《自然》子刊:自组装三聚体重组蛋白疫苗有效预防新冠肺炎变异体感染

来源：STTT学术前沿2022-09-27 17:08

由新型冠状病毒新型冠状病毒引起的新冠肺炎疫情仍在全球肆虐。世界卫生组织发布的最新数据显示，截至2022年9月16日，全球新冠肺炎确诊病例总数已超过6.08亿，死亡人数超过650万[1]。

由新型冠状病毒新型冠状病毒引起的疫情仍在全球肆虐。世界卫生组织发布的最新数据显示，截至2022年9月16日，全球新冠肺炎确诊病例总数已超过6.08亿，死亡人数超过650万[1]。最新的奥米克隆(B.1.1.529)已经迅速超过德尔塔，成为主要的新型冠状病毒品种[2]。

奥米克隆具有较高的传播率和逃逸能力，在接种人群中也可导致突破性感染。因此，有必要开发新一代针对奥米克隆变异体的新型冠状病毒疫苗。

中国医学科学院中国协和医科大学华西医院国家生物治疗中心魏/桂/宋功荣团队、中国医学科学院中国协和医科大学彭/吕帅尧团队在Nature Communications journal上发表了题为《一种自组装三聚体蛋白疫苗引起针对omicron变异体的保护性免疫》的原创性研究论文[3]。

研究小组开发了一种名为RBD-HR/三聚体的亚单位疫苗，可以有效防止小鼠和非人灵长类动物感染包括奥米克隆在内的新型冠状病毒变异体。它是变体(包括L452R和T478K)的RBD序列与来自新型冠状病毒S2亚基的HR1和HR2序列直接串联的自组装三聚体。体内实验表明，三聚体疫苗接种引发了持续和强烈的体液和T细胞免疫反应，产生了高水平的针对Omicron变体的广谱中和抗体。

新冠肺炎的刺突蛋白(S蛋白)负责病毒受体识别和膜融合。它是重要的疫苗靶点，刺激中和抗体的产生，具有免疫聚焦的优势。具有高传播能力的奥米克隆变异体具有大量突变，可能含有增强病毒传播和破坏中和作用的突变，这引起了人们的严重担忧，即它可能会削弱市场上基于原始新型冠状病毒毒株开发的疫苗诱导的免疫保护作用。

事实上，已经观察到奥米克隆变异体对许多广泛使用的新冠肺炎疫苗表现出广泛的耐药性[4-6]。在高度接种疫苗的人群中，奥米克隆变异体引起的突破性感染越来越多，即使是以前感染过的个体仍然面临再次感染的风险。因此，有必要开发针对包括奥米克隆在内的新型冠状病毒变异体的新一代新型冠状病毒疫苗。

1.重组RBD-HR/三聚体蛋白的表达及三聚体疫苗的制备

作者和其他研究人员以前的结果表明，新型冠状病毒的刺突蛋白RBD是一种可行的亚单位疫苗开发的免疫原。为了进一步提高抗原性，人们对RBD的多种抗原聚合策略进行了深入研究，但要么免疫原性不足，要么潜在的临床应用复杂且难以实现。基于新型冠状病毒S2亚基的7个肽重复序列1和2(HR1和HR2)的肽可以自动组装成6螺旋束结构。作者将包括来自变体的RBD(320-545个氨基酸，包括L452R和T478K)序列，以及HR1(916-966个氨基酸)和HR2 (1157-157)

图1 |重组RBD-HR/三聚体蛋白的特征。

第二，BD-HR/三聚体疫苗诱导持续的体液免疫应答和广谱中和抗体。

为了评估RBD-HR/三聚体的免疫原性，首先需要确定由蛋白质诱导的抗体应答。基于三聚体蛋白和MF59佐剂，作者制备了RBD-HR/三聚体疫苗，并接种小鼠，分析了每种接种方案后的免疫应答。结果显示，三聚体疫苗表现出良好的免疫原性，可诱导显著增强的RBD特异性IgG应答，以及高滴度的中和抗体(NAB)，可阻断所有假病毒如、、和Omicron的感染(图2)。用免疫的人ACE2转基因小鼠、大鼠和非人灵长类动物的血清进行了真实的病毒中和试验，得到了相同的结论。疫苗诱导的血清抗体通过阻断受体结合和抑制随后的病毒细胞膜融合来中和病毒感染。值得注意的是，RBD-HR/三聚体疫苗同时含有452R和T478K突变，这两种突变都有利于疫苗诱导针对Omicron和Delta的抗体应答，可用于多种动物的疫苗免疫。

诱导针对Omicron高中和抗体滴度。

Fig. 2 | Induction of sustained humoral immune response with broad-spectrumneutralizing activities by RBD-HR/trimer vaccine.

三、RBD-HR/三聚体在体内诱导的强T细胞免疫应答

细胞免疫反应在预防病原体感染中起着关键作用，CD4+和CD8+T细胞参与其中，引发高水平抗体反应。在新冠肺炎患者中检测到针对SARS-CoV-2棘突蛋白的CD4+和CD8+T细胞反应，并且与体内实验中和抗体的产生密切相关。因此，作者进一步研究了RBD-HR/trimer疫苗在激活T细胞响应中的作用，分离脾淋巴细胞，然后进行ELISA和细胞内细胞因子染色（ICS）分析，在RBD-HR/三聚体配制佐剂组中，RBD特异的IL-4、INF- 以及记忆T细胞的平都显著增加（图3）。这些结果表明，RBD-HR/三聚体疫苗可以诱导高强度T细胞反应，有助于产生高水平的中和抗体。

Fig. 3 | RBD-HR/trimer vaccine induced strong T cell immune response in vivo. 四、RBD-HR/三聚体疫苗对Omicron和Delta感染的完全保护 最后，作者评估了RBD-HR/timer疫苗对Omicron体内效力。转基因hACE2小鼠用低剂量（10 g）或高剂量（20 g）RBD-HR/timer免疫小鼠，分析原始SARS-CoV-2病毒感染前后，血清中抗体几何平均滴度，结果表明，原始病毒、Alpha, Beta, Delta 和Omicron的50%GMT分别为14886、10033、9563、17040和1408，都显示出较高的中和能力（图4a）。组织学检查显示，Omicron感染后的小鼠和其他非人灵长类动物，对照组可以观察到轻微的病理变化，而三聚体疫苗接种后的动物的肺组织学正常，显示完整的肺泡结构，无明显炎症（图4e）。这些数据表明，RBD-HR/三聚体疫苗可以有效保护，抵抗包括Omicron在内的SARS-CoV-2变体的感染。

Fig. 4 | RBD-HR/trimer vaccine completely prevented the infection of Omicron and Delta variants.

综上所述，作者开发了一种含有L452R和T478K突变的RBD序列与HR序列直接融合而形成的RBD-HR/三聚体亚单位疫苗。该疫苗具有较强的免疫原性，可诱导高水平的中和抗体，在小鼠和非人灵长类动物中的可提供抗Omicron和Delta活病毒感染的完全保护。此外，三聚体疫苗在两剂mRNA疫苗后对奥密克戎变体显示出强大的增强作用，并且具有疫苗规模生产可行性。总之，RBD-HR/三聚体疫苗是非常有希望的下一代候选疫苗，值得在临床试验中进一步评估，可作为独立疫苗或作为额外的加强针用于人类，广谱保护和预防覆盖Omicron在内的SARS-CoV-2变体感染。

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