基于重组三聚体蛋白技术的应对SARS-CoV-2持续进化的疫苗接种策略的开发与评估:交叉中和活性与广谱冠状病毒反应的潜力

Development and evaluation of vaccination strategies for addressing the continuous evolution SARS-CoV-2 based on recombinant trimeric protein technology: Potential for cross-neutralizing activity and broad coronavirus response.

作者信息Peng Du, Ning Li, Shengjun Tang, Zhongcheng Zhou, Zhihai Liu, Taorui Wang, Jiahui Li, Simiao Zeng, Juan Chen
PMID39148990
期刊Heliyon
发布时间2024-07-17
DOI10.1016/j.heliyon.2024.e34492

实验完整度

高

包含免疫原性比较、加强免疫策略、初免策略、交叉免疫实验等多个独立实验层级,并通过假病毒中和试验进行功能验证。

主要模型

BALB/c小鼠(6-8周龄,雌性) HEK293T细胞 293T-ACE2-TMPRSS2细胞

重点核对

小鼠品系、性别和年龄:BALB/c雌性,6-8周龄 疫苗抗原形式:刺突三聚体蛋白(含HexaPro和furin cleavage site突变)vs 刺突蛋白 免疫剂量和方案:如5μg或10μg蛋白,0、4、6周或0、1、3周等 加强免疫策略:D614G初免后Omicron加强,或Omicron初免后D614G加强 中和检测:假病毒中和试验,ED50计算采用Reed-Muench法

摘要

鉴于疫苗对Omicron的有效性显著下降,开发具有特异性或广谱效力的新型疫苗至关重要。在本研究中,我们配制了四种基于重组刺突三聚体蛋白的单价疫苗,以及三种二价疫苗和五种基于重组刺突蛋白的单价疫苗。我们通过假病毒中和试验评估了不同疫苗接种方案在小鼠中引发中和抗体的效力。在D614G两剂初免后,小鼠分别接受Omicron(BA.1、BA.2、BA.4/5)加强免疫,与D614G加强相比,产生了更广泛和更强的交叉中和活性。值得注意的是,BA.4/5加强表现出更优的效力。在Omicron(BA.1、BA.2、BA.4/5)两剂初免后,小鼠随后接受一剂D614G加强,与一剂Omicron(BA.1、BA.2或BA.4/5)加强相比,产生了更广泛的中和活性。在未接种疫苗的小鼠中,不同二价疫苗的全程序免疫诱导了针对Omicron和pre-Omicron变异株的广泛中和活性,其中D614G&BA.4/5显示出更优的效力。然而,与其他变异株相比,针对XBB.1.5/1.9.1的中和活性显著降低。这一观察强调了及时更新疫苗抗原组成的必要性。基于这些发现和现有研究,我们提出了一种旨在最大程度保留表位库的疫苗接种策略:(1)先前接种过疫苗或感染过pre-Omicron变异株的个体应接种含Omicron成分的单价疫苗;(2)仅接种过疫苗或感染过Omicron的个体应接种含pre-Omicron变异株成分的单价疫苗;(3)未感染且未接种SARS-CoV-2疫苗的个体应接种包含pre-Omicron和Omicron成分的二价疫苗进行初免。此外,通过在小鼠中交叉接种SARS-CoV-2 D614G刺突三聚体蛋白和SARS-CoV-1刺突蛋白,我们初步证明了不同冠状病毒疫苗交叉反应产生泛冠状病毒抵抗力的可能性。

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
如何设计基于重组蛋白的疫苗接种策略,以应对SARS-CoV-2持续进化带来的免疫逃逸,并探索诱导泛冠状病毒免疫的可能性?
核心机制
不同疫苗接种顺序和组合影响表位库的保存,合理的异源加强或二价初免可诱导更广泛的交叉中和活性;SARS-CoV-2和SARS-CoV-1交叉接种可能通过交叉反应性抗体诱导泛冠状病毒反应,但免疫印记可能影响后续免疫效果。
主要证据
小鼠实验中,D614G初免后Omicron加强比D614G加强产生更广泛的交叉中和;Omicron初免后D614G加强比Omicron加强更广;未感染未接种小鼠用二价疫苗初免诱导广谱中和,其中D614G&BA.4/5最优;交叉接种D614G三聚体蛋白和SARS-CoV-1蛋白可增强对SARS-CoV-1和WIV1的中和活性。
研究意义
提出针对不同免疫背景的个体化疫苗接种策略,并初步证明泛冠状病毒免疫的可行性,为疫苗策略制定和泛冠状病毒免疫方案开发提供依据。

