人類或許能戰(zhàn)勝新冠了?最近，來自斯坦福的科學(xué)家研究出一種基于鐵蛋白的新冠納米顆粒疫苗，可以在非人靈長類動物中產(chǎn)生強效、持久、廣譜的中和抗體。實驗結(jié)果顯示，新疫苗所能引起的抗體反應(yīng)，要比現(xiàn)有的mRNA疫苗強100倍。而且更重要的是，它可以涵蓋所有已知的變種。
論文地址：https://doi.org/10.1101/2022.12.25.521784如果能證實它在人體內(nèi)也能產(chǎn)生同樣強效的抗體，或許，新冠病毒將和天花一樣，在人類社會中成為歷史。順便一提，這項研究背后的金主爸爸，就是小扎。
終結(jié)新冠的疫苗，要來了?
自從新冠疫情爆發(fā)以來，科學(xué)家們已經(jīng)在疫苗的研究上取得了長足的進展。
數(shù)據(jù)顯示，在新冠爆發(fā)的第一年里，大規(guī)模的疫苗接種避免了超過1400萬人的死亡。
但是，現(xiàn)在全世界仍然對疫苗有著迫切的需求，據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，全球有將近10億人仍未接種SARS-CoV-2疫苗。另外，疫苗的成本普遍偏高，低溫存儲和運輸都增加了它的成本，讓很多人無法承受。而且，疫苗通過誘導(dǎo)或感染所提供的免疫力，會隨著時間的推移而減弱;同時，新冠病毒屬于mRNA單鏈病毒，非常容易發(fā)生變異，從而逃過疫苗的保護作用。因此，我們非常需要一種能為所有SARS-CoV-2變種(VOCs)提供更持久免疫力的疫苗，來為全世界的人口(包括兒童和嬰兒)來提供保護。
現(xiàn)在，這個美好的愿望很有可能成為現(xiàn)實了。來自Biohub和斯坦福的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種基于鐵蛋白的蛋白質(zhì)納米粒子疫苗——Delta-C70-Ferritin-HexaPro(DCFHP)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與氫氧化鋁作為唯一的佐劑(DCFHP-alum)配制時，新疫苗可在非人靈長類動物(nonhuman primates, NHPs)中，引發(fā)針對已知變種(包括Omicron BA.4/5、BQ.1等)以及SARS-CoV-1的中和抗體，而且效果持久。而在初次免疫一年后的強化免疫中，DCFHP-alum也能引起強烈的抗原反應(yīng)。此外，比起很多新冠疫苗，這種疫苗的保存條件并不苛刻。測試結(jié)果顯示，DCFHP-alum的效力可以在超過標準室溫的溫度下，保持至少14天。研究者認為，DCFHP-alum不僅可以在之后用作一年一次的加強針，并且對于兒童(包括嬰兒)來說也十分安全。
為什么是蛋白質(zhì)納米顆粒疫苗?
與亞單位疫苗相比，蛋白質(zhì)納米顆粒疫苗更容易被抗原呈遞的樹突狀細胞所吸收，而且納米顆粒促進了抗原的多價呈遞，促進了受體的聚集和隨后的B細胞激活。
目前，這種基于鐵蛋白的納米粒子疫苗，已經(jīng)顯示出對SARS-CoV-2和其他病毒糖蛋白的強大體液免疫反應(yīng)，并且在臨床試驗中也具有較高的安全性。在此之前，這組研究人員曾嘗試過一種基于蛋白質(zhì)的納米顆粒疫苗——S?C-Fer。
S?C-Fer含有一個突變的弗林蛋白酶切割位點，和2-脯氨酸(2P)的預(yù)融合穩(wěn)定替代物(在FDA批準的SARS-CoV-2 mRNA疫苗中也有這種替代物)。尤其重要的是，S?C-Fer還刪除了刺突蛋白胞外域(spike ectodomain)C端的70個氨基酸殘基。
刺突 (S) 是一種在SARS-CoV-2表面表達的結(jié)構(gòu)糖蛋白，是病毒宿主和組織嗜性的關(guān)鍵決定因素。SARS-CoV-2 S在ACE2受體結(jié)合后介導(dǎo)病毒進入靶細胞，因此是潛在的治療藥物靶點刪除的這些殘基，包含著免疫顯性的、線性(非構(gòu)象)的表位。在康復(fù)期的新冠血漿中，這些表位時常被抗體作為靶點。相對于其他疫苗，如果從鐵蛋白納米顆粒上去除了這些免疫顯性的線性表位，和修改后的刺突蛋白的多價呈現(xiàn)，就會大大改善誘發(fā)的抗體對小鼠的中和效力。
將S?C-Fer升級為DCFHP
在本次實驗中，研究人員采用的是S?C-Fer的升級版本,——Delta-C70-Ferritin-HexaPro，或者可以稱為DCFHP。
他們用上述的四個脯氨酸替代物來補充了2P穩(wěn)定替代物，創(chuàng)造出了一個六個脯氨酸替代物(HexaPro)的版本。
