脊髓灰质炎是由脊髓灰质炎病毒（Poliovirus, PV）引起的急性传染病，严重时可导致不可逆的弛缓性瘫痪甚至死亡。自1988年世界卫生组织发起“全球小儿麻痹症根除计划”以来，灭活疫苗（IPV）和口服减毒疫苗（OPV）的广泛接种使全球发病率显著下降，但至今尚未实现彻底根除。现有疫苗存在明显局限性：IPV与OPV在生产过程中均依赖大规模培养高感染性的活病毒，存在潜在生物安全风险；同时，OPV在个别接种者体内可能发生回复突变为强毒株并释放到环境中，成为新的传染源。因此，研发在生产环节完全不涉及活病毒的新一代脊灰疫苗，已成为加快实现全球范围内消除脊灰病毒的战略重点。
2026年2月24日，上海市重大传染病和生物安全研究院黄忠研究员团队、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心丛尧研究员团队和华淞（上海）生物科技有限公司王晓黎、刘庆伟团队合作，在国际学术期刊NPJ Vaccines发表题为“Structural insight into the assembly and D antigenicity of polio type 1 stabilized virus-like particles”的研究论文。该研究系统报道了利用酵母重组表达系统高效制备PV1的热稳定型病毒样颗粒（Virus-Like Particle，VLP）作为候选疫苗，并通过冷冻电镜系统解析了其组装机制及D-抗原性的结构基础。
研究团队采用VP0/VP3/VP1三种衣壳蛋白表达盒串联策略，在毕赤酵母中重组表达并纯化获得PV1 野生型VLP（wtVLP）以及基于热稳定突变毒株SC7构建的稳定型VLP（sVLP）（图1）。抗原性分析显示，sVLP中D-抗原含量显著提升，达到187 D-抗原单位（D-antigen units，DU）每微克蛋白，远高于wtVLP。sVLP具有较好的热稳定性，在40℃处理10分钟后仍保留超过50%的D-抗原活性。在小鼠模型中的免疫原性评价结果显示，用1微克/剂的wtVLP免疫小鼠未能诱导产生针对PV1的中和抗体；而相同剂量的sVLP疫苗能够有效诱导中和抗体，其免疫效果优于0.5人剂量的商业化IPV疫苗。值得注意的是，该酵母表达sVLP疫苗策略具有高产量的生产能力，每100mL酵母培养物可获得673,200DU（相当于16,830剂IPV），产量优于目前已报道的其它表达策略，展现出显著成本优势和产业化前景。
图1. 酵母体系中表达PV1 wtVLP和sVLP
研究团队分别解析了PV1 wtVLP和SC7 sVLP的高分辨率冷冻电镜结构。两种VLP均呈二十面体对称性的球形颗粒，具有典型肠道病毒表面特征（图2a），但构象状态存在显著差异：wtVLP呈扩张构象，半径较大，二重轴通道开放，结构类似此前报道的酵母体系表达的SC6b C-颗粒构象，均为扩张状态且缺乏D-抗原性；而SC7 sVLP携带7个热稳定性突变（如VP1 V196L、VP1 H248P、VP2 D57E、VP2 T25A等）（图2b），这些突变通过改变局部构象与表面电荷，增强亚基间的紧密排列，使颗粒呈紧密构象，二重轴通道封闭，VP1 N端及环区结构有序且稳定。结构比对显示，SC7 sVLP与已报道的SC6b D-颗粒整体高度一致，VP1、VP2和VP3衣壳蛋白的构象几乎完全重叠，仅在VP1的BC和DE环区存在轻微差异（图2c-e），而与SC6b C-颗粒则差异显著。值得注意的是，SC7 sVLP的VP1疏水口袋较SC6b D-颗粒更为狭窄（图2f），推测源于SC7中V196L突变引入更大疏水侧链，加强与邻近残基的相互作用，使整体结构更加紧凑稳定。这些结果从结构层面阐明了热稳定突变如何锁定D-抗原构象，为理性设计高稳定性脊灰VLP疫苗提供了关键依据。
图2. PV1 VLPs的结构比较分析
为进一步解析sVLP抗原位点，研究人员从SC7 sVLP免疫小鼠中筛选获得中和性单克隆抗体3G10。生化实验表明，3G10仅特异性识别D-抗原颗粒，不结合C-抗原颗粒，且与D-抗原特异性抗体标准品mAb234存在结合竞争。通过解析sVLP-3G10 Fab 复合体的冷冻电镜结构（图3），发现3G10 Fab结合于sVLP“canyon”顶端，围绕五重轴呈星形排列；其互补决定区与VP1的BC/GH环及VP2 EF环形成广泛的氢键和盐桥网络。在D-抗原向C-抗原构象转变过程中，该表位发生结构松散化，破坏抗体结合界面，从而解释了3G10对D-抗原的高度特异性。此外，3G10结合表位与病毒受体PVR结合位点高度重叠（图3f），揭示其通过空间位阻效应阻断病毒-受体结合，实现中和作用。序列比对显示，3G10表位在PV1野生毒株（Mahoney）和减毒疫苗株（Sabin1）中完全保守。基于上述发现，研究团队建立了以3G10为检测抗体的双抗体夹心ELISA方法，可特异、稳定地定量检测PV1 D-抗原，为候选疫苗的定量和质控提供了有效工具。
图3. 3G10 Fab和sVLP复合物的结构
综上，该研究确定了高产、结构优化的酵母表达PV1-SC7 sVLP作为新一代脊灰疫苗的可行性和有效性，建立了基于单抗3G10的PV1 D-抗原定量方法，并应用冷冻电镜从结构层面揭示了sVLP组装及维持D-抗原性的分子机制。这些发现将有助于加快新一代脊灰疫苗的开发，有望为“全球小儿麻痹症根除计划”提供更加安全、高效、可规模化的解决方案。
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撰写| 上海市重大传染病和生物安全研究院
校稿| Gddra编审| Hide / Blue sea
编辑 设计| Alice
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