■本報記者 馮麗妃

在7月15日在線發(fā)表于《自然—免疫學》的一項研究中，中國科學院微生物研究所高福院士，戴連攀、嚴景華研究員等基于結構生物學設計的一款新型保護性寨卡疫苗，為抗疫“武器庫”再添利器。

寨卡病毒之所以臭名昭著，是因為它會導致嬰兒小頭癥，以及其他不可逆的新生兒嚴重出生缺陷。此外，它還會與另一種由蚊蟲傳播的疾病——登革病毒感染誘導交叉反應的抗體響應，增加登革病毒感染的嚴重程度，甚至對人產生致命威脅。

此次設計的新疫苗“一箭雙雕”，既能防止寨卡病毒侵襲胎體，又能切斷寨卡預存抗體對登革病毒感染的嚴重抗體依賴增強（ADE）效應。

疫苗困境

寨卡病毒主要通過埃及伊蚊傳播，最早于1947年在烏干達寨卡森林的猴子身上分離出來。2015至2016年，寨卡疫情成為國際公共衛(wèi)生緊急事件。據世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，全球已有86個國家和地區(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、關節(jié)疼痛、結膜炎等；但其感染孕婦后可能使嬰兒產生小頭癥和其他不可逆的出生缺陷。

WHO認為，要應對未來的疫情，開發(fā)疫苗是重點。然而，至今尚無相關疫苗獲批。其原因與寨卡病毒和登革病毒之間的“跨種”ADE效應不無關系。在這種情況下，抗體不會“中和”病毒，使其失去感染細胞的能力，而是發(fā)揮相反的作用，協(xié)助病毒進入靶細胞，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《中國科學報》解釋，去年8月發(fā)表于《科學》的一項人群隊列研究就發(fā)現，既往的寨卡病毒感染能夠顯著增加后續(xù)登革病毒感染的嚴重程度，證明寨卡預存抗體對登革病毒感染有嚴重的ADE風險。

寨卡、登革血清型之間的ADE是疫苗研制亟須解決的焦點安全問題，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。

對此，高福等在文中表示，理想的寨卡疫苗應該具備三個特點：預防寨卡病毒的母嬰傳播；預防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE；預防由于寨卡疫苗免疫導致的登革ADE。然而，目前全球進入臨床階段的寨卡疫苗在設計上都沒有避免潛在的登革ADE風險。

“剪”得斷 “理”不亂

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

以往研究表明，寨卡或登革病毒引起ADE效應的交叉抗體，主要靶向的是病毒表面結構蛋白prM和E蛋白的融合肽（FL）這一保守區(qū)域。通過兩種方式——在FL表位引入突變，或構建E蛋白二聚體遮蔽FL表位，都能顯著降低寨卡疫苗對登革病毒感染的ADE。

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

如何才能“干掉”FL表位這個“保守派”，同時又能隔斷寨卡病毒母嬰傳播呢？

為了解決這一問題，高福團隊從2016年起便開展針對寨卡病毒的研究，解析出寨卡病毒保護性免疫原E蛋白的晶體結構（E蛋白在黃病毒表面就如同鑰匙一樣幫助病毒打開宿主細胞的大門），分離到了一系列靶向E蛋白不同結構域的中和/保護抗體，解析了靶向FL表位的代表性ADE抗體的結構基礎。這些研究為理性設計消除ADE的寨卡疫苗提供了重要指導。

在新研究中，研究人員采取了一種“抗體指導疫苗設計”的反向疫苗學策略�；�于ADE抗體結合FL的結構基礎，對寨卡免疫原E蛋白進行理性改造，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。

他們通過同源替換的方法，將寨卡E蛋白的FL，替換成黃病毒屬中進化關系最遠的昆蟲特異性黃病毒的同源序列，從而改變了FL表位上結合ADE抗體的3個關鍵氨基酸。

隨后，研究人員通過一系列中和保護性抗體和ADE抗體，對改造后的E蛋白抗原進行正向和負向篩選，獲得同時滿足FL表位消除和中和表位維持的構建。其中，兩種設計——MutB和MutC被制備成黑猩猩腺病毒載體（AdC7）疫苗進行評估。

其結果是“一箭雙雕”。一方面，MutB/C疫苗一次免疫可產生清除性的免疫應答, 完全保護小鼠抵御寨卡病毒, 在病毒感染的所有靶組織中都檢測不到病毒載量，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四種血清型登革病毒的ADE；血清過繼試驗證實MutB/C疫苗免疫血清不會引起登革病毒感染的ADE，而野生型構建（WT）則會加快動物的死亡和使病癥加重。

“這是一項非常好的研究，基于結構的抗原設計被用于解決寨卡疫苗中的ADE問題。”一名審稿人在評議中說，寨卡病毒WTFL表位被節(jié)肢動物特異性序列取代，既保持了抗原的構象和免疫原性，又避免了WTFL特異性抗體的結合。

充實抗疫“武器庫”

研究者并未就此止步。知其然還要知其所以然，他們進一步探究了改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫學基礎。

通過B細胞受體（BCR）的單細胞測序方法，他們分析了免疫后小鼠淋巴結的抗原特異性BCR的特性。結果顯示，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，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抗原改造E蛋白MutC結合中和抗體的分子基礎，發(fā)現MutC仍然能夠通過新的作用力維持E蛋白的二聚體結構，這對于激活有效中和抗體非常重要。此外，改造后的FL氨基酸產生對ADE抗體的位阻和電荷排斥，因此揭示了MutC不誘導ADE抗體產生的結構基礎。

新研究將有助于充實我國抗疫“武器庫”。正如另一位審稿人所說，“這項研究針對該領域長期存在的問題提出了一個漂亮的解決方案，合理設計出一種改進的寨卡病毒免疫原。消除ADE是開發(fā)有效寨卡疫苗的重要一步”。

高福等在文中也指出，本項研究通過小鼠模型為疫苗未來進行臨床試驗提供了免疫學趨勢，也為面向疫苗的蛋白質設計提供了新的見解。理性設計消除ADE的新型寨卡疫苗將指導寨卡疫苗未來在臨床中的使用。