摘要：結核病作為全球重大公共衛生挑戰，每年導致超百萬人死亡。目前唯一獲批的 BCG 疫苗對成人肺結核保護效果有限，因此新型疫苗研發迫在眉睫。本文系統綜述了過去 25 年進入臨床試驗的結核病候選疫苗在小鼠模型中的療效表現，分析了宿主遺傳學、接種途徑和結核分枝桿菌株對疫苗效果的影響。研究發現，活減毒疫苗如 VMP1002 和 MTBVAC 在多種小鼠品系中表現出優于 BCG 的保護效果，亞單位疫苗與 BCG 聯合使用可增強免疫應答，而載體疫苗的鼻內接種途徑能顯著提升保護效力。文章強調了標準化小鼠模型在疫苗篩選中的重要性，并展望了基于遺傳多樣性模型和新型技術平臺的疫苗開發方向，為結核病疫苗的臨床轉化提供了關鍵參考。

一、結核病的全球挑戰與 BCG 疫苗的局限性（一）結核病：持續肆虐的致命傳染病

結核病（Tuberculosis, TB）至今仍是威脅人類健康的主要傳染病之一，全球約 25% 的人口曾感染結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）。2023 年數據顯示，全球新增結核病患者 1080 萬例，死亡 130 萬例，其中耐藥結核分枝桿菌的傳播進一步加劇了防控難度。結核分枝桿菌通過空氣飛沫傳播，主要侵襲肺部形成肺結核，也可播散至全身各器官。約 5%-10% 的潛伏感染人群會發展為活動性結核病，若未及時治療，超過半數患者將死亡。

（二）BCG 疫苗：百年經典的成就與不足

1921 年問世的卡介苗（Bacille Calmette-Guérin, BCG）是目前唯一獲得世界衛生組織（WHO）批準的結核病疫苗。這款活減毒牛分枝桿菌疫苗對兒童結核性腦膜炎和播散性結核病有良好保護作用，但對青少年和成人的肺結核保護效果差異顯著，保護率從 0% 到 80% 不等。BCG 的局限性與其免疫原性不足、宿主免疫背景差異及環境分枝桿菌的干擾有關。研究表明，BCG 的保護效力受疫苗株亞型、宿主遺傳因素和接種途徑影響，例如皮內接種雖能誘導系統性 T 細胞反應，但難以在呼吸道局部產生持久的免疫記憶細胞。

（三）新型疫苗研發的迫切需求

為突破 BCG 的局限，過去 30 年研發了多種類型的結核病候選疫苗，包括活減毒疫苗、亞單位疫苗、病毒載體疫苗和全細胞滅活疫苗等。自 2002 年以來，多個候選疫苗進入臨床試驗，但多數未能在保護效力上顯著超越 BCG。臨床試驗的高成本和長周期促使研究者尋求更有效的臨床前評估模型，而小鼠模型因其操作簡便、成本可控和免疫機制與人類相似，成為結核病疫苗研發中最常用的動物模型。

二、小鼠模型：結核病疫苗研究的關鍵工具（一）小鼠模型的優勢與挑戰

小鼠作為結核病疫苗研究的首選模型，具有遺傳學背景明確、免疫工具豐富和實驗周期短等優勢。不同小鼠品系對結核分枝桿菌的易感性差異顯著：C57BL/6 和 BALB/c 品系相對耐藥，而 CBA、DBA/2 和 C3H 品系更為敏感。近年來開發的協作雜交（Collaborative Cross, CC）和多樣性遠交（Diversity Outbred, DO）小鼠，通過整合多種遺傳背景，能更好模擬人類群體的遺傳多樣性，為研究宿主基因對疫苗效果的影響提供了新工具。

然而，小鼠模型也存在局限性：結核分枝桿菌并非小鼠的天然病原體，其肺部病理改變與人類肺結核存在差異，且低劑量感染通常不引起致死性疾病。因此，合理選擇小鼠品系、感染菌株和評估時間點，對準確預測疫苗的臨床效果至關重要。

（二）實驗參數對疫苗評估的影響

1. 宿主遺傳學的決定性作用
   研究表明，BCG 在不同小鼠品系中的保護效果差異顯著：在 DBA/2 小鼠中，鼻內接種 BCG 對 H37Rv 株的保護效果可達 Δlog?? CFU -1.9，而在 129/S2 小鼠中，皮下接種 BCG 對臨床株的保護效果幾乎為零。DO 小鼠中，BCG 的保護效果波動范圍達 Δlog?? CFU -4.0 至 + 2.5，充分體現了遺傳多樣性對疫苗反應的影響。這種差異與宿主免疫相關基因如 Nrampl 和 Tlr 的多態性密切相關。

