2 026 年 1 0 月7日，中国科学院微生物研究所戴连攀、高福团队联合中国医学科学院医学生物学研究所鲁帅尧等团队开展了融合环改造的寨卡疫苗在非人灵长类动物模型上的保护与抗体依赖增强（ADE）风险研究，在线发表在Cell Reports Medicine ，并入选1 0 月刊封面文章，题为F usion-loop-engineered Zika mRNA vaccine elicits convergent B cell immunodominance to uncouple protection from ADE in macaques 。本项研究发现融合环改造的寨卡疫苗通过诱导寨卡特异性优势免疫应答，实现疫苗免疫保护与 ADE风险消除，为疫苗进一步开展临床评价奠定了重要基础。
寨卡病毒是蚊媒病原体，2015-16年曾在美洲暴发疫情，病毒感染孕妇引起大量新生儿小头畸形，世界卫生组织随即宣布为公共卫生紧急事件（PHEIC）。寨卡病毒感染还可引发多种寨卡病毒病，目前尚无获批疫苗和药物，至今仍被世卫组织列为亟需研发的八大优先病原体之一。寨卡病毒属于黄病毒属，人群队列研究显示寨卡预存免疫会增加后续同属登革病毒感染的重症风险，即ADE风险。ADE风险是黄病毒疫苗的核心顾虑，也是疫苗研制的关键难点。
研究团队前期率先解析出寨卡病毒主要保护性抗原E蛋白的晶体结构 (Dai et al., 2016)，绘制了病毒功能性抗体的表位分布 (Wang et al., 2016)，揭示出引起ADE的主要类型抗体（融合环表位抗体）的分子结构基础 (Dai et al., 2016; Dai et al., 2021)，设计出融合环改造的寨卡免疫原MutB和MutC，通过小鼠模型证明了疫苗实现对寨卡病毒感染母婴保护的同时，消除了对登革病毒感染的ADE风险 (Dai et al., 2021)。
图注：融合环改造的寨卡疫苗实现猴子保护与ADE风险消除的机制
由于小鼠与人免疫系统的差异较大，特别是抗体基因同源性低，Fc结构差异大，融合环改造疫苗是否能复刻人体免疫应答仍然存在疑问。非人灵长类动物与人免疫系统接近，是更有转化指导价值的动物模型。因此，本项研究首次通过非人灵长类动物模型来验证融合环改造黄病毒疫苗的有效性和ADE风险。主要的研究结果如下：
（1）灵长类动物水平验证保护效力和ADE 风险消除：融合环改造的寨卡MutB mRNA 疫苗可保护猴子抵御寨卡病毒攻毒，同时避免了对四种血清型登革病毒的ADE效应。
（2）免疫优势重编程：与人群自然感染寨卡病毒诱导的抗体库40%为登革病毒交叉反应性抗体形成鲜明对比的是，融合环改造的MutB疫苗诱导以寨卡特异性抗体为主的B细胞应答，特异性抗体超过97%。疫苗在所有猴子体内诱导出趋同、免疫优势B 细胞群，该B细胞群使用猴IGHV5-20 胚系基因，编码的中和抗体中有三分之一是强效抗体（IC50小于10 ng/mL）。有趣的是，猴 IGHV5-20 在人体最接近的同源基因IGHV5-10-1在人群自然感染寨卡病毒后也被优先募集，频率约10%。将人IGHV5-10-1 基因移植替换猴IGHV5-20抗体上，绝大多数仍能保持对寨卡病毒的结合能力，为该疫苗在人体内诱导相似保护性应答提供了有力的免疫学证据。
（3）揭示优势抗体寨卡特异性的结构基础：冷冻电镜分析显示，代表性的强效 IGHV5-20 单抗1C11（IC50 2.1 ng/mL）结合寨卡病毒的一个独特的热点表位，揭示出寨卡病毒的一个关键中和靶点。此外，IGHV5-20这类抗体寨卡特异性的结构基础也得到揭示：寨卡E蛋白表位残基 D67-M68-A69 限定了IGHV5-20类抗体对寨卡病毒识别的专一性，而登革病毒E蛋白同源位置保守的N67聚糖则形成了空间位阻屏障，阻断了该类抗体的交叉识别，消除了潜在的ADE风险。
（4）揭示优势抗体多阶段中和机制：1C11抗体通过寨卡病毒入侵过程中多阶段阻断实现对病毒强效中和，包括1）诱导病毒聚集以破坏病毒内化；2）锁定病毒E蛋白处于融合前二聚体状态，阻碍病毒膜融合所需的变构；3）对病毒膜融合造成直接空间位阻。
中国科学院微生物研究所戴连攀研究员、高福院士、中国医学科学院医学生物学研究所鲁帅尧研究员为该论文的共同通讯作者；中国科学院微生物研究所杨晨曦博士、郭舒欣博士、卢亚明博士、广西大学段敏润、中国医学科学院医学生物学研究所杨浩为该论文并列第一作者。本项工作同时得到了北京生命科学研究所黄牛研究员、南京农业大学张水军教授、中科院武汉病毒所舒波研究员、深圳儿童医院刘升研究员、南京医科大学徐坤教授、君拓生物等团队协助。本项研究得到新发突发与重大传染病防控国家科技重大专项、国家自然科学基金委重大项目、科学院战略先导专项等项目资助。
参考文献
Dai, L., Song, J., Lu, X., Deng, Y.Q., Musyoki, A.M., Cheng, H., Zhang, Y., Yuan, Y., Song, H., Haywood, J., et al. (2016). Structures of the Zika Virus Envelope Protein and Its Complex with a Flavivirus Broadly Protective Antibody. Cell Host Microbe 19, 696-704.
Dai, L., Xu, K., Li, J., Huang, Q., Song, J., Han, Y., Zheng, T., Gao, P., Lu, X., Yang, H., et al. (2021). Protective Zika vaccines engineered to eliminate enhancement of dengue infection via immunodominance switch. Nat Immunol 22, 958-968.
Wang, Q., Yang, H., Liu, X., Dai, L., Ma, T., Qi, J., Wong, G., Peng, R., Liu, S., Li, J., et al. (2016). Molecular determinants of human neutralizing antibodies isolated from a patient infected with Zika virus. Sci Transl Med 8, 369ra179.
本期编辑：木木
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