結核は.結核菌の感染によって引き起こされる慢性消耗性感染症であり.人間の健康と生命に深刻な脅威を与えている。世界保健機関（WHO）は.結核を効果的にコントロールできなければ.2000年から2020年の間に10億人が結核菌に感染し.2億人が結核病を発症し.3500万人が結核病で死亡すると推定している。結核菌の高い潜伏感染率とHIVとの同時感染が.結核の予防・診断・治療を非常に困難にしています。
BCGは.フランスの科学者Camille GuerinとAlbert Calmetteが.結核菌の強毒株を試験管内で長期間培養して開発した弱毒生ワクチンで.1921年からヒトに使用され.30億人以上が接種を受けています。現在もBCGは唯一の結核ワクチンとして発展途上国で広く使用されています。BCGは.小児の結核などの感染症予防に有効に役立つなど.結核予防に重要な貢献をしてきましたが.成人の結核に対するBCGの免疫防御率は0〜80％で.一般に40〜60％と大きな論争があるなど.多くの問題点があります。また.環境中のマイコバクテリアへの曝露やBCG接種の経験がある集団では.BCGが体の既存の免疫反応に阻害されて免疫不全となり.したがって.マイコバクテリアへの感染もBCG接種もない集団にのみBCGが有効であるという研究報告もあります。
したがって.結核菌の人体への影響とBCGワクチンの多くの問題点から.結核の新しいワクチンの開発は非常に急務である。
I. 結核ワクチンの研究戦略と進捗状況
現在.結核ワクチンの研究には.組み換えBCGワクチンの開発など既存のBCGワクチンを改良する方向と.サブユニットワクチン（タンパク質ペプチドやDNAワクチンを含む）の構築やウイルスベースのワクチンなど有効な新規ワクチンの開発という2つの大きな方向がある。
通常.結核ワクチンを1回接種しただけでは.十分な免疫防御が得られません。そのため.初回免疫に基づき.同一または異なるワクチンによるブースター免疫を行い.免疫力を高めることを目的とした戦略.すなわち初回ブースター免疫戦略が行われます。この戦略は.結核ワクチンの免疫効果を高めるために.特に成人の結核患者における免疫防御力を高めるために重要である。この戦略は.同種初回ブースター免疫戦略（同一ワクチンによる初回免疫とブースター免疫）と異種初回ブースター免疫戦略（異なるワクチンによる初回免疫とブースター免疫）に分けられる。異種混合初回ブースター免疫法は.同種混合初回ブースター免疫法よりも効率的に細胞性免疫反応を誘導することが報告されており.今後の結核ワクチン接種において最も望ましい方法であると考えられています。異種混合初回ブースター免疫戦略で適用される結核ワクチンには.主にDNAワクチンによる初回免疫とウイルスベクターワクチンによるブースター免疫.およびBCGワクチンによる初回免疫とサブユニットワクチンによるブースター免疫の2つの選択肢があります。これまで研究されてきた主な結核ワクチンは.リコンビナントBCGワクチン.タンパク質ペプチドワクチン.DNAワクチン.生ベクターワクチンです。
1. 1.遺伝子組換えBCGワクチン BCGは小児には安全で有効ですが.成人における免疫防御についてはより議論のあるところです。成人におけるBCGの免疫防御能を向上させることを目的として.研究者はBCGに結核免疫優位抗原や免疫賦活サイトカインをコードする遺伝子を導入して組み換えBCGワクチンを構築するなど.多くの研究を行い.BCGの免疫防御能を効果的に高めています。また.接種したBCGワクチンは貪食後ファゴソーム内に滞留しやすく不活性であるため.免疫細胞への刺激作用が弱まり.免疫反応の強さに影響を及ぼす。そこで.ファゴソームからのBCGの遊離を誘導する組換えBCGワクチンの構築も免疫力向上策の一つである。PfoAを発現する組み換えBCGワクチンが構築されており.PfoAはファゴソームの崩壊を誘導し.組み換えBCGを細胞質内に放出することでCD8+Tリンパ球への刺激作用を高め.細胞性免疫反応のレベルを向上させることができる。
