一种针对SARS-CoV-2关切变异株的有效、广谱保护性疫苗

A potent, broadly protective vaccine against SARS-CoV-2 variants of concern.

作者信息Ziyan Wang, Jiao An, Kunpeng Liu, Pin Yu, Xin Fang, Jiadai Li, Hua Zhu, Qianjun Zhu, Chuanqi Huang, Chao Zhang, Binbin Zhao, Linlin Bao, Yujiao Song, Xiayao Cao, Dongdong Hu, Yuanxiang Jiang, Likang Shi, Lingyun Zhou, Jiang Fan, Wuxiang Guan, Chenliang Zhou, Zhongyu Hu, Zhiming Yuan, Jiangning Liu, Chao Shan, Ge Liu
PMID36371432
发布时间2022-11-12
DOI10.1038/s41541-022-00571-0

实验完整度

包含体外蛋白表征、小鼠免疫原性、仓鼠和恒河猴攻毒保护实验及免疫相关分析,涵盖至少两个独立证据层级,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

BALB/c小鼠 金黄叙利亚仓鼠 恒河猴 BHK-21-hACE2细胞

重点核对

疫苗抗原包含K417N、E484K、N501Y和D614G四个热点突变,基于S-6P骨架 佐剂为Alum/CpG 7909双佐剂,小鼠最佳剂量为5.0 μg S蛋白、50 μg Alum和50 μg CpG 7909 小鼠免疫方案为第0天和第21天肌内注射,剂量为拟人用剂量的1/10 仓鼠攻毒模型使用105 TCID50 Beta或Delta株,通过鼻内攻毒 恒河猴攻毒模型使用105 TCID50原型株(2019-nCoV-WIV04),通过气管插管攻毒

摘要

自2019年12月首次暴发以来,SARS-CoV-2持续演变,世界卫生组织(WHO)已将五种变异株列为关切变异株(VOC)。这些VOC被发现可增强传播和/或降低单克隆抗体及疫苗诱导抗体的中和能力。在此,我们成功设计并在CHO细胞中以高产量生产了一种重组COVID-19疫苗。该疫苗抗原基于SARS-CoV-2预融合稳定化刺突三聚体(S-6P),包含四个热点替代K417N、E484K、N501Y和D614G,并使用Alum/CpG 7909双佐剂系统配制。免疫原性研究结果显示,该变异疫苗诱导了针对SARS-CoV-2原型(武汉)株及所有5种VOC的强效交叉中和抗体反应。此外,在BALB/c小鼠中刺激了TH1(T辅助1型)细胞因子谱,并在恒河猴中记录了显著的CD4+ T细胞反应。在叙利亚仓鼠和恒河猴SARS-CoV-2模型中评估了该候选疫苗的保护效力。在感染Beta或Delta株的金黄叙利亚仓鼠中,该候选疫苗降低了鼻甲和肺组织中的病毒载量,并伴有显著的体重增加和肺部炎症的缓解。在感染原型SARS-CoV-2的恒河猴中,该候选疫苗随时间减少了咽、肛、血拭子中的病毒脱落,降低了支气管和肺组织的病毒载量,并有效缓解了肺部病理炎症反应。总之,我们的数据证明了该变异疫苗针对SARS-CoV-2原型株和当前VOC的广泛中和活性和效力,支持进一步的临床开发。

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
本研究旨在开发一种能够针对SARS-CoV-2原型株及所有关切变异株(VOC)提供广谱保护的重组COVID-19疫苗,并评估其免疫原性和保护效力。
核心机制
疫苗通过包含四个热点突变(K417N、E484K、N501Y、D614G)的预融合稳定化刺突三聚体(S-6P)抗原,结合Alum/CpG 7909双佐剂,诱导强烈的中和抗体反应和偏向TH1型的细胞免疫反应,从而提供交叉保护。
主要证据
在小鼠、金黄叙利亚仓鼠和恒河猴模型中,疫苗诱导了针对原型株和所有VOC的交叉中和抗体;仓鼠攻毒实验中,疫苗降低了Beta和Delta株攻毒后的病毒载量并减轻肺部病理;恒河猴攻毒实验中,疫苗降低了原型株攻毒后的病毒脱落和肺组织病毒载量,并改善了肺部病理。
研究意义
该研究数据支持该变异疫苗作为广谱保护性COVID-19疫苗的进一步临床开发,可能作为初级疫苗或加强剂量使用。

