■本報(bào)記者 馮麗妃

在7月15日在線發(fā)表于《自然—免疫學(xué)》的一項(xiàng)研究中，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所高福院士，戴連攀、嚴(yán)景華研究員等基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)設(shè)計(jì)的一款新型保護(hù)性寨卡疫苗，為抗疫“武器庫(kù)”再添利器。

寨卡病毒之所以臭名昭著，是因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致嬰兒小頭癥，以及其他不可逆的新生兒嚴(yán)重出生缺陷。此外，它還會(huì)與另一種由蚊蟲傳播的疾病——登革病毒感染誘導(dǎo)交叉反應(yīng)的抗體響應(yīng)，增加登革病毒感染的嚴(yán)重程度，甚至對(duì)人產(chǎn)生致命威脅。

此次設(shè)計(jì)的新疫苗“一箭雙雕”，既能防止寨卡病毒侵襲胎體，又能切斷寨卡預(yù)存抗體對(duì)登革病毒感染的嚴(yán)重抗體依賴增強(qiáng)（ADE）效應(yīng)。

疫苗困境

寨卡病毒主要通過(guò)埃及伊蚊傳播，最早于1947年在烏干達(dá)寨卡森林的猴子身上分離出來(lái)。2015至2016年，寨卡疫情成為國(guó)際公共衛(wèi)生緊急事件。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計(jì)，全球已有86個(gè)國(guó)家和地區(qū)暴發(fā)寨卡疫情。

通常情況下，寨卡病毒感染人類，只引起低熱、斑丘疹、關(guān)節(jié)疼痛、結(jié)膜炎等；但其感染孕婦后可能使嬰兒產(chǎn)生小頭癥和其他不可逆的出生缺陷。

WHO認(rèn)為，要應(yīng)對(duì)未來(lái)的疫情，開(kāi)發(fā)疫苗是重點(diǎn)。然而，至今尚無(wú)相關(guān)疫苗獲批。其原因與寨卡病毒和登革病毒之間的“跨種”ADE效應(yīng)不無(wú)關(guān)系。在這種情況下，抗體不會(huì)“中和”病毒，使其失去感染細(xì)胞的能力，而是發(fā)揮相反的作用，協(xié)助病毒進(jìn)入靶細(xì)胞，提高感染率。

“寨卡病毒與登革病毒都是黃病毒屬，其抗原性接近，同屬超血清家族。”論文第一作者兼通訊作者戴連攀向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》解釋，去年8月發(fā)表于《科學(xué)》的一項(xiàng)人群隊(duì)列研究就發(fā)現(xiàn)，既往的寨卡病毒感染能夠顯著增加后續(xù)登革病毒感染的嚴(yán)重程度，證明寨卡預(yù)存抗體對(duì)登革病毒感染有嚴(yán)重的ADE風(fēng)險(xiǎn)。

寨卡、登革血清型之間的ADE是疫苗研制亟須解決的焦點(diǎn)安全問(wèn)題，特別是這兩類病毒可由相同的媒介——埃及伊蚊傳播，且流行區(qū)域重疊，使疫苗研發(fā)更加困難。

對(duì)此，高福等在文中表示，理想的寨卡疫苗應(yīng)該具備三個(gè)特點(diǎn)：預(yù)防寨卡病毒的母嬰傳播；預(yù)防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE；預(yù)防由于寨卡疫苗免疫導(dǎo)致的登革ADE。然而，目前全球進(jìn)入臨床階段的寨卡疫苗在設(shè)計(jì)上都沒(méi)有避免潛在的登革ADE風(fēng)險(xiǎn)。

“剪”得斷 “理”不亂

要想解決寨卡疫苗研制的安全問(wèn)題，就需要找到連接寨卡與登革病毒之間的“跨種”ADE效應(yīng)的“紐帶”，并剪斷它。

以往研究表明，寨卡或登革病毒引起ADE效應(yīng)的交叉抗體，主要靶向的是病毒表面結(jié)構(gòu)蛋白prM和E蛋白的融合肽（FL）這一保守區(qū)域。通過(guò)兩種方式——在FL表位引入突變，或構(gòu)建E蛋白二聚體遮蔽FL表位，都能顯著降低寨卡疫苗對(duì)登革病毒感染的ADE。

“但在小鼠模型上，這兩種疫苗方式都不能產(chǎn)生足夠的保護(hù)性免疫應(yīng)答，完全阻斷寨卡病毒母嬰垂直傳播。”戴連攀說(shuō)，鑒于寨卡病毒感染孕婦對(duì)新生兒潛在的長(zhǎng)期嚴(yán)重后果，研發(fā)能誘導(dǎo)母嬰清除性免疫應(yīng)答的寨卡疫苗尤為重要。

