Cell Reports |高福/戴连攀团队揭示马赛克纳米颗粒诱导沙贝冠状病毒广谱应答的免疫基础

（一）、研究背景介绍

Sarbecovirus（沙贝冠状病毒）包含SARS-CoV，SARS-CoV-2以及一些具有潜在传染人风险的动物源性冠状病毒，未来产生新的大流行病原的风险很高。研制泛沙贝冠状病毒的广谱疫苗对于应对未来大流行威胁具有重要意义。之前有研究表明，马赛克纳米颗粒疫苗针对沙贝冠状病毒可诱导产生广谱中和抗体，针对异源病毒的攻击可以提供更好的保护[1]。然而，其潜在的免疫学基础尚未阐明。

（二）、论文概要

近日，中科院微生物研究所高福院士/戴连攀研究员团队在 Cell R eports 上发表了题为“ M osaic RBD nanoparticle elicits immunodominant antibody responses a cross sarbecoviruses ”的研究论文。该研究基于单细胞测序和抗体库研究，发现马赛克 纳米颗粒 能诱导产生针对 不同 沙贝冠状病毒谱系保守 表位 的免疫优势抗体，揭示出疫苗诱导广谱抗体应答的 免疫学 基础（图1）。

图1.马赛克纳米颗粒诱导沙贝冠状病毒广谱应答的免疫基础

（三）、结果分析与阐述

研究团队首先制备了一种以2,4-二氧四氢蝶啶合酶（lumazine synthase, LuS）正二十面体作为支架的马赛克自组装纳米颗粒，表面展示不同的沙贝冠状病毒受体结合域（receptor-binding domain, RBD）。通过疫苗免疫的血清对一系列沙贝冠状病毒（clade 1a，1b和3）假病毒中和抗体水平评价，发现马赛克纳米颗粒可诱导产生更高的交叉结合与中和抗体。团队进一步对其机制进行探究，通过对抗原特异性的生发中心B细胞（germinal center B cells, BGC）进行单细胞B细胞受体测序（single-cell B-cell receptor sequencing, scBCR-seq），结果发现相较于同型组（LuS-RBD），马赛克纳米颗粒（LuS-mRBD-B/C）诱导产生的BCR大量使用胚系基因对IGHV14-3:IGKV14-111，使用频率由2.6%扩增到10.5%和12.8%，占免疫显性地位（图2）。

图 2 .同型和马赛克纳米颗粒诱导产生的胚系基因对抗体

胚系基因对抗体 I GHV14-3:IGKV14-111 发挥什么功能呢？作者分别从同型组 、 马赛克纳米颗粒组选择代表性的单克隆抗体（ mAb ）进行分析，这些 mAbs分别代表最常见的遗传相似BGC 克隆簇，以反映 抗原特异性的 多克隆 抗体 库 。结果发现LuS -RBD 组 大多数mAbs 只能 与SARS-CoV-2 原型 RBD结合 ， 与 其它沙贝冠状病毒抗原 的交叉反应活性较 低（图 3A ） 。相比之下， 马赛克 纳米颗粒诱导 产生 高比例对 沙贝冠状病毒 具有 广谱 结合活性 的 mAbs。 这类广谱 交叉反应mAb s不少都 使用 胚系基因对 I GHV14-3:IGKV14-111 （图 3B ， C ） 。所有源自 IGHV14-3:IGKV14-111 克隆的mAbs均与 calde 1a和1b 沙贝冠状病毒 发生交叉反应 ，并有 60% 与clade 3 BtKY72相互作用。这 提示 在 马赛克纳米颗粒 疫苗中观察到 广谱 血清中和活 性抗体产生的机制。

图 3.同型和 马赛克 纳米颗粒疫苗中 高频 mAbs 与 一 系列沙贝冠状病毒 RBD s结合 的 亲和力 。

这类 IGHV14-3:IGKV14-111 克隆的mAbs 为什么具有广谱的交叉反应活性，靶向R BD 的表位是在哪里？作者又选择了 IGHV14-3:IGKV14-111 代表性优势抗体M 2-7 进行抗体表位竞争实验。通过与R BD 1-8 类表位 mAbs 和h ACE2 的竞争实验，发现M2- 7 与早先发现的泛沙贝冠状病毒mAb S2H97具有很强的竞争，但与RBD 1-7类表位 mAbs 和hACE2没有竞争（图 4A ）。先前的研究表明S2H97 mAb 靶向一种隐蔽保守表位 RBD-8 ，能够与所有沙贝冠状病毒结合，具有很高的亲和力，并且能够中和各种沙贝冠状病毒 [2] 。结果表明，M2-7像S 2H97 一样，是结合在一个隐蔽保守表位RBD-8， 有助于其 广谱 的抗原结合活性。 M 2-7 与SARS-CoV-2 RBD和hACE2复合物的冷冻电镜结构解析进一步发现， M2-7与RBD 山 峰下方侧脊上的表位结合，与S2H97 mAb 在SARS-CoV-2 RBD 的 作用足迹有 很大程度 的 重叠 （图 4B ，C）。 对 沙贝冠状病毒相 对应的M2-7 mAb 在SARS-CoV-2 RBD 的 作用足迹 分析揭示了一定程度的保守性，特别是在 clade 1a和1b中，从而为其与多种 沙贝冠状病毒 的 广谱 结合活性提供结构基础 （图 4D ）。

图 4. M2-7抗体 的 表位竞争 分析 和结构 解析

（四）、文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究揭示 了同型和 马赛克 纳米颗粒 疫苗诱导产生抗体 库的差异。 马赛克 纳米颗粒诱导 产生 的 抗体库展现 出 IGHV14-3:IGKV14-111 胚系基因对 的 免疫显性地位 。 而且这类抗体具有广谱的交叉反应活性，可 与 clade 1a ， 1b ，3 谱系的RBD s 发生 结合， 靶向保守的RBD-8位点。 该研究同时存在一些局限性。 由于 沙贝冠状病毒 缺乏抗原特异性 的 mAb s ，无法验证每 种 RBD 都均匀地展示在纳米颗粒表面 ，抗原 负载 的质量控制仍然是一个挑战。本研究中表征的BCR库来自小鼠，需要在 人 或Ig人源化小鼠模型中进一步验证。此外， 由于感染模型及P 3 资源有限 ， 还需 进一步 评价马赛克 纳米颗粒疫苗对 沙贝冠状病毒攻击 的保护功效 。

（五）、作者简介：

中科院微生物研究所高福院士、戴连攀研究员为论文共同通讯作者。中科院微生物研究所与广西大学联合培养博士生刘川玉、中国科学院大学医学院博士生胥森瑜、中国科学院微生物研究所博士后郑宇轩（已出站）为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院创新青年团队、盖茨基金会等经费的支持。

（六）、原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114235

（七）、参考文献：

[1] COHEN A A, GNANAPRAGASAM P N P, LEE Y E, et al. Mosaic nanoparticles elicit cross-reactive immune responses to zoonotic coronaviruses in mice [J]. Science, 2021, 371(6530): 735-741.

[2] STARR T N, CZUDNOCHOWSKI N, LIU Z, et al. SARS-CoV-2 RBD antibodies that maximize breadth and resistance to escape [J]. Nature, 2021, 597(7874): 97-102.