NPJ Vaccines | 黄忠/丛尧/王晓黎/刘庆伟团队在新一代脊髓灰质炎病毒基因工程疫苗研发中取得重要进展

脊髓灰质炎是由脊髓灰质炎病毒（Poliovirus, PV）引起的急性传染病，严重时可导致不可逆的弛缓性瘫痪甚至死亡。自1988年世界卫生组织发起“全球小儿麻痹症根除计划”以来，灭活疫苗（IPV）和口服减毒疫苗（OPV）的广泛接种使全球发病率显著下降，但至今尚未实现彻底根除。现有疫苗存在明显局限性：IPV与OPV在生产过程中均依赖大规模培养高感染性的活病毒，存在潜在生物安全风险；同时，OPV在个别接种者体内可能发生回复突变为强毒株并释放到环境中，成为新的传染源。因此，研发在生产环节完全不涉及活病毒的新一代脊灰疫苗，已成为加快实现全球范围内消除脊灰病毒的战略重点。

2026年2月24日，上海市重大传染病和生物安全研究院黄忠研究员团队、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心丛尧研究员团队和华淞（上海）生物科技有限公司王晓黎、刘庆伟团队合作，在国际学术期刊NPJ Vaccines发表题为“Structural insight into the assembly and D antigenicity of polio type 1 stabilized virus-like particles”的研究论文。该研究系统报道了利用酵母重组表达系统高效制备PV1的热稳定型病毒样颗粒（Virus-Like Particle，VLP）作为候选疫苗，并通过冷冻电镜系统解析了其组装机制及D-抗原性的结构基础。

研究团队采用VP0/VP3/VP1三种衣壳蛋白表达盒串联策略，在毕赤酵母中重组表达并纯化获得PV1 野生型VLP（wtVLP）以及基于热稳定突变毒株SC7构建的稳定型VLP（sVLP）（图1）。抗原性分析显示，sVLP中D-抗原含量显著提升，达到187 D-抗原单位（D-antigen units，DU）每微克蛋白，远高于wtVLP。sVLP具有较好的热稳定性，在40℃处理10分钟后仍保留超过50%的D-抗原活性。在小鼠模型中的免疫原性评价结果显示，用1微克/剂的wtVLP免疫小鼠未能诱导产生针对PV1的中和抗体；而相同剂量的sVLP疫苗能够有效诱导中和抗体，其免疫效果优于0.5人剂量的商业化IPV疫苗。值得注意的是，该酵母表达sVLP疫苗策略具有高产量的生产能力，每100mL酵母培养物可获得673,200DU（相当于16,830剂IPV），产量优于目前已报道的其它表达策略，展现出显著成本优势和产业化前景。

图1. 酵母体系中表达PV1 wtVLP和sVLP

研究团队分别解析了PV1 wtVLP和SC7 sVLP的高分辨率冷冻电镜结构。两种VLP均呈二十面体对称性的球形颗粒，具有典型肠道病毒表面特征（图2a），但构象状态存在显著差异：wtVLP呈扩张构象，半径较大，二重轴通道开放，结构类似此前报道的酵母体系表达的SC6b C-颗粒构象，均为扩张状态且缺乏D-抗原性；而SC7 sVLP携带7个热稳定性突变（如VP1 V196L、VP1 H248P、VP2 D57E、VP2 T25A等）（图2b），这些突变通过改变局部构象与表面电荷，增强亚基间的紧密排列，使颗粒呈紧密构象，二重轴通道封闭，VP1 N端及环区结构有序且稳定。结构比对显示，SC7 sVLP与已报道的SC6b D-颗粒整体高度一致，VP1、VP2和VP3衣壳蛋白的构象几乎完全重叠，仅在VP1的BC和DE环区存在轻微差异（图2c-e），而与SC6b C-颗粒则差异显著。值得注意的是，SC7 sVLP的VP1疏水口袋较SC6b D-颗粒更为狭窄（图2f），推测源于SC7中V196L突变引入更大疏水侧链，加强与邻近残基的相互作用，使整体结构更加紧凑稳定。这些结果从结构层面阐明了热稳定突变如何锁定D-抗原构象，为理性设计高稳定性脊灰VLP疫苗提供了关键依据。

图2. PV1 VLPs的结构比较分析

为进一步解析sVLP抗原位点，研究人员从SC7 sVLP免疫小鼠中筛选获得中和性单克隆抗体3G10。生化实验表明，3G10仅特异性识别D-抗原颗粒，不结合C-抗原颗粒，且与D-抗原特异性抗体标准品mAb234存在结合竞争。通过解析sVLP-3G10 Fab 复合体的冷冻电镜结构（图3），发现3G10 Fab结合于sVLP“canyon”顶端，围绕五重轴呈星形排列；其互补决定区与VP1的BC/GH环及VP2 EF环形成广泛的氢键和盐桥网络。在D-抗原向C-抗原构象转变过程中，该表位发生结构松散化，破坏抗体结合界面，从而解释了3G10对D-抗原的高度特异性。此外，3G10结合表位与病毒受体PVR结合位点高度重叠（图3f），揭示其通过空间位阻效应阻断病毒-受体结合，实现中和作用。序列比对显示，3G10表位在PV1野生毒株（Mahoney）和减毒疫苗株（Sabin1）中完全保守。基于上述发现，研究团队建立了以3G10为检测抗体的双抗体夹心ELISA方法，可特异、稳定地定量检测PV1 D-抗原，为候选疫苗的定量和质控提供了有效工具。

图3. 3G10 Fab和sVLP复合物的结构

综上，该研究确定了高产、结构优化的酵母表达PV1-SC7 sVLP作为新一代脊灰疫苗的可行性和有效性，建立了基于单抗3G10的PV1 D-抗原定量方法，并应用冷冻电镜从结构层面揭示了sVLP组装及维持D-抗原性的分子机制。这些发现将有助于加快新一代脊灰疫苗的开发，有望为“全球小儿麻痹症根除计划”提供更加安全、高效、可规模化的解决方案。

上海市重大传染病和生物安全研究院黄忠研究员、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心丛尧研究员、华淞（上海）生物科技有限公司王晓黎博士和刘庆伟博士为该论文的共同通讯作者。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后洪琴、上海市重大传染病和生物安全研究院博士生陈天和华淞（上海）生物科技有限公司韩文玉博士为该论文的共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金委、国家科技部、上海市市级科技重大专项、中国科学院先导专项、中国博士后科学基金会的经费支持；同时得到国家蛋白质科学研究（上海）设施的冷冻电镜系统、数据库与计算分析系统的大力支持。

文章来源： 上海市重大传染病和生物安全研究院

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41541-026-01404-0