しかし.組換えBCGの研究は.一般の細菌発現系がBCGの遺伝子発現にうまく機能しないという課題に直面しており.BCGの発現ベクター構築に大きな困難が伴っている。この問題を解決するために.結核菌遺伝子の転写・発現や.結核菌と他の細菌のプロモーターの違いを理解するための基礎となる.結核菌の転写シグネチャーに関する研究が多く行われています。結核菌プロモーターを含む発現ベクターで構築した組み換えBCGワクチンは.Ag85A, Ag85B, Ag85C, 6×103 early secretory target antigen protein (ESAT6) など一部の免疫優位抗原を効率よく発現させることができる。また.BCGにIFNやIL-12などのサイトカインを組換え発現させると.免疫応答レベルが向上するが.局所サイトカインが高すぎると.かえって生体に病的障害を与えるという知見もある。
現在臨床試験に入っている組み換えBCGワクチンは.Ag85Aワクチンの組み換え発現（r BCG 30）とListeria monocytogenes lysate, urease deficient BCGの組み換え発現（VPM 1002）c9]です。r BCGワクチンVPM 1002は米国での第I相臨床試験を終了し.開発者はこのワクチンが良好な免疫寛容性と免疫原性を有することを示しましたが.まだ心強い結果は出ていません。
2. 2. タンパク質ペプチドワクチン タンパク質ペプチドワクチンは.安全性が高いだけでなく.CD4+ Th1細胞やCD8+細胞傷害性Tリンパ球の活性化を特異的に誘導でき.より理想的なワクチン形態のひとつと言えます。その開発には.抗原の選択とアジュバントの適用が決定的な役割を果たすと考えられる。
ワクチン候補として用いられるタンパク質またはペプチドは.ヒトTリンパ球認識エピトープを含む免疫優性抗原から選択され.主に結核菌の分泌タンパク質や細胞壁成分.例えばESAT-6.Ag85.MTB39.MTB32などが使用されます。単一の抗原では抗原スペクトルが狭いため.有効な免疫防御を引き出すには不十分であり.複数の抗原を混合または融合発現させることがワクチンの免疫防御能を向上させる方策である。融合タンパク質は.複数の抗原の混合よりも効果的に免疫防御を誘導することが研究で示されていますが.そのメカニズムは不明で.抗原の安定性のほか.取り込みや送達効率に関係している可能性があります。また.他の研究では.複数の抗原の間で競合が起こり.それによってワクチンの免疫原性や免疫防御能が低下する可能性が示されています。したがって.多成分抗原ワクチンを設計する際には.単一抗原と混合抗原の免疫効果を別々に検討することが必要である。
タンパク質ペプチドワクチンは.所望の免疫反応を誘導するために有効なアジュバントが必要であり.アジュバントが異なれば異なるタイプの免疫反応を引き起こすことができる。したがって.適切なアジュバントを見つけることは.タンパク質ペプチドワクチンの開発において取り組むべき重要な課題である。関連する研究では.細菌毒素.サイトカイン.リポソーム.CpG DNAなどが実験動物で良好な免疫増強効果を示すなど.一定の進展が見られている。
現在臨床試験中のペプチドワクチンは.IC31をアジュバントとしたAg85BとESAT-6混合ペプチド（Hybrid 1-IC31）.CAF01をアジュバントとしたAg85BとESAT-6混合ペプチド（Hybrid1-CAF01）.MTB39とMTB32融合タンパク質（M72）.Ag85BとTB10. 4（Hybrid 4/AERAS 404-IC31）.いずれもブースターワクチンとして使用され.アジュバントの併用により.これらのワクチンの免疫効果を高めることが期待されています。M72ワクチンの臨床試験による予備結果は.成人において安全かつ有効であり.副作用も穏やかで.免疫応答は6 免疫応答は6ヶ月間持続することが示唆されています。
