Science丨DNA折纸疫苗实现“精准免疫”，突破HIV广谱抗体研发瓶颈|dna|hiv|免疫性疾病|抗体|抗原|折纸疫苗|细胞

撰文丨亦

生成广谱中和抗体（ broadly neutralizing antibodies ，bnAbs）是 HIV 疫苗设计的核心目标【1】，但胚系编码的 bnAb 前体在人类免疫库中免疫显性弱且数量稀少，难以通过初次疫苗接种稳定扩增【2，3】。目前常用多价抗原展示于蛋白质纳米颗粒的策略虽能增强 B 细胞应答，但支架蛋白自身会引发抗体反应，其是否干扰稀有 bnAb 前体扩增尚不明确【4】。

为解决蛋白质支架可能引发的“抗支架反应”对目标表位特异性 B 细胞的竞争抑制，本研究利用 DNA 折纸技术构建免疫惰性支架，通过精确展示抗原，探究支架特异性应答对 bnAb 前体扩增的影响。近日，麻省理工学院生物工程系Darrell J. Irvine团队与Mark Bathe团队合作，共同在 Science 上发表了题为

DNA origami vaccines program antigen-focused germinal centers

的文章。文章设计并优化了展示 HIV 胚系靶向免疫原（ eOD-GT8 ）的 DNA 折纸病毒样颗粒（ DNA-VLPs ），在对比实验中证明其能更有效地引导抗原聚焦的生发中心（ Germinal center ， GC ）反应，并显著扩增稀有 bnAb 前体 B 细胞，而避免引发支架特异性抗体应答。

为了测试 DNA-VLPs 是否能够有效展示并递送 HIV 胚系靶向抗原 eOD-GT8 ，研究团队合成了直径约 40 nm 的二十面体 DNA-VLPs （ d40-30mer ），并在其表面通过化学偶联展示了 30 个 eOD-GT8 抗原。结果发现，功能化后的颗粒保持了结构完整性，并能有效激活表达胚系 VRC01 BCR 的 B 细胞（通过钙信号检测），而可溶性 eOD-GT8 单体则不能。为了评估 DNA-VLPs 在体内引发免疫反应的能力，研究人员用 d40-30mer 对小鼠进行初次 - 加强免疫。结果发现，初次免疫后抗体反应较弱，但加强免疫后， DNA-VLPs 诱导的抗体滴度比 eOD-GT8 单体高约 1 个数量级。同时，未检测到针对 DNA 支架的抗体反应。然而，单次免疫后， d40-30mer 未能显著增加生发中心 B 细胞或 T FH （ T follicular helper ）细胞的数量，表明其作为初次免疫原效果不理想。

为探究 d40-30mer 启动 GC 反应能力弱的原因，研究比较了其与蛋白纳米颗粒 p60mer 在淋巴结中的分布。结果显示， d40-30mer 主要滞留在淋巴结的被膜下窦和髓窦巨噬细胞区域，而 p60mer 则能通过凝集素途径激活补体，进而被滤泡树突状细胞捕获并长期滞留于滤泡中。体外实验证实， d40-30mer 与甘露糖结合凝集素（ Mannose-binding lectin ， MBL ）和补体蛋白 C3 的结合能力显著低于 p60mer 。基于补体激活依赖于抗原密度的假设，研究团队设计了一系列不同尺寸和抗原拷贝数（ 30 或 60 个）的 DNA-VLPs 。结果显示，抗原密度最高的 d30-60mer 在体外与 MBL/C3 的结合最强，在体内也能被滤泡树突状细胞（ Follicular dendritic cells ， FDCs ）捕获。免疫后， d30-60mer 引发了比 eOD 单体高约 15 倍的抗原特异性 GC B 细胞频率，且效果是 p60mer 的约 3 倍，表明高抗原密度是驱动 DNA-VLPs 靶向滤泡并扩增抗原特异性 B 细胞的关键。

由于 DNA-VLPs 本身不提供 T 细胞表位，研究者将通用辅助 T 细胞表位 PADRE 融合到 eOD-GT8 的 C 端。结果显示， d30-60mer-PADRE 显著增强了早期抗 eOD 抗体反应，并增加了 GC B 细胞和 Tfh 细胞的频率。虽然其引发的 GC 总体规模仍小于 p60mer ，但其中抗原特异性 GC B 细胞的频率和总数均显著高于 p60mer ，说明引入合成 T 细胞帮助可优化 DNA-VLPs 引发的 GC 反应。

为了在更接近人类的生理背景下评估 DNA-VLPs 能否避免支架竞争并实现 “ 免疫聚焦 ” ，研究使用人源化 VH1-2 小鼠模型进行免疫。结果显示， DNA-VLP （ d30-60mer-PADRE ）引发的 GC 中，近 60% 的 GC B 细胞是 CD4bs 表位特异性的。而 p60mer 引发的 GC 中，同时存在大量（约 13% ）支架特异性 B 细胞，其表位特异性 B 细胞仅占约 20% 。 DNA-VLP 免疫将表位特异性与脱靶 B 细胞的比例提高了 25 倍。通过 BCR 测序分析免疫后 GC B 细胞的克隆组成，研究发现，与 p60mer 相比， DNA-VLP 免疫能更有效地富集具有 VRC01 类 bnAb 前体特征的 B 细胞克隆（如携带关键 CDRL3 基序 CQQYXX ）。这些前体细胞在 DNA-VLP 组中出现的频率更高，且更多克隆携带 5 个氨基酸长度的 CDRL3 ，这与天然 bnAb 的结构特征更接近，表明 DNA-VLPs 在启动稀有 bnAb 谱系方面更具优势。

DNA-VLPs 的原子模型

（粉色：优化的 DNA-VLP 的分子模型，展示了 60 个 eOD-GT8-PADRE 拷贝。金色： PADRE ，泛 HLA DR 结合表位）

综上，该文章展示了通过合理设计的 DNA-VLPs 能够作为一种免疫惰性、抗原展示精准的疫苗平台，在体内有效靶向 B 细胞滤泡并引发强烈且高度抗原聚焦的生发中心反应。与传统的蛋白质纳米颗粒相比， DNA-VLPs 成功避免了支架特异性抗体反应的产生，从而显著减少了生发中心内竞争性 B 细胞的干扰，使得稀有、低免疫显性的广泛中和抗体前体 B 细胞在单次免疫后得以高效扩增与富集。对疫苗设计领域具有重要推进意义，尤其为针对 HIV 等难治性病原体的广谱中和抗体疫苗研发提供了新策略。

https://doi.org/10.1126/science.adx6291

制版人：十一

参考文献

1. B. F. Haynes et al., Strategies for HIV-1 vaccines that induce broadly neutralizing antibodies.Nat. Rev. Immunol.23, 142–158 (2023). doi: 10.1038/s41577-022-00753- w;pmid : 35962033 .

2. R. K. Abbott, S. Crotty, Factors in B cell competition and immunodominance.Immunol. Rev. 296, 120–131 (2020). doi: 10.1111/imr.12861; pmid: 32483855 .

3. J. G. Jardine et al., HIV-1 broadly neutralizing antibody precursor B cells revealed by germline-targeting immunogen.Science351, 1458–1463 (2016). doi: 10.1126/ science.aad 9195; pmid: 27013733 .

4. G. D. Victora, M. C. Nussenzweig, Germinal centers.Annu. Rev. Immunol.40, 413–442 (2022). doi: 10.1146/annurev-immunol-120419-022408; pmid: 35113731 .

学术合作组织

（*排名不分先后）