Baculovirus-based Vaccine Displaying Hemagglutinin of 2009 Pandemic Influenza Virus Elicits Broad Protective Immunity in Mice

Abstract

On April 2009, pandemic influenza A H1N1 virus (pH1N1) was first identified in North America and caused severe illness as well as death throughout the world. The widespread pH1N1 virus infection further emphasizes the need for novel vaccine strategies that are effective against emerging pandemic viruses and not dependent on the limitations of traditional egg-based technology. Due to its biosafety, low cytotoxicity, and adjuvant-free platform, baculovirus system has emerged as a fascinating vaccine tool. In this study, I produced a recombinant baculovirus, rBac-HA, that expresses full-length hemagglutinin of pH1N1 influenza virus (A/California/04/09) on the baculoviral envelope. I found that immunization with the rBac-HA via the intranasal route strongly induces systemic HA-specific IgG responses and high-titer hemagglutination inhibition (HI) antibodies specific for pH1N1 virus. Also, rBac-HA vaccination provided complete protection following homologous pH1N1 influenza virus (A/California /04/09) challenge. Recent studies have emphasized the role of HA stalk-specific antibodies that effectively neutralize wide spectrum of influenza viruses, as a result of homology between virus stains. rBac-HA-immunized mice exhibited high titer of HA stalk-specific antibodies, inferring potential of cross-protection. Indeed, rBac-HA vaccination provides cross-protective immunity against lethal doses of heterosubtypic challenge. Based on these results, I suggest that rBac-HA could be used as a broad-spectrum vaccine candidate against a variety of influenza virus infection.;2009년 4월, 북아메리카에서 처음 신종인플루엔자 A 바이러스(pH1N1)가 발견되었으며, 6월 세계보건기구(WHO)는 신종 인플루엔자를 전염병 최고단계인 팬더믹 (세계 대유행)으로 선포하였다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 2010년 8월 1일 기준으로 214개 국가에서 18,449명이 사망하였으며, 감염자 수는 전 세계적으로 최소 백만 명 이상이 될 것으로 추정되고 있다. 인플루엔자 바이러스의 확산 및 전염을 막는 가장 적극적인 방법은 인플루엔자 백신의 예방접종이다. 2009 신종인플루엔자를 경험하면서 드러난 기존 백신 제조 기술의 제한점들을 보완하기 위하여 효율적이며 신뢰성 있는 백신개발 필요성이 대두되어 다양한 접근방법이 시도되고 있다. 그 일환으로 최근에는 베큘로바이러스 발현시스템을 기반으로 한 백신 개발이 주목을 받고 있다. 곤충 세포주를 이용해 재조합단백질을 생산하는 베큘로바이러스 발현시스템은 생물학적으로 안전하고, 진핵 생물의 번역 후 조절과정을 거치며, 높은 효율과 대량생산이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 신종인플루엔자 (A/CA/04/09)의 hemagglutinin(HA)를 발현하는 재조합 베큘로바이러스 백신(rBac-HA)을 제조하였다. 비강 내로 rBac-HA 백신을 면역화시킨 마우스 그룹에서 HA에 특이적인 면역 글로불린 G가 강하게 유도되었으며, 2009 신종인플루엔자에 특이적인 혈구응집억제 항체 또한 높은 수준으로 유도되었다. 또한 치사량의 동형 바이러스감염에 대해 완벽한 방어능력을 보였다. 최근 연구에서는 광범위한 아형 및 바이러스주에 대해서도 방어능을 가진 HA stalk domain에 대한 중화항체가 많은 관심을 받고 있다. 비강을 통해 rBac-HA 백신으로 면역화된 마우스들은 광범위한 교차방어능을 갖는 HA stalk 특이적인 항체를 생성하였고, 치사량의 아형 바이러스 감염에 대해서도 높은 방어능력을 보였다. 이러한 연구결과는 인플루엔자 HA 단백질을 발현하는 재조합 베큘로바이러스 백신(rBac-HA)이 비강 내로 투여될 때 다양한 인플루엔자 아형에 대한 교차방어 능력을 유도할 수 있는 범용성 인플루엔자 백신 후보가 될 수 있음을 보여준다.