2. 接種途徑與免疫應答類型
   接種途徑影響疫苗的免疫原性和保護效力。靜脈（IV）和鼻內（IN）接種 BCG 在早期（<60 天）能誘導更強的保護效果，而皮下（SC）接種在后期（>60 天）保護效力下降明顯。鼻內接種可優先激活呼吸道黏膜免疫，誘導肺部駐留記憶 T 細胞，這對肺結核的預防至關重要。

3. 結核分枝桿菌株的致病性差異
   實驗室株 H37Rv 和 Erdman 常用于疫苗評估，而臨床分離株如北京株、K 株和 HN878 株具有更強的致病性和免疫逃逸能力。例如，北京株感染時，BCG 的保護效果明顯低于 H37Rv 株感染。使用臨床株進行疫苗評估，能更真實反映自然感染情況，為篩選高潛力候選疫苗提供更嚴格的挑戰模型。

由于實驗參數的多樣性，不同研究間的疫苗效果難以直接比較。本文通過系統整合 200 余項研究數據，發現標準化模型參數（如使用 BALB/c 和 C57BL/6 品系、H37Rv 株氣溶膠感染、60 天后評估肺部 CFU）可提高數據可比性。未來研究需進一步明確最佳評估模型，以減少臨床前研究與臨床試驗結果的偏差。

三、臨床候選疫苗在小鼠模型中的療效評估（一）活減毒疫苗：BCG 的改良與超越

1. VMP1002：重組 BCG 的突破
   VMP1002 是刪除 ureC 基因并表達李斯特菌溶血素的重組 BCG 株，在 9 項小鼠研究中表現出優異的保護效果。BALB/c 小鼠中，靜脈接種 VMP1002 對北京株的保護效果可達 Δlog?? CFU -2.0，顯著優于 BCG。其優勢在于增強了抗原呈遞和 Th1 型免疫應答，且在后期（200 天）評估中保護效力持續維持，克服了 BCG 長期保護不足的缺陷。

2. MTBVAC：新型活減毒結核分枝桿菌疫苗
   MTBVAC 是刪除 phoP 和 fadD26 基因的活減毒結核分枝桿菌株，在 C3H/HeNRJ 小鼠中，皮下接種 MTBVAC 對北京株的保護效果達 Δlog?? CFU -1.0。與 BCG 相比，MTBVAC 保留了更多結核分枝桿菌抗原，能誘導更廣泛的 T 細胞反應，但其在 C57BL/6 小鼠中的效果僅與 BCG 相當。

3. AERAS-422：BCG 的增強型變體
   AERAS-422 是表達額外免疫原的重組 BCG 株，在 C57BL/6 小鼠中，高劑量（100-200 CFU）HN878 株感染時，皮下接種 AERAS-422 的保護效果為 Δlog?? CFU -0.4，略優于 BCG，但對低劑量感染的保護效果不顯著。

全細胞滅活疫苗如 DAR-901、MIP-Immuvac 和 RUTI 主要用于治療性疫苗研究。DAR-901（熱滅活非結核分枝桿菌 M. obuense）與 BCG 聯合使用時，1mg 劑量可使 C57BL/6 小鼠的肺部 CFU 減少 Δlog?? 0.4，但高劑量（2.5mg）未進一步提升效果。MIP-Immuvac 在 CBA 小鼠中，皮下接種對高劑量 Erdman 株的保護效果達 Δlog?? CFU -0.8，但在 BALB/c 小鼠中效果不佳。全細胞疫苗的保護效力通常低于活減毒疫苗，可能與其抗原提呈效率較低有關。

（三）亞單位疫苗：精準抗原與佐劑的協同

亞單位疫苗通過組合結核分枝桿菌抗原與高效佐劑，實現了對 BCG 的部分超越：

1. ID93/GLA-SE：TLR 激動劑佐劑的應用
   ID93 是包含 Rv2660c、Rv1192 和 Rv0125 的融合蛋白，與 GLA-SE（TLR4 激動劑佐劑）聯合使用時，在 C57BL/6 小鼠中，肌肉或皮下接種對 H37Rv 株的保護效果達 Δlog?? CFU -0.5。其優勢在于誘導強烈的 Th1 和 Th17 細胞反應，但對 K 株等強毒株的保護效果有限。

2. H107：BCG 的強力 booster
   H107 是包含多種結核抗原的亞單位疫苗，與 BCG 聯合使用時效果顯著：在 CB6F1 小鼠中，順序接種 BCG 和 H107 對 Erdman 株的保護效果可達 Δlog?? CFU -1.5，且后期（126 天）評估中保護效力持續增強。單獨使用 H107 的保護效果有限，提示其作為 BCG 增強劑的潛在價值。

3. M72/AS01E：重組蛋白與脂質體佐劑的組合
   M72 是包含 ESAT-6 和 CFP-10 抗原的融合蛋白，與 AS01E 佐劑（MPL 和 QS21 脂質體）聯合使用時，在 C57BL/6 小鼠中，肌肉接種對 H37Rv 株的保護效果僅 Δlog?? CFU -0.1，但 BCG prime-M72 boost 方案可輕微提升保護效力。