3. DNAワクチン DNAワクチンは.抗原タンパク質をコードする組換えプラスミドベクターを宿主に導入し.宿主細胞の発現系を通じて抗原タンパク質を合成し.その抗原に対する免疫を獲得させることにより.疾病予防・治療を目的としたワクチンです。DNAワクチンは.様々なウイルス.細菌.寄生虫などの病原体に対する免疫防御や.動物モデルでの結核に対する免疫防御を誘導することができます。CD4+およびCD8+Tリンパ球の免疫反応です。
このワクチンの利点は
(i）細胞内に生成された抗原は.主要組織適合性複合体（MHC）クラスIおよびII分子によって容易に提示され.CTLおよびThを活性化する。
②免疫反応の持続性が高い。
安定で.調製や保存が容易である。
ベクターに対する免疫反応を誘導しないため.繰り返しブースター免疫に使用できる。
免疫不全の宿主に使用しても安全である。また.本DNAワクチンはCD4+Tリンパ球欠損マウスにおいて優れた防御効果を示し.HIV陽性の結核感受性高アセアン集団における免疫戦略の参考となるものである。
DNAワクチンはアジュバントなしで投与できるが.アジュバントはDNAワクチンの免疫効果を著しく向上させ.ワクチン投与量や投与回数を減らすことができる。タンパク質ペプチドワクチンに使用されるほぼすべてのアジュバントがDNAワクチンで試用され.一定の成果を上げている。
ESAT-6, Ag85A/B, Mtb 8.4, Mtb 41, MPT 39, MPT 63, MPT 64, MPT 83, hsp65などいくつかの結核DNAワクチンを用いて.マウスに有効な免疫防御を誘導することができた。しかし.DNAワクチンの防御効果は.同じ実験条件下では一般にBCGワクチンの50～80％に過ぎず.複数のDNAワクチンの併用や複数の抗原の発現ベクターの構築により.その防御能を向上させることができる。また.大型哺乳類に対するDNAワクチンの免疫原性は一般に低く.これはおそらく生体内でのプラスミド導入効率が低いためと考えられる。ベクターとしてin vivo電気ショック.無毒性細菌.ウイルスなどの方法を用いることで.免疫原性を高めることができる。
4.ライブベクターワクチン：ライブベクターワクチンは.生体にとって安全な微生物をキャリアとして用い.生体内で結核特異的抗原を持続的に発現させるもので.経済性と効率が高いという利点があり.さらにライブベクターには一定のアジュバント効果もあります。一般的に使用されるライブベクターは.ポックスウイルスベクター.アデノウイルスベクターなどです。これらのワクチンは通常.Tリンパ球の免疫反応を強化するためのブースター免疫に使用されます。生ベクターワクチンの欠点は.身体の既存の免疫反応によって免疫抗原反応が妨げられ.ワクチンの効力が弱くなることである。
現在.臨床試験中の生ウイルスベクターワクチンには.Ag85を発現する組換えアンカラポックスウイルスベクターワクチンA（OxfordMVA85A/AERAS 485）.Ag85A.Ag85BおよびTBlO.4を発現する複製欠損アデノウイルスベクター35ワクチン（AERAS 402/CruRAS 485）がある。(オックスフォードMVA85A/AERAS 485は.異なる集団において良好な安全性と免疫原性が示されています。AERAS 402/Crucell Ad35は.重大な副作用なしにCD4+/CD8+ T-リンパ球応答を誘発します。
5. その他の結核ワクチン：熱不活化Mycobacterium mare（M-vaccae）は.環境マイコバクテリア由来のワクチンで.結核菌の抗原を多く含んでいます。タンザニアでBCGワクチンを接種したHIV感染者を対象とした第III相臨床試験が終了しています。M. smegmatisワクチンは.結核菌と抗原を共有するM. smegmatis の全細胞抽出物で.中国医薬生物製品管理研究所が開発したものである。
