基于分支2和分支3乙型冠状病毒属S2蛋白的纳米颗粒疫苗：广谱保护性免疫新策略

《npj Vaccines》：Characterization and immunogenicity of nanoparticle vaccines based on Clade 2 and Clade 3 sarbecovirus S2 proteins

本研究针对当前疫苗对SARS-CoV-2变异株及新兴乙型冠状病毒属病毒保护不足的难题，开发了基于分支2（YN2013）和分支3（BtKY72、Khosta-2）S2亚基的纳米颗粒疫苗。研究证实这些疫苗能诱导交叉反应性抗体，并对Clade 1a（WIV1）和Clade 1b（SARS-CoV-2 MA10、XBB）病毒攻击提供显著保护，为应对未来人畜共患乙型冠状病毒属病毒溢出风险提供了前瞻性策略。

　　

当SARS-CoV-2疫情席卷全球时，科学家们意识到这并非乙型冠状病毒属病毒第一次威胁人类健康——2003年的SARS-CoV-1疫情已经敲响了警钟。更令人担忧的是，在蝙蝠等动物宿主中还潜伏着众多具有人类感染潜力的乙型冠状病毒属病毒，它们被划分为不同分支：引起人类疫情的分支1病毒（包括SARS-CoV-1和SARS-CoV-2），以及分支2、分支3等更多尚未在人类中大规模传播但已展示出感染人类细胞能力的病毒。

传统疫苗主要靶向病毒刺突蛋白的S1亚基，特别是受体结合域（RBD），这确实能诱导强大的中和抗体反应。然而，S1亚基在不同病毒间变异较大，导致疫苗对新出现的变异株保护效果下降。相比之下，S2亚基在乙型冠状病毒属病毒中更为保守，成为开发广谱疫苗的理想靶点。但迄今为止的S2疫苗研究大多集中于分支1病毒，对分支2和分支3病毒的疫苗开发仍属空白。

来自威斯康星大学和佐治亚理工学院的研究团队在《npj Vaccines》上发表了最新研究成果，他们前瞻性地开发了基于分支2和分支3乙型冠状病毒属病毒S2蛋白的纳米颗粒疫苗，并系统评估了其免疫原性和保护效果。这项工作为应对未来可能由动物病毒溢出引起的新发传染病提供了重要技术储备。

关键技术方法概述

研究团队采用多学科交叉技术路线：通过计算生物学方法（AlphaFold结构预测和Rosetta能量优化）设计稳定的S2抗原；利用病毒样颗粒（VLP）平台（基于MS2噬菌体衣壳蛋白和链霉亲和素-生物素系统）实现S2抗原的多价展示；通过动态光散射（DLS）、差示扫描荧光法（nanoDSF）和ELISA进行疫苗物理化学表征；使用C57BL/6和K18-hACE2转基因小鼠模型评估免疫反应和保护效果；通过抗体依赖性细胞毒性（ADCC）报告基因实验分析Fc效应功能。

疫苗设计与表征

研究人员选择分支2的代表病毒YN2013，以及分支3的BtKY72和Khosta-2作为S2抗原来源。这些抗原经过工程化改造：引入HexaPro突变增强稳定性，消除S2'蛋白酶切割位点，添加T4噬菌体纤维蛋白三聚化域促进正确折叠。计算设计还为分支3抗原添加了三个稳定突变（BtKY72: F744W、F883L、N940D；Khosta-2: F739W、F878L、N935D）。

通过病毒样颗粒平台，生物素化的S2抗原被多价展示在链霉亲和素包被的MS2颗粒上，形成VLP-S2疫苗。表征结果显示，所有S2抗原和VLP-S2构建体均呈现高纯度，VLP-S2直径约为75-85纳米。重要的是，这些疫苗能被广谱交叉反应抗体S2P6和3A3识别，表明其保留了S2蛋白的关键抗原表位。

特别值得注意的是，研究人员发现截短BtKY72 S2抗原的N端（氨基酸682-1193）能提高蛋白产量而不影响其稳定性或免疫原性，这一发现为未来S2疫苗设计提供了重要优化策略。

交叉免疫反应评价

免疫小鼠实验显示，所有VLP-S2疫苗均能诱导高滴度的交叉反应抗体。这些抗体不仅能识别同分支病毒抗原，还能与分支1、2、3的多种乙型冠状病毒属病毒S蛋白和S2亚基结合。

ELISA检测表明，免疫后小鼠血清对分支1（SARS-CoV-2、SARS-CoV-1）、分支2（YN2013、Rs4081）和分支3（BtKY72、Khosta-2、PRD-0038）病毒抗原均有强烈反应，且不同疫苗组间无显著差异，证明分支2和分支3 S2疫苗确实能引发广谱免疫反应。

体内保护效果验证

尽管无法直接测试疫苗对分支2和分支3病毒的攻击保护（缺乏合适的动物模型），研究人员通过分支1病毒攻击实验间接评估疫苗的保护广度。小鼠在接受两次免疫后，分别用分支1b病毒（小鼠适应SARS-CoV-2 MA10株、XBB变异株）和分支1a病毒（蝙蝠冠状病毒WIV1）进行攻击。

结果显示，所有VLP-S2疫苗均能显著降低肺部病毒载量。特别令人印象深刻的是，针对MA10攻击，VLP-YN2013 S2免疫组肺部病毒滴度比对照组低430，000倍以上；针对WIV1攻击，VLP-BtKY72 Tr. S2免疫组病毒滴度降低超过4，500倍，且保护效果显著优于其他疫苗组。鼻甲组织中的病毒滴度也有不同程度降低，尤其在WIV1攻击模型中所有疫苗组均显示显著保护效果。

保护机制初步探索

为探究保护机制，研究人员检测了免疫血清的中和活性及Fc效应功能。有趣的是，尽管疫苗提供了显著保护，但血清未能中和早期SARS-CoV-2分离株，提示传统中和抗体可能不是主要保护机制。ADCC报告基因实验显示，部分疫苗组血清能激活FcγR信号通路，表明抗体依赖性细胞毒性可能参与保护，但其他机制如补体激活、抗体依赖性细胞 phagocytosis（ADCP）或细胞免疫也可能发挥作用。

研究意义与展望

本研究首次证实基于分支2和分支3乙型冠状病毒属病毒S2亚基的疫苗能提供跨分支保护，突破了当前S2疫苗主要针对分支1病毒的局限。更重要的是，研究证明即使使用进化距离较远的病毒S2抗原，也能对流行病毒产生保护效果，这为开发真正广谱的乙型冠状病毒属疫苗提供了新思路。

疫苗保护效果与S2序列保守性相关的发现提示，针对特定分支设计的疫苗可能对本分支病毒提供更强保护。因此，未来应将分支4病毒S2抗原纳入疫苗设计，构建覆盖所有乙型冠状病毒属分支的全面保护体系。

虽然疫苗未能完全清除病毒，但显著降低病毒载量已足以缓解疾病严重程度。未来可通过优化免疫程序（增加剂量、频次或佐剂）进一步提升效果。此外，本研究使用的计算设计稳定化策略和N端截短策略为优化S2抗原提供了通用方案，有望应用于其他病毒疫苗设计。

这项工作的最大意义在于其前瞻性——在分支2和分支3乙型冠状病毒属病毒尚未引起人类疫情前，提前开发并验证相应疫苗策略，为防范未来人畜共患病溢出风险做好了技术储备。随着全球气候变化和人类活动范围扩大，人兽共患病毒溢出风险不断增加，此类前瞻性疫苗研究对全球公共卫生安全具有重要战略价值。