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

变异S三聚体蛋白的生产与表征

生产变异S蛋白并验证其纯度、三聚体构象和ACE2结合亲和力。

在CHO细胞中表达包含四个热点突变和六个脯氨酸稳定化替代的S-6P三聚体,通过SDS-PAGE、SE-HPLC和BLI表征。

2

小鼠免疫原性研究

筛选最佳佐剂组合和剂量,并比较变异疫苗与原型疫苗的免疫原性。

BALB/c小鼠免疫两次,检测假病毒中和抗体和T细胞反应。

3

仓鼠攻毒保护实验

评估疫苗对Beta和Delta变异株的保护效力。

金黄叙利亚仓鼠免疫两次后,用Beta或Delta株攻毒,检测体重变化、病毒载量和肺部病理。

4

恒河猴免疫原性和攻毒保护实验

评估疫苗在非人灵长类中的免疫原性和对原型株的保护效力。

恒河猴免疫两次,检测结合抗体、中和抗体和T细胞反应,随后用原型株攻毒,评估病毒脱落和肺部病理。

5

免疫相关分析

评估中和抗体与保护的相关性。

使用Spearman相关分析计算中和抗体滴度与病毒载量之间的相关性。

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

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco11995-040
胎牛血清Gibco10091-148
青霉素-链霉素溶液BasalMediaS110JV
嘌呤霉素BeyotimeST511
深层过滤Cobetter--
GatorPrime生物层干涉仪GatorBio--
人Fc探针Gator Bio160003
Fc标签人ACE2蛋白Sino Biological10108-H02H
96孔板Corning9018
HRP标记的山羊抗小鼠IgGBio-Rad1706516
山羊抗仓鼠IgGInvitrogenPA1-28823
山羊抗猴IgGBETHYLA140-102P
TMB底物溶液SeraCare5120-0038
酶标仪Molecular DevicesSpectraMax
96孔板Corning3599
96孔白底透明底微孔板Corning3610
含荧光素底物PerkinElmer6066769
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯Sigma-Aldrich79346
离子霉素Yeasen50401ES03
S刺突肽库GenScript--
布雷菲德菌素ABD555029
抗CD28抗体MabtechFS-2122-10
LIVE/DEAD Aqua染色剂----
流式细胞术抗体BioLegend/BD--
BD FACS Canto II流式细胞仪BD--
刀豆蛋白ASigma-AldrichL7647-25MG
猴IFN-γ/IL-2/TNF-α FluoroSpot检测试剂盒MabtechFSP-212822-10
人IL-4/IL-5 FluoroSpot检测试剂盒MabtechX-16B08W-1
小鼠IFN-γ/IL-2/TNF-α FluoroSpot检测试剂盒MabtechX-41A42B45W-10
ELISPOT读板仪CTLS6
QIAamp病毒RNA小提试剂盒Qiagen--
HiScript II一步法qRT-PCR SYBR Green试剂盒Vazyme Biotech Co., Ltd.--
ABI StepOne实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--

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
蛋白生产与表征
CHO细胞表达条件、纯化流程(低pH病毒灭活、三步色谱、纳滤)、SDS-PAGE纯度、SE-HPLC构象、BLI结合亲和力
阅读提示:Methods: Protein production and characterization
小鼠免疫原性
BALB/c小鼠周龄(6-8周)、性别(雌性)、每组10只、免疫剂量(1/10人用剂量)、免疫途径(肌内)、免疫时间(第0、21天)、佐剂剂量(50 μg Alum/50 μg CpG 7909)、抗原剂量(5.0 μg)、检测时间点(第35天)
阅读提示:Methods: Animal studies, Results: Vaccine-induced antibody and T cell responses in BALB/c mice, Fig. 2A
仓鼠攻毒实验
金黄叙利亚仓鼠、免疫剂量(1/5人用剂量)、免疫时间(第0、21天)、攻毒剂量(105 TCID50 Beta或Delta)、攻毒途径(鼻内)、攻毒时间(第42天)、病毒载量检测(第49天)
阅读提示:Methods: Animal studies, Fig. 2B
恒河猴实验
恒河猴数量(6只/组,3雄3雌)、年龄(5-7岁)、体重(5-7 kg)、免疫剂量(50 μg S蛋白/500 μg Alum/500 μg CpG 7909)、免疫时间(第0、21天)、攻毒剂量(105 TCID50原型株2019-nCoV-WIV04)、攻毒途径(气管插管)、攻毒时间(第65天)、检测时间点(攻毒后监测7天)
阅读提示:Methods: Animal studies, Fig. 2C