また.BCG 変異株はファゴソームの成熟を抑制する一定の効果があり.より効果的に抗原処理と提示を行い.免疫防御を強化することができる。Callewaertらは.BCG変異株を構築し.マウスにおいてBCGよりも優れた免疫防御能を有し.高い安全性を有することを明らかにした。
II. 結核ワクチン開発の問題点
1. 免疫防御に関する検出指標がないこと。市販されているほとんどのワクチンの臨床的防御能は.代替エンドポイント.例えばワクチン誘発抗体のレベルを検出して.ワクチンの免疫防御能を判定することができますが.結核ワクチンの免疫防御能に関連する指標は見つかっていません。CD4+やCD8+などのTリンパ球が結核感染や免疫後に様々な種類のサイトカインを産生することが研究で確認され.近年では新しい免疫測定技術により.特定のサイトカインを分泌するTリンパ球の反応を特定し定量化することができるようになりましたが.これらの研究では特定の細胞やサイトカインの反応と自然感染や免疫防御の間に相関関係が見いだされることはありませんでした。
適切な動物モデルの欠如。同じ結核ワクチン候補でも動物モデルによって評価が異なり.Reedらは.結核特異的抗原がマウスやモルモットでは良好な免疫を獲得したが.ヒト以外の霊長類では失敗したことを明らかにしています。したがって.既存の動物モデルでは.免疫保護効果のある結核ワクチンが.ヒトでの良好な免疫保護効果を保証するものではないことが確認されています。
3. 3. 結核の経済的.高感度.特異的な診断方法の欠如。結核ワクチンの有効性は.臨床的なエンドポイントに基づいて検証される。現在.結核の臨床診断法としては.ツベルクリン皮膚テストや細菌培養が広く用いられているが.これらの方法は特異性が低く.潜伏感染を検出できないという欠点がある。蛍光定量PCRという診断法は感度は高いが潜伏感染を検出できない。IFN-γ in vitro release testはこの問題を有効に解決できるが.主に途上国で流行する結核の費用が高いため普及は限定されている。したがって.ワクチンの臨床的防御能を評価するためには.経済的で高感度かつ特異的な結核の診断法の構築が必要である。
4. 4. HIV感染症 すべてのワクチン開発において.結核のリスクも高いHIV感染者集団における安全性と有効性が重要な課題となっています。WHOは.少なくとも世界で600万人が結核とAIDSの両方を患っていると推定しており.アフリカのいくつかの国では.結核がAIDS患者の主な死因になっています。BCGワクチンの接種により.これらの人々が感染する可能性があり.大きな不安があるため.新しい結核ワクチンの開発にとって.もう一つの大きな課題となっています。
III. 今後の展望
近年.HIV感染.免疫抑制剤の普及.多剤耐性結核の蔓延.高齢化などにより結核の発生率.死亡率が大幅に回復し.結核の予防.診断.治療が非常に困難になってきている。天然痘撲滅の成功は.ワクチンが感染症の完全撲滅に有効であることを示唆しており.WHOは新しい結核ワクチンの研究の進展に基づき.2050年までに結核を世界から完全に撲滅する（100万人あたり1例以下）目標を掲げている。2009年には少なくとも6種類の結核ワクチン候補が第I相臨床試験を完了し.現在3種類のワクチンが第II相臨床試験中で.そのほとんどがBCGのブースターワクチンとして開発されています。WHOは.2014年から2015年の間に新しい結核ワクチンが販売承認されると推定しており.ワクチンが利用可能になった後.迅速に高いカバー率を達成するという目標を達成するために.十分な財源と製品を準備することを望んでいます。また.プロテオミクスだけでなくゲノミクスの発達により.結核菌の病原性や感染に対する免疫反応の理解も進んでおり.人の健康を脅かす深刻な結核に対処するため.より費用対効果の高い結核ワクチンの研究に理論的根拠を与えることができます。