【前沿速递】我国科学家设计自组装RBD-HR三聚体亚单位疫苗能有效预防Omicron在内的SARS-CoV-2

SARS-CoV-2 病毒刺突蛋白的受体结合域RBD 已经被证明是一种可行的免疫原,可用于亚单位疫苗的开发。为了进一步提高抗原性,针对 RBD 的抗原多聚化的多种策略以及被证实具有良好的预防效果。通然而,这些 RBD 多聚化策略都不可避免地在设计中引入了外源序列,这在临床应用中可能存在潜在的风险。基于此,该研究团队利用SARS-CoV-2 S2亚单位的七肽重复序列1和2(HR1和HR2)的肽可以自动组装成6-螺旋束结构特性,将包括衍生自Delta变体的RBD(320-545个氨基酸,含有L452R和T478K)序列,以及HR1(916-966个氨基酸)和HR2(1157-1203个氨基酸)以串联方式直接连接,通过Bac-to-Bac杆状病毒表达系统制备重组蛋白,称为RBD-HR/三聚体(图1)。

为了评估RBD-HR/三聚体的免疫原性,首先需要确定蛋白诱导的抗体应答。作者基于三聚体蛋白和MF59类佐剂,制备了RBD-HR/三聚体疫苗,并接种小鼠,分析各接种方案后免疫应答情况。结果表明,三聚体疫苗显示出良好的免疫原性,可诱导显著升高的RBD特异性IgG应答,以及高滴度的中和抗体(NAB),其可阻断 Alpha、Beta、Delta 和 Omicron 等所有假病毒的感染(图2)。在用免疫接种的人ACE2转基因小鼠、大鼠和非人灵长类动物的血清进行真实的病毒中和试验,得到同样的结论。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/三聚体疫苗同时包含452R和T478K突变,这两种突变都有利于疫苗诱导的针对Omicron和Delta的抗体响应,在多种动物的疫苗免疫都可诱导针对Omicron高中和抗体滴度。

图 2。RBD-HR 三聚体疫苗诱导具有广谱中和活性的持续体液免疫反应。

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-γ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。

图 3. RBD-HR 三聚体疫苗在体内诱导了强烈的 T 细胞免疫反应。

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(10μg)或高剂量(20μg)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。

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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