DCFHP示意圖，包括將S?C-Fer轉(zhuǎn)化為DCFHP所做的修改上述工作表明， 相對于2P的版本，HexaPro SARS-CoV-2刺突蛋白具有更高的穩(wěn)定性和更好的表達。另外，在溫度變化的情況下，DCFHP的穩(wěn)定性也比S?C-FER更強。實驗結(jié)果表明，DCFHP-alum在小鼠體內(nèi)引起了針對SARS-CoV-2變種的強大而持久的免疫反應(yīng)。此外，通過對小鼠的免疫情況，研究人員發(fā)現(xiàn)，DCFHP-alum在4℃至37℃的溫度范圍內(nèi)，至少可以保持14天的穩(wěn)定性。因此可以推測：DCFHP-alum疫苗無需冷藏。
DCFHP的三維重建冷凍電鏡密度圖隨后，研究人員又在恒河猴體內(nèi)進行了實驗。在用DCFHP-alum對恒河猴進行了兩劑量的肌肉注射免疫后，可以產(chǎn)生持久、強大的中和抗體，包括Omicron BA.4/5 37和BQ.1，同時還產(chǎn)生了平衡的Th1和Th2免疫反應(yīng)。最令人吃驚的是，對于不同的SARS-CoV-1假病毒變種，這些非人靈長類動物(NHP)的抗體也都顯示出強大而持久的中和活性。在大約1年后，研究人員用第三劑DCFHP-alum給恒河猴打了加強針，也在它們體內(nèi)產(chǎn)生了強大的、廣譜的中和抗體反應(yīng)。也就是說，DCFHP-alum不僅可以作用于新冠病毒的各類變種，并且可以在全世界范圍內(nèi)推廣新冠疫苗的接種。這種方案非常經(jīng)濟有效，以后每年打一次加強針即可。
實驗結(jié)果令人驚喜
為了研究DCFHP-alum疫苗的穩(wěn)定性，研究人員將樣品在4?C、27?C或37?C儲存不同的時間，并在單劑量小鼠免疫研究中評估了這些儲存樣品的免疫原性。值得注意的是，在假病毒中和試驗中，DCFHP-alum疫苗在所有溫度和儲存期都保持了類似的免疫原性。因此研究人員的結(jié)論是，DCFHP-alum在37?C下儲存兩周后依然是穩(wěn)定的。
研究人員選取了年齡在3至9歲之間的10只雄性恒河猴，并把它們分成了兩組(A、B)。首先在第0天同時對兩組恒河猴進行初次免疫，然后在第21天(A組)或第92天(B組)接種加強針(圖3A)。根據(jù)加強免疫14天的評估，更晚接種加強針的恒河猴可以產(chǎn)生更好的中和抗體(圖3C和D);平均而言，B組對不同變種的中和反應(yīng)相對于A組增加了約4倍。
在進一步研究中發(fā)現(xiàn)，所有的非人靈長類動物對原始毒株的中和抗體反應(yīng)都持續(xù)了至少250天(圖4A和C)。同樣，B組的大多數(shù)動物對BA.4/5和序列不同的SARS-CoV-1保持了可檢測的中和效力，持續(xù)時間約為一年(圖4D)，其滴度通常高于A組(圖4B)。
為了明確DCFHP-alum是否可以作為每年接種的疫苗，研究人員在第381天給所有恒河猴再次注射了加強針。結(jié)果顯示，A組和B組的恒河猴都表現(xiàn)出強烈的免疫反應(yīng)。對原始毒株、BA.4/5、SARS-CoV-1和BQ.1的平均NT50值分別約為10^4、10^3.5、10^3和10^3(圖5A-H)。
總結(jié)一下
研究人員表示，DCFHP-alum疫苗雖然是基于最早的原始毒株序列，但卻能在非人靈長類動物中，引發(fā)對SARS-CoV-2變種和SARS-CoV-1強大且廣譜的中和抗體反應(yīng)(包括針對BA.4/5、BQ.1和SARS-CoV-1)，并且持續(xù)時間可以超過250天。
由于DCFHP-alum對非人靈長類動物進行初次免疫，可以對新冠變種提供非常廣泛的保護，因此DCFHP-alum可以作為一種重要的初防疫苗用于未接種或未受感染的人群。同時，作為常規(guī)兒童免疫計劃的一部分，鋁鹽佐劑出色的安全性在過去幾十年中已經(jīng)得到證實，并且也是嬰兒疫苗常用的成分。因此，DCFHP-alum或許也是幫助嬰兒中建立起針對SARS-CoV-2的免疫印記的一種理想方式。此外，基于CHO的細胞系可以實現(xiàn)新疫苗的低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，并且還可以在超過標準室溫的溫度下穩(wěn)定保存兩周以上。綜上所述，研究人員認為，DCFHP-alum是開發(fā)新疫苗的優(yōu)秀候選。
參考資料：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.25.521784v1
