원이다. 그리고 인플루엔자 바이러스는 HA, NA, M2 세 가지 표면 막 단백질이 존재하는데 인플레인자 바이러스에 감염 시 중화 항체 반응을 유도한다. 본 연구에서는 중요한 두 개의 호흡기질환 바이러스인 호흡기 세포 융합 바이러스와 인플루엔자 바이러스를 동시에 방어 할 수 있도록 하기 위하여 복합 백신(composite vaccine) 후보 물질을 개발하였다. 복합 백신은 예방 접종의 빈도를 줄여서 여러 병원체를 한 번에 방어 할 수 있는 장점이 있다. 복합 백신을 개발하기 위해서 호흡기 세포 융합 바이러스의 G 단백질 조각 (아미노산 131-230)과 인플레인자 바이러스의 HA1 단백질 조각 (아미노산 76-284)의 융합단백질을 표적으로 하여 박테리아에서 발현 시킨 단백질을 정제해 백신으로 이용하였다. 이렇게 만든 백신 후보물질을 면역 보조제 콜레라 독소와 함께 마우스에 비강 경로로 투여하여 면역을 유발시켰다. 면역이 유도된 그룹에서 G와 HA에 대한 면역 글로불린 쥐와 면역 글로불린 에이가 크게 증가 된 것을 관찰하였다. 또한 면역이 유도된 마우스에서 호흡기 세포 융합 바이러스 또는 인플루엔자 바이러스를 감염시킨 결과 폐에서 면역 병리가 감소를 함을 관찰하였다. 이러한 연구 결과는 호흡기 세포 융합 바이러스 G 단백질과 인플루엔자 HA 단백질을 발현하도록 만든 제조한 백신으로 면역 보조제와 함께 비강으로 투여하였을 때 호흡기 세포 융합 바이러스와 인플레인자 바이러스, 두 병원체를 동시에 방어 할 수 있는 복합 백신으로 사용할 수 있는 후보가 될 수 있음을 보여준다.