疫苗前沿 | 广州国家实验室郭德银/于京佑团队研发基于HR1-stem helix-HR2骨架的冠状病毒广谱疫苗平台

高致病性 β属冠状病毒，包括严重急性呼吸综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV）和新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2），均具有较高的致死风险和持续变异能力，对全球公共卫生构成长期而严峻的威胁。因此，开发安全、高效的广谱冠状病毒疫苗，是应对当前及未来潜在疫情的迫切需求。

近日，广州国家实验室/广州医科大学郭德银教授和于京佑教授团队在国际学术期刊Advanced Science在线发表题为“An Engineered HR1-Stem Helix-HR2 Trimeric Platform for Developing Broad-Spectrum Coronavirus Vaccines”的研究性论文。该研究报道了一种可自组装的三聚化重组蛋白疫苗平台RHS。该平台利用冠状病毒内源性的骨架驱动抗原三聚化，实现对特异性和保守表位的协同展示，突破传统单一表位疫苗的设计思路，为广谱冠状病毒疫苗的开发开辟了新的方向。

新冠病毒持续变异并不断产生具有免疫逃逸能力的新变异株。受体结合域（RBD）是疫苗设计的主要靶标，但其抗原性易发生快速漂移，因而难以诱导广谱且高效的免疫应答。利用外源支架多聚展示RBD，可在一定程度上增强RBD疫苗诱导的特异性免疫应答，但也可能引发针对外源支架的脱靶免疫，带来潜在的安全风险；同时，这种多聚展示策略对疫苗广谱性的提升仍较为有限。因此，如何在增强RBD免疫原性的同时，引导免疫系统识别冠状病毒中更为保守的区域，是开发广谱冠状病毒疫苗亟待解决的重要科学问题。

针对这一问题，研究团队将新冠病毒奥密克戎JN.1变异株RBD与七肽重复区1（HR1）、高度保守的茎螺旋表位（stem helix，SH）以及七肽重复区2（HR2）进行一体化设计，构建RBD-HR1-SH-HR2融合蛋白，简称RHS。HR1与HR2可通过天然相互作用形成稳定的三聚体结构；其中嵌入的SH又是多种β冠状病毒共享的保守表位。由此，RHS在一个抗原分子中同时实现了稳定三聚化、RBD多价展示和SH保守表位的协同展示。

图1 RHS疫苗平台的构建策略、免疫验证及平台的通用性

在小鼠免疫实验中，与单体RBD相比，RHS诱导了更为广谱且强效的抗体应答。研究发现，中、低剂量RBD诱导的中和抗体水平较低且广谱性不足，只有在高剂量下，其诱导的中和抗体广度和强度才得到进一步提升。相比之下，低、中、高三个剂量的RHS均可诱导针对所有受试新冠病毒变异株的中和抗体应答，表现出良好的广谱性；在三个剂量下，其诱导的中和抗体水平均显著优于RBD抗原。除增强体液免疫外，RHS还促进了CD8+ T细胞相关免疫应答。

更值得关注的是，RHS中的SH保守表位可诱导广谱抗体应答，识别SARS-CoV-2、SARS-CoV、OC43、HKU1、MERS-CoV和MHV等多种β属冠状病毒的SH表位。相比之下，在RBD以及删除SH表位的RHS变体（RHSΔSH）免疫组中，均未检测到靶向SH表位的广谱抗体应答。更为关键的是，仅在RHS免疫血清中检测到针对SARS-CoV的中和抗体应答，而在RBD和RHSΔSH免疫血清中均未检测到相应的中和抗体应答。这些结果表明，SH表位有助于提升RHS疫苗诱导的中和抗体广度和强度。

在K18-hACE2小鼠攻毒模型中，RHS免疫显著降低了新冠病毒奥密克戎JN.1和EG.5.1变异株在肺组织中的病毒基因组载量和活病毒载量，并减轻了肺部病理损伤。以上结果说明，RHS在该动物模型中可同时对抗原匹配和不匹配的奥密克戎变异株提供较强保护。与此同时，经鼻免疫的RHS可在小鼠血清及支气管肺泡灌洗液中诱导明显的IgA和IgG反应，显示了其建立呼吸道黏膜免疫的潜力。

为了验证RHS疫苗平台的通用性，研究团队进一步将该设计拓展至SARS-CoV和MERS-CoV抗原。两种RHS蛋白均可形成三聚体，并在小鼠中诱导强于相应单体RBD的中和抗体反应；此外，当研究人员用模型抗原OVA替换RBD后，HR1-SH-HR2支架仍能驱动融合抗原三聚化。这些结果提示，该平台不仅适用于不同冠状病毒抗原，还有望为多价疫苗、嵌合疫苗及其他病原体亚单位疫苗的设计提供基础。

综上所述，本研究利用冠状病毒内源性三聚体骨架，实现了特异性表位与保守表位的协同展示，增强了疫苗诱导中和抗体的广度和强度，并提升了疫苗在动物模型中的保护效果，凸显了双表位协同展示策略在疫苗设计中的重要价值。此外，RHS设计已成功拓展至SARS-CoV和MERS-CoV疫苗抗原，进一步验证了该平台的通用性，为开发广谱冠状病毒疫苗及针对其他重要病毒的疫苗提供了新路径。

广州国家实验室/广州医科大学郭德银教授和于京佑教授为本文共同通讯作者，助理研究员孙西魁为第一作者。广州国家实验室马显才教授和中山大学李春梅教授为本研究提供了重要支持。 该研究得到广州国家实验室与广州医科大学呼吸疾病全国重点实验室联合项目、广州国家实验室专项、国家自然科学基金等项目资助。

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来源| 病毒学界

校稿| Alice编审| Hide / Blue sea

编辑 设计| Leon