编码寡聚、预融合稳定的SARS-CoV-2刺突糖蛋白的表面修饰麻疹疫苗可增强对Omicron和历史变异株的中和抗体反应,且不受麻疹血清阳性状态的影响。

Surface-modified measles vaccines encoding oligomeric, prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike glycoproteins boost neutralizing antibody responses to Omicron and historical variants, independent of measles seropositivity.

作者信息Miguel Á Muñoz-Alía, Rebecca A Nace, Baskar Balakrishnan, Lianwen Zhang, Nandakumar Packiriswamy, Gagandeep Singh, Prajakta Warang, Ignacio Mena, Riya Narjari, Rianna Vandergaast, Kah-Whye Peng, Adolfo García-Sastre, Michael Schotsaert, Stephen J Russell
PMID38193729
期刊mBio
发布时间2024-02-14
DOI10.1128/mbio.02928-23

实验完整度

包含蛋白免疫原性比较、多种重组麻疹病毒载体构建与免疫、假病毒中和试验、T细胞ELISpot、细胞因子分析、被动血清转移和K18-hACE2小鼠攻毒保护实验等多个独立实验层级。

主要模型

IFNAR−/−-CD46Ge小鼠 K18-hACE2小鼠 Vero细胞 HEK293T细胞

重点核对

疫苗剂量:1×10^5 pfu,在第0天和第21天进行两次免疫 被动免疫:通过腹腔注射400 mIU麻疹中和抗体,在rMeV疫苗接种前2小时给予 攻毒模型:K18-hACE2小鼠在被动转移150 µL血清后2小时,经鼻内感染10^4 pfu的USA-WA1/2020或Omicron BA.1病毒 检测终点:在感染后第5天通过空斑实验测定肺和鼻甲中的病毒滴度

摘要

血清SARS-CoV-2中和抗体(nAbs)滴度与症状性COVID-19的保护作用相关性良好,但在接种疫苗或感染后的数月内会迅速下降。相比之下,麻疹疫苗诱导的麻疹保护性nAbs滴度可持续终生,这可能是由于减毒活病毒在淋巴组织中的持续存在。因此,我们试图生成一种能够驱动高SARS-CoV-2 nAb反应的重组活麻疹疫苗。由于先前对编码SARS-CoV-2刺突糖蛋白的活麻疹疫苗的临床测试未能产生最佳的抗刺突抗体滴度,我们设计的新载体编码预融合稳定的SARS-CoV-2刺突糖蛋白,通过插入的肽结构域进行三聚化,并展示在十二面体迷你铁蛋白支架上。此外,为了规避预先存在的抗麻疹抗体对疫苗效力的削弱,我们广泛修饰了麻疹表面糖蛋白。全面的体内小鼠测试证明,在麻疹免疫小鼠中诱导了高效价nAbs,并确认了预融合稳定化、三聚化以及SARS-CoV-2刺突糖蛋白的迷你铁蛋白展示对整体效力的显著贡献。在用编码祖先SARS-CoV-2刺突的麻疹病毒(MeV)疫苗进行初免和加强免疫的动物中,针对祖先病毒株的高滴度nAb反应仅与Omicron变异株弱交叉反应。然而,在用编码Omicron BA.1刺突的MeV疫苗加强免疫的动物中,针对祖先和Omicron株的抗体滴度均得到强劲提高,并且来自这些动物的血清被动转移可保护K18-ACE2小鼠免受BA.1和WA1/2020株的感染和发病。我们的结果表明,通过工程化抗原,我们可以开发有效的基于麻疹的SARS-CoV-2疫苗候选物。

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
开发一种能够诱导高滴度SARS-CoV-2中和抗体的麻疹病毒载体疫苗,并评估抗原工程化对免疫原性的影响。
核心机制
SARS-CoV-2刺突蛋白的人工三聚化对于诱导有效的中和抗体反应至关重要,而将三聚化刺突蛋白遗传融合到幽门螺杆菌NAP蛋白上,通过纳米颗粒多价展示可进一步增强中和抗体反应的强度。
主要证据
在IFNAR−/−-CD46Ge小鼠中,只有表达三聚化、预融合稳定的刺突蛋白(CoV-S2p312和CoV-S6p312)的重组麻疹病毒才能诱导显著的假病毒中和抗体;被动转移来自接种Omicron匹配疫苗小鼠的血清可保护K18-hACE2小鼠免受WA1/2020和BA.1病毒的感染。
研究意义
研究结果表明,基于表面修饰的麻疹病毒(MeV-MR)载体并表达工程化SARS-CoV-2刺突蛋白的疫苗候选物,有望在已具有麻疹免疫的人群中诱导保护性免疫反应,支持其进一步开发。

