人类或许能战胜新冠了?最近，来自斯坦福的科学家研究出一种基于铁蛋白的新冠纳米颗粒疫苗，可以在非人灵长类动物中产生强效、持久、广谱的中和抗体。实验结果显示，新疫苗所能引起的抗体反应，要比现有的mRNA疫苗强100倍。而且更重要的是，它可以涵盖所有已知的变种。
论文地址：https://doi.org/10.1101/2022.12.25.521784如果能证实它在人体内也能产生同样强效的抗体，或许，新冠病毒将和天花一样，在人类社会中成为历史。顺便一提，这项研究背后的金主爸爸，就是小扎。
终结新冠的疫苗，要来了?
自从新冠疫情爆发以来，科学家们已经在疫苗的研究上取得了长足的进展。
数据显示，在新冠爆发的第一年里，大规模的疫苗接种避免了超过1400万人的死亡。
但是，现在全世界仍然对疫苗有着迫切的需求，据世界卫生组织估计，全球有将近10亿人仍未接种SARS-CoV-2疫苗。另外，疫苗的成本普遍偏高，低温存储和运输都增加了它的成本，让很多人无法承受。而且，疫苗通过诱导或感染所提供的免疫力，会随着时间的推移而减弱;同时，新冠病毒属于mRNA单链病毒，非常容易发生变异，从而逃过疫苗的保护作用。因此，我们非常需要一种能为所有SARS-CoV-2变种(VOCs)提供更持久免疫力的疫苗，来为全世界的人口(包括儿童和婴儿)来提供保护。
现在，这个美好的愿望很有可能成为现实了。来自Biohub和斯坦福的研究人员发现了一种基于铁蛋白的蛋白质纳米粒子疫苗——Delta-C70-Ferritin-HexaPro(DCFHP)。他们发现，当与氢氧化铝作为唯一的佐剂(DCFHP-alum)配制时，新疫苗可在非人灵长类动物(nonhuman primates, NHPs)中，引发针对已知变种(包括Omicron BA.4/5、BQ.1等)以及SARS-CoV-1的中和抗体，而且效果持久。而在初次免疫一年后的强化免疫中，DCFHP-alum也能引起强烈的抗原反应。此外，比起很多新冠疫苗，这种疫苗的保存条件并不苛刻。测试结果显示，DCFHP-alum的效力可以在超过标准室温的温度下，保持至少14天。研究者认为，DCFHP-alum不仅可以在之后用作一年一次的加强针，并且对于儿童(包括婴儿)来说也十分安全。
为什么是蛋白质纳米颗粒疫苗?
与亚单位疫苗相比，蛋白质纳米颗粒疫苗更容易被抗原呈递的树突状细胞所吸收，而且纳米颗粒促进了抗原的多价呈递，促进了受体的聚集和随后的B细胞激活。
目前，这种基于铁蛋白的纳米粒子疫苗，已经显示出对SARS-CoV-2和其他病毒糖蛋白的强大体液免疫反应，并且在临床试验中也具有较高的安全性。在此之前，这组研究人员曾尝试过一种基于蛋白质的纳米颗粒疫苗——S?C-Fer。
S?C-Fer含有一个突变的弗林蛋白酶切割位点，和2-脯氨酸(2P)的预融合稳定替代物(在FDA批准的SARS-CoV-2 mRNA疫苗中也有这种替代物)。尤其重要的是，S?C-Fer还删除了刺突蛋白胞外域(spike ectodomain)C端的70个氨基酸残基。
刺突 (S) 是一种在SARS-CoV-2表面表达的结构糖蛋白，是病毒宿主和组织嗜性的关键决定因素。SARS-CoV-2 S在ACE2受体结合后介导病毒进入靶细胞，因此是潜在的治疗药物靶点删除的这些残基，包含着免疫显性的、线性(非构象)的表位。在康复期的新冠血浆中，这些表位时常被抗体作为靶点。相对于其他疫苗，如果从铁蛋白纳米颗粒上去除了这些免疫显性的线性表位，和修改后的刺突蛋白的多价呈现，就会大大改善诱发的抗体对小鼠的中和效力。
将S?C-Fer升级为DCFHP
在本次实验中，研究人员采用的是S?C-Fer的升级版本,——Delta-C70-Ferritin-HexaPro，或者可以称为DCFHP。
他们用上述的四个脯氨酸替代物来补充了2P稳定替代物，创造出了一个六个脯氨酸替代物(HexaPro)的版本。