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

比较刺突蛋白与刺突三聚体蛋白的免疫原性

确定哪种抗原形式更适合作为重组蛋白疫苗组分。

使用四种SARS-CoV-2变异株(D614G、BA.1、BA.2、BA.4/5)的刺突蛋白和刺突三聚体蛋白,以及SARS-CoV-1刺突蛋白,免疫BALB/c小鼠(6-8周龄),每剂5μg蛋白,0、4、6周免疫,末次免疫后4周采血,通过ELISA和中和试验检测抗体。

2

评估D614G初免后的不同加强免疫策略

探究在pre-Omicron初免基础上,哪种加强疫苗能诱导更广泛的交叉中和活性。

BALB/c小鼠在第0和1周接受D614G单价疫苗初免,第3周分别接受D614G、BA.1、BA.2、BA.4/5单价或D614G&BA.2二价加强,第7周采血,通过假病毒中和试验检测针对多种变异株的中和抗体。

3

评估Omicron初免后的D614G加强必要性

探究仅接种Omicron疫苗的个体是否需要加强早期株以增强对pre-Omicron变异株的免疫。

BALB/c小鼠接受三剂BA.1、BA.2或BA.4/5单价疫苗(每剂10μg),或在两剂后接受一剂D614G加强(每剂5μg或10μg),检测血清中和活性。

4

比较初免时的单价与二价疫苗策略

评估未暴露于SARS-CoV-2的个体初免时,二价疫苗是否比单价疫苗提供更广泛的免疫覆盖。

BALB/c小鼠分别接种D614G单价或二价疫苗(D614G&BA.1、D614G&BA.2、D614G&BA.4/5),每剂含5μg各蛋白,共三剂,检测血清中和活性。

5

探索泛冠状病毒免疫的交叉接种策略

探究SARS-CoV-2和SARS-CoV-1交叉接种能否诱导针对多种冠状病毒的广谱中和抗体。

BALB/c小鼠接受三剂D614G刺突三聚体蛋白疫苗后,再接受三剂SARS-CoV-1刺突蛋白疫苗;或先三剂SARS-CoV-1后三剂D614G;或三剂D614G&SARS-CoV-1二价疫苗(1:1,总蛋白6μg),检测针对D614G、BA.1、SARS-CoV-1和WIV1的血清中和活性。

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
刺突蛋白Sino Biological40589-V08B4,
刺突蛋白vazymeCG239,
刺突三聚体蛋白Sino Biological40589-V08H8,
Alhydrogel佐剂2%InvivoGenvac-alu-250
96孔ELISA板Corning9018
山羊抗小鼠IgG H&L(碱性磷酸酶)Abcamab7069
高保真DNA聚合酶混合物VazymP525
Exnase II重组酶VazymeC214
EasyPure HiPure质粒大提试剂盒TransGen BiotechEM121
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL30000015
TaKaRa小量病毒RNA/DNA提取试剂盒Ver.5.0TaKaRa9766
HiScript III一步法RT SuperMix Perfect for qPCR试剂盒VazymeR333-01
TransLv慢病毒qPCR滴定试剂盒TransGen BiotechFV201
DMEM培养基GibcoC11995500BT
胎牛血清Gibco10099141C
青霉素-链霉素Gibco15140122
0.25%胰蛋白酶Gibco25200072
荧光素酶底物Yeasen11404ES80
LumiStation 1800Shanghai Flash Biotechnology Co., Ltd--
HEK293T细胞ProcellCL-0005
293T-ACE2-TMPRSS2细胞VectorBuilderCL0015

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
蛋白形式:刺突三聚体蛋白(含HexaPro和furin cleavage site突变)vs 刺突蛋白;蛋白来源和货号;佐剂使用Alhydrogel 2%
阅读提示:Methods 2.1
免疫方案
小鼠品系、性别、年龄;免疫剂量(5μg或10μg等);免疫时间点(0、4、6周或0、1、3周等);加强策略
阅读提示:Methods 2.1, 图2A, 图3A, 图4, 图5A, 图6A
ELISA
包被抗原(刺突蛋白或三聚体蛋白);血清稀释梯度;检测抗体(goat anti-mouse IgG H&L)稀释比例;底物和终止液
阅读提示:Methods 2.2
假病毒中和试验
假病毒构建(质粒、细胞系、转染试剂);细胞数量;血清稀释;病毒量(2×10^4 RLU);孵育时间;检测设备
阅读提示:Methods 2.3, 2.5
统计分析
统计方法(Mann-Whitney检验);显著性水平;ED50计算(Reed-Muench法);样本量
阅读提示:Methods 2.6