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

评估不同SARS-CoV-2刺突蛋白抗原的免疫原性

确定哪种形式的刺突蛋白(全长、S1、S2、RBD)作为重组蛋白疫苗能诱导最佳的抗体反应。

使用IFNAR−/−-CD46Ge小鼠,在第0天和第21天腹腔注射5 µg铝佐剂重组蛋白(全长刺突、S1、S2或RBD)。分别在第21天和第49天收集血清,通过ELISA检测刺突蛋白结合IgG抗体,并使用假病毒中和试验检测中和抗体。

2

生成并表征具有不同寡聚状态的麻疹病毒载体疫苗

构建表达不同形式的SARS-CoV-2刺突蛋白(包括三聚化、预融合稳定化和纳米颗粒展示)的麻疹病毒载体,并验证其表达情况。

基于MeV-MR载体,克隆了七种不同的刺突蛋白表达框,包括可溶性、膜锚定、S-2P、S-6P、NAP融合以及foldON三聚化结构域等不同组合。重组病毒在Vero细胞中繁殖,并通过全基因组测序确认序列完整性。

3

在IFNAR−/−-CD46Ge小鼠中评估麻疹病毒载体疫苗的免疫原性

比较不同载体表达刺突蛋白后的免疫反应,特别是中和抗体的产生。

对8-12周龄IFNAR−/−-CD46Ge小鼠在第0天和第21天腹腔注射1×10^5 pfu的重组麻疹病毒。分别在第21天和第42天收集血清,通过ELISA检测刺突蛋白和麻疹特异性IgG抗体,并使用假病毒中和试验测定中和抗体滴度。

4

评估T细胞反应和Th1/Th2极化

分析免疫后T细胞反应的类型,并验证疫苗是否诱导Th1偏向的免疫应答。

在第二次免疫后,分离脾细胞进行ELISpot分析,检测IFN-γ分泌细胞;并使用ProcartaPlex多重细胞因子试剂盒分析刺激后上清液中的细胞因子谱。

5

评估单次免疫后对SARS-CoV-2变异株的交叉中和能力

检验MR-CoV-S6p312疫苗诱导的抗体是否能够中和不同VOC/感兴趣变异株。

使用表达不同SARS-CoV-2变异株刺突蛋白的假病毒,对接种单次MR-CoV-S6p312的小鼠血清进行中和抗体检测。

6

评估同源与异源加强免疫的效果

确定使用历史株或Omicron BA.1匹配疫苗进行加强免疫是否能增强对Omicron变异株的中和抗体反应。

对15-17周龄IFNAR−/−-CD46Ge小鼠在第0周和10周进行两次疫苗接种,采用wt/wt或wt/BA.1方案。分别在第3、10和13周收集血清,检测针对Wuhan和BA.1假病毒的中和抗体滴度。

7

被动免疫保护实验

评估疫苗诱导的抗体是否能保护K18-hACE2小鼠免受SARS-CoV-2感染。

将来自免疫IFNAR−/−-CD46Ge小鼠的150 µL混合血清通过腹腔注射被动转移到K18-hACE2小鼠中。2小时后,小鼠经鼻内感染10^4 pfu的USA-WA1/2020或Omicron BA.1病毒。监测体重变化,并在感染后第5天通过空斑实验测定肺和鼻甲中的病毒滴度。

8

评估预存麻疹免疫对载体免疫原性的影响

确定在预先存在抗麻疹病毒抗体的情况下,MR-CoV-S6p312疫苗是否能有效诱导SARS-CoV-2特异性免疫反应。

通过给IFNAR−/−-CD46Ge小鼠腹腔注射400 mIU的麻疹中和抗体,模拟预存免疫。3小时后,小鼠接种MR-CoV-S6p312或Moraten-CoV-S6p312疫苗。3周后重复被动免疫和加强接种。接种后3周收集血清分析中和抗体,并通过ELISpot分析T细胞反应。

