截止2020年11月25日，SARS-CoV-2已經在全球導致了超過6000萬COVID-19確診病例，其中包括了多達140萬的死亡病例。儘管我國已經全面控制了新冠疫情的大面積傳播，然而仍有一些輸入性病例和零星本土病例偶現。開發強效地針對新冠病毒的疫苗成為了當前疫情防控的當務之急。目前全世界有261款備選疫苗處於研發當中，其中有58款處於臨床驗證階段。在COVID-19爆發初期，新冠疫苗研發多集中於技術路線相對成熟的滅活疫苗、核酸疫苗和腺病毒疫苗。亞單位疫苗因需要探索有效可行的免疫原，因此早期相對緩慢，但由於亞單位疫苗的工藝相對簡單且效價和安全性較高，近三個月已經成為全世界進一步研發特效疫苗的主流方向，已經有多達80款重組亞單位疫苗處於臨床前和臨床研發當中。
2020年11月25日，來自中山大學人類病毒學研究所的張輝教授團隊在Immunity在線發表了題為Nanoparticle Vaccines Based on the Receptor Binding Domain(RBD) and Heptad Repeat (HR) of SARS-CoV-2 Elicit Robust Protective ImmuneResponses（針對SARS-CoV-2的RBD和HR雙抗原納米顆粒疫苗誘導強效的保護性免疫反應）的研究論文。本研究所開發的新型納米顆粒疫苗所誘導的針對SARS-CoV-2的中和抗體滴度在小鼠中位居國際第一，在恆河猴模型中位居世界第三。（註：中和抗體滴度判斷標準、統計方式、實驗靈敏度均可能存在不同。）該研究通過幽門螺旋桿菌鐵蛋白（H. pylori Ferritin）自組裝成穩定二十四聚體的能力，再通過SpyTag/SpyCatcher的不可逆共價修飾系統，將24個新冠病毒刺突蛋白Spike的受體結合域（RBD）和七肽重複域（HR）同時呈遞於納米顆粒的表面。相對於RBD或HR單體免疫，納米顆粒的抗原展示技術可以更加高效的將免疫原呈遞給機體免疫系統，並極大程度地維持RBD和HR的原始抗原構象，暴露有效的中和抗體空間表位。
在初始免疫原篩選過程中，張輝教授團隊充分考慮到了單次免疫單體抗原可能引起的免疫原性不足，以及輔助性T細胞（Tfh）的與生發中心B細胞（GC B）可能存在協同效應低下。團隊將Ferritin的納米顆粒展示技術應用到新冠疫苗的研發當中，利用Ferritin自組裝成24聚體的能力，將RBD抗原密集地展示於納米顆粒的表面。同時為了充分調動T細胞協同免疫，團隊將富含T細胞表位的HR抗原也引入到納米顆粒疫苗表面，通過SpyTag/SpyCatcher系統將RBD和HR雙抗原共同展示在納米顆粒表面。Ferritin通過細菌系統表達，RBD和HR通過真核CHO-S系統表達。隨後將不同比例的RBD和HR與Ferritin共孵育，在普通緩衝液環境下迅速組裝形成含有RBD或RBD/HR的納米顆粒。再通過分子篩分離和超濾濃縮，最終產生納米顆粒疫苗。
為了驗證納米顆粒疫苗的有效性，團隊在三種動物模型中進行了不同疫苗的Prime/Boost兩次免疫。結果發現，在三種動物模型（BALB/c小鼠、hACE2小鼠和恆河猴）中，納米顆粒疫苗相對於單體組，均能夠顯著誘導更加高的中和抗體滴度。與此同時，納米顆粒疫苗相對於單體組，也能夠誘導更加高比例的RBD特異的記憶B細胞（MBC）、更加高比例的分泌IFN-γ的CD8+ T細胞和CD4+T細胞、以及更加高比例的Tfh細胞。該研究還發現，含有HR免疫原的納米顆粒疫苗所誘導產生的中和抗體，還能夠潛在地中和多種其他冠狀病毒，展示出一定的交叉保護作用。為了驗證納米顆粒疫苗所誘導產生的中和抗體是否有保護作用，該研究依託中山大學生物安全三級實驗室平臺，進一步地對免疫過的hACE2小鼠進行了野生型SARS-CoV-2攻毒。結果顯示，未經疫苗免疫的對照組小鼠經攻毒後肺部損傷嚴重，病毒發生劇烈擴增。而經納米顆粒疫苗免疫的小鼠則完全抵禦病毒的感染，肺部正常，檢測不到殘留病毒。
值得注意的是，該研究還深入探究了納米顆粒疫苗潛在的安全性。研究者首先發現，經過納米疫苗免疫過的小鼠體內CD4+ T細胞以分泌IFN-γ的Th-1型為主，而分泌IL-4的Th-2型CD4+T細胞在組間無明顯差異。表明納米顆粒疫苗不會產生「疫苗相關的呼吸疾病增強作用（VAERD）」。研究者還發現，經納米顆粒疫苗免疫後的血清不會通過FcγR受體增強靶細胞的感染，即不存在「抗體介導的感染增強作用（ADE）」。陽性對照組血清即經過ZIKV感染的動物血清則表現出明顯的感染增強現象。最後，該研究還系統分析了經納米顆粒疫苗免疫的小鼠模型10餘個臟器組織的病變損傷情況，以及恆河猴免疫前1周至免疫後12周的體溫、體重、血常規和尿常規等生理生化指標變化。發現經納米顆粒疫苗免疫的動物個體臟器均正常，各項指標均在正常範圍內波動。為深入的臨床實踐提供了寶貴的研究基礎。
綜上所述，該研究探索開發了一款針對新冠病毒的新型雙抗原納米顆粒疫苗。該納米顆粒疫苗的中和抗體效價、T/B細胞協同免疫反應和交叉保護作用，均顯著高於亞單位單體疫苗，極大地拓展了當前疫苗研發技術路線。深入的探究納米顆粒疫苗發揮作用的機制以及開展臨床前安全評估工作將為該疫苗推向市場提供更加強有力的保障。
據悉，中山大學的張輝教授為本文的通訊作者，中山大學「博新計劃」博士後馬顯才、千揚生物醫學研究院鄒帆博士、廣東省人民醫院於霏博士、博士生李鎔、博士生袁耀昌和中山大學博士後張譯文為本文的共同第一作者。千揚生物醫學研究院劉俊博士和廣東省人民醫院張峻崧博士對本文也做出了重要貢獻。
原文連結：
https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.11.015