针对大流行和流行前冠状病毒的中和抗体疫苗

Neutralizing antibody vaccine for pandemic and pre-emergent coronaviruses

作者信息Kevin O Saunders, Esther Lee, Robert Parks, David R Martinez, Dapeng Li, Haiyan Chen, Robert J Edwards, Sophie Gobeil, Maggie Barr, Katayoun Mansouri, S Munir Alam, Laura L Sutherland, Fangping Cai, Aja M Sanzone, Madison Berry, Kartik Manne, Kevin W Bock, Mahnaz Minai, Bianca M Nagata, Anyway B Kapingidza, Mihai Azoitei, Longping V Tse, Trevor D Scobey, Rachel L Spreng, R Wes Rountree, C Todd DeMarco, Thomas N Denny, Christopher W Woods, Elizabeth W Petzold, Juanjie Tang, Thomas H Oguin 3rd, Gregory D Sempowski, Matthew Gagne, Daniel C Douek, Mark A Tomai, Christopher B Fox, Robert Seder, Kevin Wiehe, Drew Weissman, Norbert Pardi, Hana Golding, Surender Khurana, Priyamvada Acharya, Hanne Andersen, Mark G Lewis, Ian N Moore, David C Montefiori, Ralph S Baric, Barton F Haynes
PMID33971664
期刊Nature
发布时间2021-06
DOI10.1038/s41586-021-03594-0

实验完整度

包含纳米颗粒疫苗构建、猕猴免疫原性评估、SARS-CoV-2变异株交叉中和、SARS相关病毒中和、攻击保护实验及组织病理分析,功能与机制验证充分。

主要模型

食蟹猕猴 恒河猴 SARS-CoV-2攻击模型

重点核对

疫苗免疫剂量和佐剂:RBD-scNP 100 μg,3M-052 5 μg,Alum 500 μg,分别在第0、4、8周免疫 mRNA-LNP免疫剂量:S-2P或RBD mRNA-LNP 50 μg,两次免疫,间隔4周 SARS-CoV-2攻击剂量和途径:105 PFU,通过气管内(3.0 mL)和鼻内(0.5 mL/鼻孔)途径 中和抗体检测:使用SARS-CoV-2 D614G、B.1.1.7、P.1、B.1.351假病毒及活病毒(SARS-CoV-2、SARS-CoV、WIV-1、SHC014) 病毒复制评估:通过E和N亚基因组RNA qPCR以及BAL液空斑实验

摘要

贝塔冠状病毒(betaCoVs)引起了严重急性呼吸综合征(SARS)和中东呼吸综合征(MERS)的爆发,以及SARS-CoV-2的大流行1-4。能够引发针对SARS-CoV-2和在动物中传播的betaCoVs的保护性免疫的疫苗有潜力预防未来的betaCoV大流行。在这里,我们展示了猕猴免疫接种多聚SARS-CoV-2受体结合域(RBD)纳米颗粒,并使用3M-052/Alum佐剂,引发了针对蝙蝠CoVs、SARS-CoV-1、SARS-CoV-2以及SARS-CoV-2变异株B.1.1.7、P.1和B.1.351的交叉中和抗体(cross-nAb)反应。纳米颗粒疫苗接种导致了SARS-CoV-2的几何平均中和ID50滴度为47,216,并保护猕猴上、下呼吸道免受SARS-CoV-2感染。重要的是,编码稳定跨膜刺突蛋白或单体RBD的核苷修饰mRNA也诱导了SARS-CoV-1和蝙蝠CoV的交叉中和抗体,尽管滴度较低。这些结果表明,当前的mRNA疫苗可能提供对未来人畜共患betaCoV爆发的某些保护,并为进一步开发泛betaCoV疫苗提供了平台。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
该研究旨在评估多聚SARS-CoV-2 RBD纳米颗粒疫苗(RBD-scNP)在非人灵长类中诱导交叉中和抗体应答的潜力,并比较其与mRNA疫苗的免疫原性和保护效果。
核心机制
RBD-scNP疫苗诱导高滴度中和抗体,并偏向于诱导针对保守表位(如DH1047表位)的交叉中和抗体,从而对多种SARS相关betaCoV和变异株产生广泛中和活性。
主要证据
RBD-scNP免疫的猕猴血清表现出高滴度SARS-CoV-2中和抗体(ID50几何平均滴度47,216),能中和SARS-CoV-1、蝙蝠CoV-WIV-1和SHC014,且对B.1.351和P.1变异株的滴度下降幅度小于mRNA疫苗组。攻击实验显示RBD-scNP疫苗几乎完全阻止了上、下呼吸道的病毒复制。
研究意义
该研究提供了一种泛betaCoV疫苗开发平台,并表明基于RBD的纳米颗粒疫苗可能预防未来蝙蝠betaCoV溢出,且3M-052/Alum佐剂已处于临床试验阶段(NCT04177355),具有转化潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

RBD-scNP疫苗的构建与表征

验证RBD与铁蛋白纳米颗粒的共价连接及正确构象

通过分选酶A反应将SARS-CoV-2 RBD与幽门螺杆菌铁蛋白纳米颗粒偶联,并经尺寸排阻色谱和负染电镜确认结构。

2

猕猴免疫原性研究

评估RBD-scNP和mRNA疫苗在猕猴中诱导结合抗体和中和抗体的能力

对食蟹猕猴进行RBD-scNP(100 μg)三次免疫,或S-2P mRNA-LNP(50 μg)两次免疫后RBD-scNP(100 μg)一次加强,或RBD mRNA-LNP(50 μg)两次免疫(恒河猴),检测血清结合抗体、ACE2阻断活性、DH1041/DH1047阻断活性及中和抗体滴度。

3

交叉中和与变异株中和评估

评估疫苗诱导的中和抗体对SARS-CoV-2变异株和SARS相关病毒的交叉反应性

测定免疫血清对SARS-CoV-2 D614G、B.1.1.7、P.1、B.1.351假病毒以及SARS-CoV-1、WIV-1、SHC014活病毒的ID50/ID80滴度,并分析中和滴度的降低倍数。

4

SARS-CoV-2攻击保护研究

评估RBD-scNP疫苗和S-2P mRNA-LNP初免/RBD-scNP加强方案对SARS-CoV-2感染的保护作用

对免疫和未免疫猕猴进行气管内和鼻内SARS-CoV-2攻击,收集鼻拭子和BAL液,检测亚基因组RNA和感染性病毒,并进行肺组织病毒抗原和病理学分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
疫苗制备
RBD-scNP偶联条件(RBD与铁蛋白比例、分选酶浓度、反应时间)
阅读提示:Methods: Sortase A conjugation of SARS-CoV-2 RBD to H. pylori ferritin nanoparticles
动物免疫
免疫剂量、途径、时间表、佐剂组成
阅读提示:Methods: Animals, immunizations, and human samples
中和抗体检测
靶细胞类型、病毒假型或活病毒、血清起始稀释度、中和滴度计算标准(ID50/ID80)
阅读提示:Methods: SARS-CoV-2 pseudovirus neutralization; Live virus neutralization assays
病毒攻击
攻击病毒株和剂量、攻毒途径、时间点、Vero E6细胞批次
阅读提示:Methods: SARS-CoV-2 intranasal and intratracheal challenge
病毒载量测定
qPCR引物探针序列、标准曲线、检测下限(LOD)、样本处理方式
阅读提示:Methods: Subgenomic RNA real time PCR quantification