Immunity | 针对新冠病毒的新型纳米颗粒疫苗

　　截至2020年11月25日，SARS-CoV-2已经在全球导致了超过6000万COVID-19确诊病例，其中包括了多达140万的死亡病例。尽管我国已经全面控制了新冠疫情的大面积传播，然而仍有一些输入性病例和零星本土病例偶现。开发强效地针对新冠病毒的疫苗成为了当前疫情防控的当务之急。目前全世界有261款备选疫苗处于研发当中，其中有58款处于临床验证阶段。在COVID-19爆发初期，新冠疫苗研发多集中于技术路线相对成熟的灭活疫苗、核酸疫苗和腺病毒疫苗。亚单位疫苗因需要探索有效可行的免疫原，因此早期相对缓慢，但由于亚单位疫苗的工艺相对简单且效价和安全性较高，近三个月已经成为全世界进一步研发特效疫苗的主流方向，已经有多达80款重组亚单位疫苗处于临床前和临床研发当中。

　　2020年11月25日，来自中山大学人类病毒学研究所的张辉教授团队在Immunity在线发表了题为Nanoparticle Vaccines Based on the Receptor Binding Domain(RBD) and Heptad Repeat (HR) of SARS-CoV-2 Elicit Robust Protective ImmuneResponses（针对SARS-CoV-2的RBD和HR双抗原纳米颗粒疫苗诱导强效的保护性免疫反应）的研究论文。本研究所开发的新型纳米颗粒疫苗所诱导的针对SARS-CoV-2的中和抗体滴度在小鼠中位居国际第一，在恒河猴模型中位居世界第三。（注：中和抗体滴度判断标准、统计方式、实验灵敏度均可能存在不同。）该研究通过幽门螺旋杆菌铁蛋白（H. pylori Ferritin）自组装成稳定二十四聚体的能力，再通过SpyTag/SpyCatcher的不可逆共价修饰系统，将24个新冠病毒刺突蛋白Spike的受体结合域（RBD）和七肽重复域（HR）同时呈递于纳米颗粒的表面。相对于RBD或HR单体免疫，纳米颗粒的抗原展示技术可以更加高效的将免疫原呈递给机体免疫系统，并极大程度地维持RBD和HR的原始抗原构象，暴露有效的中和抗体空间表位。

　　在初始免疫原筛选过程中，张辉教授团队充分考虑到了单次免疫单体抗原可能引起的免疫原性不足，以及辅助性T细胞（Tfh）的发生发中心B细胞（GC B）可能存在协同效应低下。团队将Ferritin的纳米颗粒展示技术应用到新冠疫苗的研发当中，利用Ferritin自组装成24聚体的能力，将RBD抗原密集地展示于纳米颗粒的表面。同时为了充分调动T细胞协同免疫，团队将富含T细胞表位的HR抗原也引入到纳米颗粒疫苗表面，通过SpyTag/SpyCatcher系统将RBD和HR双抗原共同展示在纳米颗粒表面。Ferritin通过细菌系统表达，RBD和HR通过真核CHO-S系统表达。随后将不同比例的RBD和HR与Ferritin共孵育，在普通缓冲液环境下迅速组装形成含有RBD或RBD/HR的纳米颗粒。再通过分子筛分离和超滤浓缩，最终产生纳米颗粒疫苗。

　　为了验证纳米颗粒疫苗的有效性，团队在三种动物模型中进行了不同疫苗的Prime/Boost两次免疫。结果发现，在三种动物模型（BALB/c小鼠、hACE2小鼠和恒河猴）中，纳米颗粒疫苗相对于单体组，均能够显著诱导更加高的中和抗体滴度。与此同时，纳米颗粒疫苗相对于单体组，也能够诱导更加高比例的RBD特异的记忆B细胞（MBC）、更加高比例的分泌IFN-γ的CD8+ T细胞和CD4+T细胞、以及更加高比例的Tfh细胞。该研究还发现，含有HR免疫原的纳米颗粒疫苗所诱导产生的中和抗体，还能够潜在地中和多种其他冠状病毒，展示出一定的交叉保护作用。为了验证纳米颗粒疫苗所诱导产生的中和抗体是否有保护作用，该研究依托中山大学生物安全三级实验室平台，进一步地对免疫过的hACE2小鼠进行了野生型SARS-CoV-2攻毒。结果显示，未经疫苗免疫的对照组小鼠经攻毒后肺部损伤严重，病毒发生剧烈扩增。而经纳米颗粒疫苗免疫的小鼠则完全抵御病毒的感染，肺部正常，检测不到残留病毒。

　　值得注意的是，该研究还深入探究了纳米颗粒疫苗潜在的安全性。研究者首先发现，经过纳米疫苗免疫过的小鼠体内CD4+ T细胞以分泌IFN-γ的Th-1型为主，而分泌IL-4的Th-2型CD4+T细胞在组间无明显差异。表明纳米颗粒疫苗不会产生“疫苗相关的呼吸疾病增强作用（VAERD）”。研究者还发现，经纳米颗粒疫苗免疫后的血清不会通过FcγR受体增强靶细胞的感染，即不存在“抗体介导的感染增强作用（ADE）”。阳性对照组血清即经过ZIKV感染的动物血清则表现出明显的感染增强现象。最后，该研究还系统分析了经纳米颗粒疫苗免疫的小鼠模型10余个脏器组织的病变损伤情况，以及恒河猴免疫前1周至免疫后12周的体温、体重、血常规和尿常规等生理生化指标变化。发现经纳米颗粒疫苗免疫的动物个体脏器均正常，各项指标均在正常范围内波动。为深入的临床实践提供了宝贵的研究基础。

　　综上所述，该研究探索开发了一款针对新冠病毒的新型双抗原纳米颗粒疫苗。该纳米颗粒疫苗的中和抗体效价、T/B细胞协同免疫反应和交叉保护作用，均显著高于亚单位单体疫苗，极大地拓展了当前疫苗研发技术路线。深入的探究纳米颗粒疫苗发挥作用的机制以及开展临床前安全评估工作将为该疫苗推向市场提供更加强有力的保障。

　　据悉，中山大学的张辉教授为本文的通讯作者，中山大学“博新计划”博士后马显才、千扬生物医学研究院邹帆博士、广东省人民医院于霏博士、博士生李镕、博士生袁耀昌和中山大学博士后张译文为本文的共同第一作者。千扬生物医学研究院刘俊博士和广东省人民医院张峻崧博士对本文也做出了重要贡献。

　　https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.11.015

　　制版人:嘉