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Nature子刊重磅!我国团队攻克汉坦病毒疫苗难题,新型核酸疫苗实现强效持久保护

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汉坦病毒是全球重点防控的人畜共患病原体,其中汉滩病毒(HTNV)在欧亚大陆引发肾综合征出血热(HFRS),病死率最高可达15%,我国更是该病的高发疫区。长期以来,临床广泛使用的汉坦病毒灭活疫苗,始终存在中和抗体滴度低、保护期短的核心短板,难以实现对该疾病的长效防控,成为公共卫生防控领域的一大痛点。

近日,空军军医大学张芳琳、徐志凯团队在国际顶级期刊Nature Communications(影响因子IF=16.6)发表原创性研究成果,通过结构理性设计,成功研发出融合前稳定型汉滩病毒糖蛋白核酸疫苗。该疫苗在DNA与mRNA-LNP两大主流核酸平台上,均展现出远超传统灭活疫苗的免疫原性与保护效果,更可作为异源加强针,有效唤醒灭活疫苗接种者的免疫记忆,为新一代汉坦病毒疫苗的研发奠定了关键基础,也为我国肾综合征出血热防控提供了全新解决方案。



一、研究背景:汉坦病毒防控迫在眉睫,传统疫苗陷技术瓶颈

汉坦病毒以啮齿动物为自然宿主,随着气候变化与城市化进程加快,其传播范围不断扩大,突发疫情的风险持续升高。在我国,汉滩病毒(HTNV)与汉城病毒(SEOV)是主要流行毒株,由其引发的肾综合征出血热,已成为威胁我国公众健康的重要公共卫生问题。

目前,我国获批使用的汉坦病毒灭活疫苗,虽能诱导机体产生结合抗体,但中和抗体水平偏低、持续时间短暂,无法为人体提供稳固、长效的保护。而中和抗体是抵御汉坦病毒感染的核心免疫防线,这一核心短板直接限制了传统疫苗的临床保护效果,研发能诱导高滴度、持久中和抗体的新型疫苗,已成为全球汉坦病毒防控领域的共识与迫切需求。

汉坦病毒的囊膜糖蛋白(GP)是中和抗体的主要作用靶点,但它的天然构象极不稳定,极易从具有免疫保护活性的融合前状态,转变为无保护作用的融合后状态,导致关键中和表位丢失——这正是传统疫苗免疫效果不佳的核心症结所在。

二、核心创新:结构理性设计,打造融合前稳定型 GP-C3 免疫原

研究团队依托汉坦病毒糖蛋白的最新结构解析成果,采用定点引入半胱氨酸突变的方式,构建额外二硫键,成功锁定了糖蛋白的融合前构象,设计出GP-C1、GP-C2、GP-C3三种突变体。经过多轮筛选验证,GP-C3三重突变体表现最优,成为本次疫苗研发的核心免疫原。

体外实验证实,GP-C3能够稳定维持Gn/Gc异源四聚体结构,大幅减少病毒合胞体的形成,完美保留了糖蛋白上的关键中和表位,从根本上解决了天然糖蛋白构象不稳定、易失活的行业难题(图 1)。这一结构理性设计,正是本次研究的核心技术突破点。


三、DNA 疫苗平台:持久免疫 + 全面器官保护,完胜灭活疫苗

为验证GP-C3免疫原的实际免疫效果,研究团队首先在DNA疫苗平台开展实验,以雌性BALB/c小鼠为动物模型,采用每4周接种1针、共3针的免疫方案,系统评估疫苗的免疫原性与保护效果。

实验结果显示,GP-C3 DNA疫苗诱导产生的HTNV特异性IgG抗体与中和抗体滴度,显著高于野生型糖蛋白疫苗与传统灭活疫苗;更值得关注的是,其抗体水平在免疫后70天仍维持峰值,无明显下降趋势。长期跟踪观察发现,该疫苗诱导的中和抗体可持续6个月不衰减,展现出极强的免疫持久性(图 3)。


在细胞免疫层面,GP-C3 DNA疫苗能够诱导偏向Th1型的强效T细胞免疫反应,且后期可向Th2型免疫反应平稳转换,这种免疫转换能够完美支持抗体亲和力成熟,以及记忆B细胞的生成,为长效免疫保护提供了坚实支撑。