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
杜氏改良Eagle培养基GE Healthcare LifeSH30022.01
胎牛血清Thermo Fisher Scientific10437-028
青霉素-链霉素Thermo Fisher15140122
病毒疫苗生产无血清培养基Thermo Fisher Scientific11681020
Opti-MEM I减血清培养基Thermo Fisher31985070
QIAamp病毒RNA小提试剂盒QIAGEN52904
SuperScript IV逆转录病毒cDNA合成试剂Thermo Fisher Scientific12594025
NativePAGE样品缓冲液Thermo Fisher--
NativePAGE 4%-12% Bis-Tris凝胶Thermo Fisher--
哺乳动物蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific78503
Halt蛋白酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific877886
Pierce Coomassie Plus蛋白定量试剂盒Thermo Fisher23236
iBlot2干式转印系统Thermo Fisher Scientific--
抗SARS-CoV-2刺突RBD抗体GeneTexGTX135385
抗SARS-CoV-2刺突抗体GeneTexGTX632604
抗麻疹病毒核蛋白抗体LsBioLS-C144599
抗高亲和力HA标签过氧化物酶抗体Millipore Sigma12013819001
KwikQuant蛋白质印迹检测试剂盒Kindle Bioscience LLC--
KwikQuant成像仪Kindle Bioscience LLC--
pHAGE-CMV-Luc2-IRES-ZsGreen-W质粒BEI ResourcesNR-52516
HDM-Hgpm2包装质粒BEI ResourcesNR-52517
HDM-tat1b辅助质粒BEI ResourcesNR-52518
pRC-CMV-Rev1b辅助质粒BEI ResourcesNR-52519
HEK293T-hACE2细胞BEI ResourcesNR-53821
Bio-Glo荧光素酶检测系统PromegaGT7940
IMMUNO-CRON检测试剂盒Imanis Life Sciences--
IMUNO-COV v2.0检测试剂盒Imanis Life Sciences--
D-荧光素GoldBio--
第三版抗麻疹血清国际标准品National Institute for Biological Standards and Control97/648
2%铝氢氧化物凝胶佐剂InvivoGenvac-alu-250
抗HA标签亲和纯化基质Millipore Sigma11 815 016 001
HA合成肽Thermo Fisher26184
Pierce蛋白浓缩器Thermo Fisher88516
Pierce 660蛋白定量试剂盒Thermo Fisher22662
S1+S2胞外域Sino Biological40589-V08B1
S1结构域Sino Biological40591-V08B1
RBD结构域Sino Biological40592-V08B
S2结构域Sino Biological40590-V08B
核衣壳蛋白Sino Biological40588-V08B
透明平底非无菌免疫96孔板Thermo Fisher Scientific442404
麻疹病毒总抗原Institut Virion\Serion GmbHBA102VS
抗小鼠IgG二抗ThermoFisher Scientific62-6520
抗小鼠IgG1二抗Jackson ImmunoResearch115-035-205
抗小鼠IgG2a二抗Jackson ImmunoResearch115-035-206
1-Step Ultra TMB显色液Thermo Fisher Scientific--
Infinite M200Pro酶标仪Tecan--
SARS-CoV-2刺突蛋白中和抗体Sino Biological40595-MM57
IFN-γ包被板R&D systemsEL485
SARS-CoV-2刺突蛋白肽池JPT peptidesPM-WCPV-S-1
佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯/离子霉素细胞刺激混合物Biolegend--
ELISpot读板仪CTL Analyzers LLC--
脱氧核糖核酸酶IRoche10104159001
小鼠11重细胞因子抗体微球试剂盒Thermo FisherEPX110-20820-901
Luminex 200液相芯片系统Luminex Corp.--
xPONENT软件----
USA-WA1/2020病毒BEI ResourcesNR-52281
Omicron BA1病毒Mount Sinai Pathogen Surveillance Program--

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
重组蛋白疫苗免疫
疫苗剂量:5 µg;佐剂:铝佐剂;免疫途径:腹腔注射;免疫方案:第0天和第21天两次免疫;小鼠品系:IFNAR−/−-CD46Ge;血清采集时间点:第21天和第49天。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Mouse immunizations部分以及图1和图2的图注。
麻疹病毒载体疫苗免疫
疫苗剂量:1×10^5 pfu;免疫途径:腹腔注射;免疫方案:第0天和第21天两次免疫;小鼠品系:IFNAR−/−-CD46Ge;血清采集时间点:第21天和第42天。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Mouse immunizations部分以及图3的图注。
被动免疫转移
血清转移体积:150 µL;转移途径:腹腔注射;转移时间:攻毒前2小时;攻毒剂量:10^4 pfu;攻毒途径:鼻内感染;小鼠品系:K18-hACE2。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Passive serum transfer部分以及图7的图注。
麻疹病毒中和抗体测定
血清稀释方法:2倍系列稀释;病毒:rMeV-Fluc;细胞:Vero细胞;感染时间:48小时;底物:D-luciferin。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Measles virus neutralization assay部分。
假病毒中和试验
假病毒类型:慢病毒或VSV假病毒;靶细胞:HEK293T-hACE2或Vero-hACE2细胞;感染时间:72小时;检测试剂:Bio-Glo荧光素酶检测系统。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Generation of pseudovirus particles displaying SARS-CoV-2 spike and pseudovirus neutralization assay部分。
预存免疫模型
被动给予麻疹中和抗体剂量:400 mIU;给药途径:腹腔注射;给药时间:疫苗接种前3小时;疫苗类型:MR-CoV-S6p312或Moraten-CoV-S6p312。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Passive serum transfer部分以及图8的图注。