Antigen-independent Recruitment of lung-resident memory CD8 T cells following DNA vaccination

Abstract

Lung-resident memory CD8 T cells (TRM) are indispensable constituent for optimal protection against pulmonary virus infection. However, parenteral administration of DNA vaccine is generally not efficient to induce lung CD8 TRM cells. In this study, it was investigated whether intramuscularly administered DNA vaccine expressing the nucleoprotein (NP) induces lung TRM cells and provides protection against influenza B virus. The results show that DNA vaccination alone inefficiently generates lung TRM cells, and large number of effector memory CD8 T cells (TEM) entering the lungs of systematically immunized animals after infection fail to confer sufficient protection. However, efficient and antigen-independent recruitment of specific lung TRM cells are achieved by intranasal administration of a recombinant adenovirus expressing no antigen (rAd/mock) following DNA vaccination, which subsequently provided complete protection. Therefore, this novel ‘prime-deploy’ strategy could be applied for universal influenza vaccine targeting conserved NP antigen. ;인플루엔자 B 바이러스는 인플루엔자 A와 동일한 오르토믹소바이러스과(Orthomyxoviridae)를 이루는 속의 하나이며, 매년 유행하여 사람을 감염시킨다. 인플루엔자 바이러스에 감염 시 발열, 근육통, 두통, 인후통 등 전반적인 병감을 유발한다. 인플루엔자 B 바이러스는 A 바이러스와 같이 심각한 이환율과 사망률을 유발하고 청소년이나 어린 아이들의 사망을 유발할 가능성이 높다. 성인에서도 뇌염 및 소뇌 운동 실조증을 유발할 수 있어 인플루엔자 B 바이러스가 심각한 합병증을 유발할 수 있음을 시사한다. 현재 인플루엔자 B 바이러스의 두 계통을 모두 포함하는 4가 백신의 표적 항원은 HA 당단백질(glycoprotein)로 항원 변이(antigenic shift and drift)가 일어나 백신의 효능이 감소될 수 있다. 따라서 이에 독립적인 범용성 인플루엔자 백신이 필요하다. 본 연구에서는 체액성, 세포성 면역을 모두 유도하여 광범위한 면역 반응을 유도하는 DNA 백신을 제작하였고, 인플루엔자 B 바이러스의 핵 단백질(nucleoprotein, NP)를 백신 표적 항원으로 설계하여 그 효능을 평가하였다. 인플루엔자 바이러스의 핵 단백질(NP)은 음성 가닥 바이러스 RNA를 캡슐화하고 고도로 보존된 구조적 단백질로, 광범위한 CD8 T 세포 면역을 유도하는 것으로 알려져 있으며 인플루엔자 범용 백신의 항원 후보로 간주된다. NP 발현 DNA 백신은 근육 내 경로로 2회 반복투여 하였고 이후 혈청 항체 반응을 통해 DNA 백신이 매우 우수한 체액성 면역을 유도함을 보였다. 그러나 숙주에서 인플루엔자 B 감염에 대한 보호를 제공하지 못했으므로 폐 상주 기억 CD8 T 세포(tissue-resident memory T cell, TRM) 유도에는 비효율적임을 확인하였으며, 근육 내 투여된 백신에 한계가 있음을 입증하였다. 폐 상주 기억 CD8 T 세포(TRM)는 조직에 상주하면서 들어오는 병원체에 대해 즉시 반응하므로 폐 바이러스 감염에 대한 최적의 보호를 위한 필수적인 요인이며, 이 연구에서는 폐 상주 기억 CD8 T 세포를 유도하고 DNA 백신의 효능을 개선하고자 항원-비 의존적 국소 염증을 유발하는 ‘prime and deploy’ 전략을 새롭게 적용하였다. 이러한 항원-비 의존적 모집은 DNA 백신 면역 후 항원을 발현하지 않는 재조합 아데노 바이러스(rAd/mock)를 비강 내 경로로 투여하여 달성하였고, 후속적으로 인플루엔자 B 바이러스 감염에 대해 완전한 보호를 제공하였다. 본 연구에서는 ‘prime and deploy’ 전략을 통해 동종 항원 없이도 폐 조직으로 상주 기억 CD8 T 세포를 모집할 수 있음을 확인하였다. 이 전략은 현재 근육 내 경로로 투여되는 인플루엔자 백신의 한계를 극복하기 위해 적용될 수 있으며, 광범위한 바이러스 균주를 포괄하는 범용성 인플루엔자 백신으로 개발 가능함을 시사한다.