如何才能“干掉”FL表位這個(gè)“保守派”，同時(shí)又能隔斷寨卡病毒母嬰傳播呢？

為了解決這一問(wèn)題，高福團(tuán)隊(duì)從2016年起便開(kāi)展針對(duì)寨卡病毒的研究，解析出寨卡病毒保護(hù)性免疫原E蛋白的晶體結(jié)構(gòu)（E蛋白在黃病毒表面就如同鑰匙一樣幫助病毒打開(kāi)宿主細(xì)胞的大門），分離到了一系列靶向E蛋白不同結(jié)構(gòu)域的中和/保護(hù)抗體，解析了靶向FL表位的代表性ADE抗體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這些研究為理性設(shè)計(jì)消除ADE的寨卡疫苗提供了重要指導(dǎo)。

在新研究中，研究人員采取了一種“抗體指導(dǎo)疫苗設(shè)計(jì)”的反向疫苗學(xué)策略。基于ADE抗體結(jié)合FL的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對(duì)寨卡免疫原E蛋白進(jìn)行理性改造，其目的是既消除FL表位，又能維持其他中和抗體表位的完整。

他們通過(guò)同源替換的方法，將寨卡E蛋白的FL，替換成黃病毒屬中進(jìn)化關(guān)系最遠(yuǎn)的昆蟲特異性黃病毒的同源序列，從而改變了FL表位上結(jié)合ADE抗體的3個(gè)關(guān)鍵氨基酸。

隨后，研究人員通過(guò)一系列中和保護(hù)性抗體和ADE抗體，對(duì)改造后的E蛋白抗原進(jìn)行正向和負(fù)向篩選，獲得同時(shí)滿足FL表位消除和中和表位維持的構(gòu)建。其中，兩種設(shè)計(jì)——MutB和MutC被制備成黑猩猩腺病毒載體（AdC7）疫苗進(jìn)行評(píng)估。

其結(jié)果是“一箭雙雕”。一方面，MutB/C疫苗一次免疫可產(chǎn)生清除性的免疫應(yīng)答, 完全保護(hù)小鼠抵御寨卡病毒, 在病毒感染的所有靶組織中都檢測(cè)不到病毒載量，能夠完全阻斷寨卡病毒的母嬰傳播。另一方面，兩種疫苗免疫血清完全消除了對(duì)四種血清型登革病毒的ADE；血清過(guò)繼試驗(yàn)證實(shí)MutB/C疫苗免疫血清不會(huì)引起登革病毒感染的ADE，而野生型構(gòu)建（WT）則會(huì)加快動(dòng)物的死亡和使病癥加重。

“這是一項(xiàng)非常好的研究，基于結(jié)構(gòu)的抗原設(shè)計(jì)被用于解決寨卡疫苗中的ADE問(wèn)題。”一名審稿人在評(píng)議中說(shuō)，寨卡病毒W(wǎng)TFL表位被節(jié)肢動(dòng)物特異性序列取代，既保持了抗原的構(gòu)象和免疫原性，又避免了WTFL特異性抗體的結(jié)合。

充實(shí)抗疫“武器庫(kù)”

研究者并未就此止步。知其然還要知其所以然，他們進(jìn)一步探究了改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫學(xué)基礎(chǔ)。

通過(guò)B細(xì)胞受體（BCR）的單細(xì)胞測(cè)序方法，他們分析了免疫后小鼠淋巴結(jié)的抗原特異性BCR的特性。結(jié)果顯示，野生型疫苗激發(fā)的體液免疫存在明顯的免疫優(yōu)勢(shì)情況，60%以上的BCR使用3組胚系基因。而MutB/C打破了原有的免疫優(yōu)勢(shì)，使抗原特異性BCR使用的胚系基因呈分散式分布。

研究者們最后解析了其中一個(gè)抗原改造E蛋白MutC結(jié)合中和抗體的分子基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)MutC仍然能夠通過(guò)新的作用力維持E蛋白的二聚體結(jié)構(gòu)，這對(duì)于激活有效中和抗體非常重要。此外，改造后的FL氨基酸產(chǎn)生對(duì)ADE抗體的位阻和電荷排斥，因此揭示了MutC不誘導(dǎo)ADE抗體產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

新研究將有助于充實(shí)我國(guó)抗疫“武器庫(kù)”。正如另一位審稿人所說(shuō)，“這項(xiàng)研究針對(duì)該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的問(wèn)題提出了一個(gè)漂亮的解決方案，合理設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)的寨卡病毒免疫原。消除ADE是開(kāi)發(fā)有效寨卡疫苗的重要一步”。

高福等在文中也指出，本項(xiàng)研究通過(guò)小鼠模型為疫苗未來(lái)進(jìn)行臨床試驗(yàn)提供了免疫學(xué)趨勢(shì)，也為面向疫苗的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。理性設(shè)計(jì)消除ADE的新型寨卡疫苗將指導(dǎo)寨卡疫苗未來(lái)在臨床中的使用。