DCFHP示意图，包括将S?C-Fer转化为DCFHP所做的修改上述工作表明， 相对于2P的版本，HexaPro SARS-CoV-2刺突蛋白具有更高的稳定性和更好的表达。另外，在温度变化的情况下，DCFHP的稳定性也比S?C-FER更强。实验结果表明，DCFHP-alum在小鼠体内引起了针对SARS-CoV-2变种的强大而持久的免疫反应。此外，通过对小鼠的免疫情况，研究人员发现，DCFHP-alum在4℃至37℃的温度范围内，至少可以保持14天的稳定性。因此可以推测：DCFHP-alum疫苗无需冷藏。
DCFHP的三维重建冷冻电镜密度图随后，研究人员又在恒河猴体内进行了实验。在用DCFHP-alum对恒河猴进行了两剂量的肌肉注射免疫后，可以产生持久、强大的中和抗体，包括Omicron BA.4/5 37和BQ.1，同时还产生了平衡的Th1和Th2免疫反应。最令人吃惊的是，对于不同的SARS-CoV-1假病毒变种，这些非人灵长类动物(NHP)的抗体也都显示出强大而持久的中和活性。在大约1年后，研究人员用第三剂DCFHP-alum给恒河猴打了加强针，也在它们体内产生了强大的、广谱的中和抗体反应。也就是说，DCFHP-alum不仅可以作用于新冠病毒的各类变种，并且可以在全世界范围内推广新冠疫苗的接种。这种方案非常经济有效，以后每年打一次加强针即可。
实验结果令人惊喜
为了研究DCFHP-alum疫苗的稳定性，研究人员将样品在4?C、27?C或37?C储存不同的时间，并在单剂量小鼠免疫研究中评估了这些储存样品的免疫原性。值得注意的是，在假病毒中和试验中，DCFHP-alum疫苗在所有温度和储存期都保持了类似的免疫原性。因此研究人员的结论是，DCFHP-alum在37?C下储存两周后依然是稳定的。
研究人员选取了年龄在3至9岁之间的10只雄性恒河猴，并把它们分成了两组(A、B)。首先在第0天同时对两组恒河猴进行初次免疫，然后在第21天(A组)或第92天(B组)接种加强针(图3A)。根据加强免疫14天的评估，更晚接种加强针的恒河猴可以产生更好的中和抗体(图3C和D);平均而言，B组对不同变种的中和反应相对于A组增加了约4倍。
在进一步研究中发现，所有的非人灵长类动物对原始毒株的中和抗体反应都持续了至少250天(图4A和C)。同样，B组的大多数动物对BA.4/5和序列不同的SARS-CoV-1保持了可检测的中和效力，持续时间约为一年(图4D)，其滴度通常高于A组(图4B)。
为了明确DCFHP-alum是否可以作为每年接种的疫苗，研究人员在第381天给所有恒河猴再次注射了加强针。结果显示，A组和B组的恒河猴都表现出强烈的免疫反应。对原始毒株、BA.4/5、SARS-CoV-1和BQ.1的平均NT50值分别约为10^4、10^3.5、10^3和10^3(图5A-H)。
总结一下
研究人员表示，DCFHP-alum疫苗虽然是基于最早的原始毒株序列，但却能在非人灵长类动物中，引发对SARS-CoV-2变种和SARS-CoV-1强大且广谱的中和抗体反应(包括针对BA.4/5、BQ.1和SARS-CoV-1)，并且持续时间可以超过250天。
由于DCFHP-alum对非人灵长类动物进行初次免疫，可以对新冠变种提供非常广泛的保护，因此DCFHP-alum可以作为一种重要的初防疫苗用于未接种或未受感染的人群。同时，作为常规儿童免疫计划的一部分，铝盐佐剂出色的安全性在过去几十年中已经得到证实，并且也是婴儿疫苗常用的成分。因此，DCFHP-alum或许也是帮助婴儿中建立起针对SARS-CoV-2的免疫印记的一种理想方式。此外，基于CHO的细胞系可以实现新疫苗的低成本、大规模生产，并且还可以在超过标准室温的温度下稳定保存两周以上。综上所述，研究人员认为，DCFHP-alum是开发新疫苗的优秀候选。
参考资料：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.25.521784v1
