病毒糖蛋白纳米盘平台：疫苗研发的新利器

摘要：包膜病毒的跨膜糖蛋白是中和抗体的靶点和疫苗核心抗原，传统研究多依赖可溶性蛋白，难以还原其天然状态。本文研发的病毒糖蛋白纳米盘平台，能将跨膜糖蛋白组装进脂质纳米碟，实现了SPR亲和力检测、FACS B细胞分选和冷冻电镜结构解析的全流程应用。以HIV MPER靶向疫苗为核心研究对象，解析了3.5Å分辨率的免疫原-抗体复合物结构，还成功应用于埃博拉病毒糖蛋白研究，为下一代疫苗的理性设计提供了高效、通用的工具。一、疫苗研发的痛点：跨膜抗原研究的传统困境

研发包膜病毒疫苗，跨膜糖蛋白是绕不开的核心，这类蛋白也是中和抗体识别的关键靶点。mRNA-LNP技术能在体内表达天然的跨膜糖蛋白，但体外研究中，科研人员只能通过截断跨膜域获得可溶性蛋白，这会丢失膜近端外部区域（MPER）等关键表位。而MPER正是HIV、流感等病毒疫苗研发的重要靶点，天然脂质环境的缺失，也让糖基化修饰、蛋白构象的研究与真实情况偏差较大。传统方法的局限，成了疫苗理性设计的一大阻碍。

二、核心突破：标准化的糖蛋白纳装流程

我们搭建了一套可规模化、高重复性的纳米盘组装工作流，从细胞转染到纯化出成品仅需5天，1L细胞能获得100-700μg纯糖蛋白纳米盘，足够完成多次实验检测。核心是将细胞表面的跨膜糖蛋白用去污剂提取后，结合MSP1D1支架蛋白和脂质分子，在亲和基质上完成“批量组装”，最终得到的纳米碟能在4℃稳定保存3个月以上。以HIV Env gp151为基础构建了多款纳米盘载体，还为埃博拉病毒糖蛋白适配了相同组装条件，验证了平台的通用性。

三、SPR多模态检测：精准测量抗体-抗原结合动力学

表面等离子体共振（SPR）是疫苗设计中检测抗体亲和力的核心手段，我们为纳米盘平台开发了三种SPR检测模式，适配不同的实验需求。模式A能测单价Fab的真实亲和力，模式B降低了抗体多价效应的干扰，模式C则是高通量初筛的高效选择，能最大程度节省样品。用该平台检测HIV MPER靶向抗体10E8，发现工程化后的Env gp151 MPER ND能让10E8亲和力提升70倍，核心原因是解离速率大幅降低；对埃博拉糖蛋白纳米盘的检测也证实，该平台能精准区分抗原特异性抗体的结合能力。

四、FACS分选：捕捉疫苗免疫后的特异性B细胞

疫苗免疫后的B细胞分选与分析，是研究抗体应答的关键，传统可溶性探针无法识别膜近端表位的特异性B细胞。我们将生物素化的纳米盘作为FACS探针，先在补偿珠和工程化Ramos细胞上验证了特异性，无明显背景结合。在人源化小鼠的HIV疫苗免疫实验中，成功分选到抗原特异性记忆B细胞，比例较初始B细胞提升约4.7倍；在恒河猴模型中，纳米盘探针与传统可溶性蛋白探针的分选效果相当，还能识别针对跨膜蛋白特有表位的B细胞，为疫苗免疫应答研究提供了新工具。

五、冷冻电镜解析：3.5Å分辨率解锁抗体结合新细节

冷冻电镜（cryo-EM）结构解析是结构导向疫苗设计的核心，我们利用纳米盘平台解析了Env gp151 MPER ND与3种广谱中和抗体的复合物结构，最高分辨率达3.5Å。首次发现10E8的重链框架区3（HFR3）在gp120-gp41界面存在结合口袋，还观察到10E8结合会引发MPER螺旋的动态重构，这些细节在传统肽段-抗体复合物的晶体结构中完全无法捕捉。通过伪病毒中和实验验证，该结构中识别的关键残基突变，会显著影响10E8的中和活性，为HIV MPER靶向疫苗的工程化改造提供了精准的结构模板。

六、平台价值：下一代疫苗研发的通用加速器

这款病毒糖蛋白纳米盘平台的最大优势，是还原了跨膜糖蛋白的天然脂质环境和完整构象，让SPR、FACS、冷冻电镜这些核心技术能直接应用于天然状态的跨膜抗原研究。从HIV到埃博拉的应用验证，证明了其通用性；标准化的组装流程和稳定的产物，也让其能适配疫苗研发的迭代设计需求。除了疫苗研发，该平台还能拓展到膜蛋白的小分子筛选、抗体发现等领域，为膜蛋白相关的生物医学研究提供了全新的技术支撑。

目前这款平台已经在HIV疫苗的工程化改造中展现出实际价值，后续针对其他包膜病毒的应用还在持续推进。相信随着技术的进一步优化，纳米盘会成为跨膜抗原研究的常规工具，让疫苗研发从“经验摸索”向“理性设计”的转变更高效、更精准。

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