病毒攻毒实验进一步证实了其优异的保护效果:GP-C3 DNA疫苗可使小鼠肺部病毒载量降低10.8倍,肝、肾、脾等关键靶器官的病毒复制被显著抑制;同时,接种疫苗的小鼠,其肝肾功能指标均维持正常,肺部、肝脏等器官的病理损伤几乎完全消失,保护效果远超传统灭活疫苗(图 2)。


四、mRNA-LNP 平台:免疫效果再升级,实现接近无菌保护

为进一步提升疫苗的免疫原性,推动疫苗的临床转化,研究团队将最优免疫原GP-C3,搭载于目前临床转化前景广阔的mRNA-LNP平台。该平台具有mRNA翻译效率高、自带佐剂活性的优势,能够大幅提升疫苗的免疫效果。

实验结果令人振奋:10μg剂量的GP-C3 mRNA-LNP疫苗,仅需2针免疫,即可诱导产生更高峰值的中和抗体;同时,该疫苗还能对汉城病毒(SEOV)产生强效交叉中和反应,实现对同源(HTNV)与异源(SEOV)汉坦病毒的双重防护,扩大了疫苗的保护范围(图 5)。


在病毒攻毒保护实验中,GP-C3 mRNA-LNP疫苗表现出最优的保护效果:接种疫苗的小鼠,体内病毒载量近乎清零,达到接近无菌保护的水平;小鼠的白细胞、淋巴细胞等血液指标均维持正常,肝肾功能未受任何损伤,肺部、肝脏等关键器官也无明显病理改变,真正实现了“强效保护、无损伤”的目标(图 6)。


五、关键转化突破:单针 mRNA 加强,唤醒灭活疫苗免疫记忆

针对我国已大规模接种汉坦病毒灭活疫苗的人群,研究团队创新性地设计了异源初免-加强免疫方案:先用传统灭活疫苗进行初免,180天后(模拟灭活疫苗免疫效果衰减场景),用GP-C3核酸疫苗进行加强免疫,验证其对预存免疫的唤醒效果。

结果超出预期:单针GP-C3 mRNA-LNP加强免疫,可将机体的中和抗体滴度直接提升至全程mRNA初免的水平,远超灭活疫苗同源加强的效果;同时,该方案能强效召回并扩增灭活疫苗诱导的记忆B细胞,完美解决了传统灭活疫苗免疫效果不足、保护期短的问题(图 8)。这一突破性发现,为我国现有灭活疫苗接种人群的免疫升级,提供了简单、高效、可行的技术路径。


六、核心机制:强效激活生发中心,铸就优质抗体防线

研究团队进一步深入探究了新型疫苗的免疫保护机制,结果发现:无论是DNA平台还是mRNA-LNP平台,GP-C3免疫原均能强效激活机体的生发中心反应——显著促进滤泡辅助性T细胞(Tfh)的增殖,以及生发中心B细胞的聚集。而生发中心反应,正是抗体亲和力成熟、长效记忆B细胞与长寿浆细胞生成的核心环节,也是诱导高滴度、持久中和抗体的关键(图 4、图 7)。



这一机制的揭示,不仅解释了GP-C3核酸疫苗为何能诱导出优质、持久的免疫反应,也为其他病毒疫苗的研发提供了重要的技术参考与思路借鉴。

七、研究意义:新一代汉坦病毒疫苗迎来曙光

本次研究由我国空军军医大学团队独立完成,拥有完全自主知识产权,实现了汉坦病毒疫苗研发领域的三大核心突破:

1.抗原设计突破:首次将融合前稳定技术应用于汉坦病毒疫苗研发,成功打造出最优糖蛋白免疫原GP-C3,彻底解决了天然糖蛋白构象不稳定的行业难题;

2.平台验证突破:在DNA与mRNA-LNP两大核酸平台上均验证了疫苗的有效性,其中mRNA-LNP平台效果更优,具备快速临床转化的潜力;

3.应用场景突破:既可作为全新初免疫苗使用,也可作为异源加强针适配我国现有灭活疫苗接种体系,应用场景灵活多样。

该研究不仅为肾综合征出血热的防控提供了全新的疫苗方案,其融合前稳定的设计策略,还可拓展应用于多株汉坦病毒,为全球汉坦病毒疫苗的研发提供了“中国方案”与“中国智慧”。

未来,研究团队将进一步开展跨毒株交叉保护、临床安全性评价等后续研究,加快推进这款新型汉坦病毒核酸疫苗的临床转化进程,力争早日应用于临床,守护全球公众的生命健康与公共卫生安全。

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