■本报记者 冯丽妃
在7月15日在线发表于《自然—免疫学》的一项研究中，中国科学院微生物研究所高福院士，戴连攀、严景华研究员等基于结构生物学设计的一款新型保护性寨卡疫苗，为抗疫“武器库”再添利器。
寨卡病毒之所以臭名昭著，是因为它会导致婴儿小头症，以及其他不可逆的新生儿严重出生缺陷。此外，它还会与另一种由蚊虫传播的疾病——登革病毒感染诱导交叉反应的抗体响应，增加登革病毒感染的严重程度，甚至对人产生致命威胁。
此次设计的新疫苗“一箭双雕”，既能防止寨卡病毒侵袭胎体，又能切断寨卡预存抗体对登革病毒感染的严重抗体依赖增强（ADE）效应。
疫苗困境
寨卡病毒主要通过埃及伊蚊传播，最早于1947年在乌干达寨卡森林的猴子身上分离出来。2015至2016年，寨卡疫情成为国际公共卫生紧急事件。据世界卫生组织（WHO）统计，全球已有86个国家和地区暴发寨卡疫情。
通常情况下，寨卡病毒感染人类，只引起低热、斑丘疹、关节疼痛、结膜炎等；但其感染孕妇后可能使婴儿产生小头症和其他不可逆的出生缺陷。
WHO认为，要应对未来的疫情，开发疫苗是重点。然而，至今尚无相关疫苗获批。其原因与寨卡病毒和登革病毒之间的“跨种”ADE效应不无关系。在这种情况下，抗体不会“中和”病毒，使其失去感染细胞的能力，而是发挥相反的作用，协助病毒进入靶细胞，提高感染率。
“寨卡病毒与登革病毒都是黄病毒属，其抗原性接近，同属超血清家族。”论文第一作者兼通讯作者戴连攀向《中国科学报》解释，去年8月发表于《科学》的一项人群队列研究就发现，既往的寨卡病毒感染能够显著增加后续登革病毒感染的严重程度，证明寨卡预存抗体对登革病毒感染有严重的ADE风险。
寨卡、登革血清型之间的ADE是疫苗研制亟须解决的焦点安全问题，特别是这两类病毒可由相同的媒介——埃及伊蚊传播，且流行区域重叠，使疫苗研发更加困难。
对此，高福等在文中表示，理想的寨卡疫苗应该具备三个特点：预防寨卡病毒的母婴传播；预防由于寨卡病毒感染引起的登革ADE；预防由于寨卡疫苗免疫导致的登革ADE。然而，目前全球进入临床阶段的寨卡疫苗在设计上都没有避免潜在的登革ADE风险。
“剪”得断 “理”不乱
要想解决寨卡疫苗研制的安全问题，就需要找到连接寨卡与登革病毒之间的“跨种”ADE效应的“纽带”，并剪断它。
以往研究表明，寨卡或登革病毒引起ADE效应的交叉抗体，主要靶向的是病毒表面结构蛋白prM和E蛋白的融合肽（FL）这一保守区域。通过两种方式——在FL表位引入突变，或构建E蛋白二聚体遮蔽FL表位，都能显著降低寨卡疫苗对登革病毒感染的ADE。
“但在小鼠模型上，这两种疫苗方式都不能产生足够的保护性免疫应答，完全阻断寨卡病毒母婴垂直传播。”戴连攀说，鉴于寨卡病毒感染孕妇对新生儿潜在的长期严重后果，研发能诱导母婴清除性免疫应答的寨卡疫苗尤为重要。
如何才能“干掉”FL表位这个“保守派”，同时又能隔断寨卡病毒母婴传播呢？
为了解决这一问题，高福团队从2016年起便开展针对寨卡病毒的研究，解析出寨卡病毒保护性免疫原E蛋白的晶体结构（E蛋白在黄病毒表面就如同钥匙一样帮助病毒打开宿主细胞的大门），分离到了一系列靶向E蛋白不同结构域的中和/保护抗体，解析了靶向FL表位的代表性ADE抗体的结构基础。这些研究为理性设计消除ADE的寨卡疫苗提供了重要指导。
在新研究中，研究人员采取了一种“抗体指导疫苗设计”的反向疫苗学策略。基于ADE抗体结合FL的结构基础，对寨卡免疫原E蛋白进行理性改造，其目的是既消除FL表位，又能维持其他中和抗体表位的完整。
他们通过同源替换的方法，将寨卡E蛋白的FL，替换成黄病毒属中进化关系最远的昆虫特异性黄病毒的同源序列，从而改变了FL表位上结合ADE抗体的3个关键氨基酸。
随后，研究人员通过一系列中和保护性抗体和ADE抗体，对改造后的E蛋白抗原进行正向和负向筛选，获得同时满足FL表位消除和中和表位维持的构建。其中，两种设计——MutB和MutC被制备成黑猩猩腺病毒载体（AdC7）疫苗进行评估。
其结果是“一箭双雕”。一方面，MutB/C疫苗一次免疫可产生清除性的免疫应答, 完全保护小鼠抵御寨卡病毒, 在病毒感染的所有靶组织中都检测不到病毒载量，能够完全阻断寨卡病毒的母婴传播。另一方面，两种疫苗免疫血清完全消除了对四种血清型登革病毒的ADE；血清过继试验证实MutB/C疫苗免疫血清不会引起登革病毒感染的ADE，而野生型构建（WT）则会加快动物的死亡和使病症加重。
“这是一项非常好的研究，基于结构的抗原设计被用于解决寨卡疫苗中的ADE问题。”一名审稿人在评议中说，寨卡病毒WTFL表位被节肢动物特异性序列取代，既保持了抗原的构象和免疫原性，又避免了WTFL特异性抗体的结合。
充实抗疫“武器库”
研究者并未就此止步。知其然还要知其所以然，他们进一步探究了改造后疫苗MutB/C消除ADE的免疫学基础。
通过B细胞受体（BCR）的单细胞测序方法，他们分析了免疫后小鼠淋巴结的抗原特异性BCR的特性。结果显示，野生型疫苗激发的体液免疫存在明显的免疫优势情况，60%以上的BCR使用3组胚系基因。而MutB/C打破了原有的免疫优势，使抗原特异性BCR使用的胚系基因呈分散式分布。
研究者们最后解析了其中一个抗原改造E蛋白MutC结合中和抗体的分子基础，发现MutC仍然能够通过新的作用力维持E蛋白的二聚体结构，这对于激活有效中和抗体非常重要。此外，改造后的FL氨基酸产生对ADE抗体的位阻和电荷排斥，因此揭示了MutC不诱导ADE抗体产生的结构基础。
新研究将有助于充实我国抗疫“武器库”。正如另一位审稿人所说，“这项研究针对该领域长期存在的问题提出了一个漂亮的解决方案，合理设计出一种改进的寨卡病毒免疫原。消除ADE是开发有效寨卡疫苗的重要一步”。
高福等在文中也指出，本项研究通过小鼠模型为疫苗未来进行临床试验提供了免疫学趋势，也为面向疫苗的蛋白质设计提供了新的见解。理性设计消除ADE的新型寨卡疫苗将指导寨卡疫苗未来在临床中的使用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41590-021-00966-6