載體疫苗利用病毒載體高效遞送抗原，誘導強烈的細胞免疫：

1. Ad5Ag85A：腺病毒載體的黏膜免疫優勢
   Ad5Ag85A 是表達 Ag85A 抗原的腺病毒 5 型載體，鼻內接種在 BALB/c 小鼠中表現出卓越效果：對高劑量（10 萬 CFU）H37Rv 株的保護效果達 Δlog?? CFU -2.0，且與 DNA prime-Ad5 boost 方案聯合使用時，保護效力進一步增強。鼻內接種可優先激活呼吸道黏膜免疫，產生大量肺部駐留記憶 T 細胞，這是其優于肌肉接種的關鍵。

2. ChadOxMVA85A： chimpanzee 腺病毒與痘病毒的聯合
   ChadOxMVA85A 是表達 Ag85A 的 chimpanzee 腺病毒和改良痘苗病毒安卡拉株（MVA）的聯合疫苗。BALB/c 小鼠中，BCG prime-ChadOxMVA85A boost 方案對 H37Rv 株的保護效果達 Δlog?? CFU -0.5，鼻內接種效果優于皮內接種。

3. MVA85A：痘病毒載體的單次接種潛力
   MVA85A 是表達 Ag85A 的 MVA 載體，在 C57BL/6 小鼠中，鼻內接種 BCG + MVA85A 對 H37Rv 株的保護效果達 Δlog?? CFU -1.5，但單獨使用 MVA85A 的效果有限，提示其作為 BCG 增強劑的應用前景。

1. 宿主遺傳學的主導地位
   無論是 BCG 還是新型候選疫苗，宿主遺傳背景都是決定保護效果的最主要因素。DO 小鼠中，疫苗效果的廣泛變異反映了人類群體中可能存在的響應差異。未來疫苗開發需考慮基因多態性，針對不同人群設計個性化疫苗方案。

2. 疫苗類型與接種策略的優化
   活減毒疫苗在長期保護上表現優異，尤其是 VMP1002 和 MTBVAC 在多種品系中的一致性優勢，提示其作為 BCG 替代疫苗的潛力。亞單位疫苗與 BCG 聯合使用（如 H107）或采用 prime-boost 策略（如 DNA - 腺病毒聯合）可顯著增強效果。載體疫苗的鼻內接種途徑能誘導高效黏膜免疫，是未來呼吸道傳染病疫苗的重要方向。

3. 感染模型的標準化需求
   結核分枝桿菌株的致病性差異（如北京株 vs. H37Rv）和評估時間點（早期 vs. 后期）顯著影響疫苗效果評估。使用臨床分離株和延長評估時間（>60 天）能更嚴格篩選出具有持久保護力的候選疫苗。

1. 基于系統生物學的疫苗設計
   整合轉錄組學、代謝組學和蛋白質組學數據，解析疫苗誘導的免疫網絡，可指導抗原組合和佐劑設計。例如，ID93/GLA-SE 的開發即基于對保護性抗原的系統篩選。

2. 人工智能輔助候選疫苗篩選
   機器學習可預測抗原表位和佐劑活性，加速疫苗開發進程。例如，通過結構 - 活性關系分析設計高親和力的 TLR 激動劑佐劑，提升亞單位疫苗的免疫原性。

3. mRNA 疫苗平臺的應用
   新興的 mRNA 疫苗技術已應用于結核病疫苗研發（如 BNT164a1 和 BNT164b1），其優勢在于快速制備和靈活的抗原表達，未來有望在小鼠模型中展現優異效果。

當前小鼠模型與人類臨床試驗結果的不一致性，是疫苗研發的主要障礙。建議采用以下策略提升轉化效率：

• 多模型組合評估：同時使用 C57BL/6、BALB/c 和 DO 小鼠，覆蓋不同遺傳背景。

• 模擬人類感染場景：使用臨床分離株、氣溶膠感染途徑和長期（>6 個月）評估。

• 免疫相關標志物研究：鑒定與保護效果相關的免疫指標（如肺部駐留記憶 T 細胞），替代傳統的 CFU 計數。

小鼠模型為結核病疫苗研發提供了不可或缺的評估工具，本文系統分析了 22 種臨床候選疫苗的表現，揭示了宿主遺傳學、疫苗類型和接種途徑的關鍵影響。活減毒疫苗 VMP1002 和 MTBVAC、亞單位疫苗 H107 以及鼻內接種的 Ad5Ag85A 展現出超越 BCG 的潛力。未來研究需聚焦標準化模型建立、遺傳多樣性整合和新型技術應用，以加速高效結核病疫苗的臨床轉化，為終結全球結核病流行提供有力武器。

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