揭秘 JN.1 衍生变异株：DelS31 突变对新冠病毒特性的关键影响及疫苗研发新启示

本文聚焦新冠病毒（SARS-CoV-2）JN.1 衍生变异株 LB.1、KP.2.3、KP.3 和 KP.3.1.1，研究发现其 N 端结构域（NTD）的 DelS31 突变可增强免疫逃逸、影响病毒感染性与融合能力、稳定刺突蛋白，为疫苗研发提供关键依据。

　　

引言

自 2024 年夏季起，全球新冠病毒（SARS-CoV-2）引发的新冠肺炎（COVID-19）病例持续攀升，BA.2.86 衍生的 JN.1 变异株及其后代在全球广泛传播。这些变异株具有显著的免疫逃逸特性，使得疫苗和康复者血清的有效性降低。

JN.1 变异株不断积累突变，如 R346、F456 和 DelS31 等关键刺突蛋白残基的突变。目前，LB.1、KP.2.3、KP.3 和 KP.3.1.1 等变异株的流行趋势日益增加，其中 DelS31 突变在这些变异株中趋同出现，但其具体影响尚待深入研究。本研究旨在探究这些新变异株对中和抗体（nAb）滴度的影响，以及其刺突蛋白生物学特性的变化机制。

结果

1. 感染性：在 293T-ACE2 细胞中，KP.3 和 KP.3.1.1 等变异株感染性高于亲本 JN.1，DelS31 突变使 FLiRT-DelS31、KP.2-DelS31 和 KP.3-DelS31（即 KP.3.1.1）感染性相对亲本分别增加 1.7 倍、1.4 倍和 2.0 倍 。在 CaLu-3 细胞中，所有 JN.1 衍生变异株感染性均低于祖先 D614G，DelS31 突变使 FLiRT-DelS31 和 KP.2-DelS31 感染性降低，但 KP.3.1.1 感染性相对亲本 KP.3 略有增加。
2. 中和抗体滴度：在接种二价 mRNA 疫苗的医护人员、BA.2.86/JN.1 感染康复者血清以及接种 XBB.1.5 单价疫苗的仓鼠血清中，LB.1、KP.2.3 和 KP.3.1.1 等变异株的 nAb 滴度均显著下降，且主要由 DelS31 突变导致。此外，单克隆抗体 S309 对这些新变异株完全无效。
3. 抗原性差异：抗原性图谱分析表明，携带 DelS31 突变的变异株与其他 JN.1 衍生变异株抗原性不同，它们聚为一类，与 JN.1 的抗原距离相对较远，进一步证实 DelS31 突变对抗体逃逸和刺突蛋白抗原性的重要影响。
4. 细胞融合：在 293T-ACE2 和 CaLu-3 细胞中，所有新出现的 JN.1 亚变异株相对 D614G 和 JN.1 融合能力均下降。携带 DelS31 突变的变异株，如 FLiRT_DelS31、KP.2_DelS31 和 KP.3.1.1，与亲本相比，细胞融合水平显著降低。
5. 表面表达和加工：所有 JN.1 衍生变异株表面表达水平相对 D614G 均下降，但携带 DelS31 突变的变异株，如 FLiRT_DelD31、KP.2_DelS31 和 KP.3.1.1，细胞表面表达相对亲本增加 20% - 30%。新变异株在刺突蛋白加工方面与亲本相似，但 DelS31 突变可能使 S1 信号迁移变慢。
6. 刺突蛋白稳定性：DelS31 突变增强了刺突蛋白的稳定性，表现为对温度诱导的失活具有更高抗性，S1 脱落减少。例如，KP.3.1.1（KP3_DelS31）和 FLiRT_DelS31 的半失活温度（T1/2）分别为 41.68°C（±0.14）和 39.25°C（±0.04），高于亲本 KP.3 和 FLiRT。
7. 分子建模：DelS31 突变使相邻的 F32 残基重新定位，增强了 NTD 稳定性，诱导构象变化，加强了 NTD 与受体结合域（RBD）的相互作用，使 RBD 更倾向于向下构象，降低了受体结合基序（RBM）对 ACE2 受体和部分中和抗体的可及性。此外，DelS31 突变还引入了 N - 连接糖基化修饰，屏蔽了 NTD 区域，减少抗体识别。

讨论

SARS-CoV-2 的持续进化给 COVID-19 疫情防控带来挑战。JN.1 变异株及其衍生亚变异株的出现，尤其是 DelS31 突变，对病毒的特性产生多方面影响。该突变显著增强了刺突蛋白和病毒颗粒的稳定性，提高了对中和抗体的逃逸能力，改变了抗原性，降低了细胞融合能力。

研究发现，携带 DelS31 突变的变异株对多种单克隆抗体的敏感性降低，凸显了开发新抗体和抗病毒药物的紧迫性。同时，DelS31 突变对病毒感染性的影响在不同细胞系中存在差异，可能与 ACE2 表达水平有关。此外，该突变增强的刺突蛋白稳定性或许能解释相关变异株在 2024 年夏季的优势流行。

总体而言，本研究强调了单个 NTD 突变对刺突蛋白生物学特性的重大影响，支持美国 FDA 选择 JN.1/KP.2 作为最新 mRNA 疫苗配方的决定，同时建议考虑将包含 DelS31 突变的刺突蛋白作为潜在免疫原，持续监测变异株对于疫情防控至关重要。

材料和方法

1. 研究队列：选取俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心接种疫苗的医护人员、BA.2.86/JN.1 感染波期间的患者以及接种重组腮腺炎病毒载体 XBB.1.5 单价疫苗的金黄地鼠作为研究对象，采集血清样本。
2. 细胞系：使用人上皮肾细胞（293T）、过表达人 ACE2 的 293T 细胞（293T-ACE2）和人肺腺癌细胞系 CaLu-3 细胞，在特定培养基中培养。
3. 质粒：构建携带不同变异株刺突蛋白的质粒，以及基于 pNL4-3-inGluc 的假型 HIV-1 载体。
4. 假型慢病毒生产和感染性测定：通过转染 293T 细胞生产假型病毒，感染 293T-ACE2 和 CaLu-3 细胞，测定感染性。
5. 病毒中和试验：对不同队列的血清进行系列稀释，与标准化的假型病毒混合孵育后感染 293T-ACE2 细胞，计算中和抗体滴度。
6. 抗原性图谱分析：使用 Racmacs 软件生成抗原性图谱，分析变异株与血清样本之间的抗原性距离。
7. 细胞融合实验：共转染 293T 细胞表达刺突蛋白和绿色荧光蛋白（GFP），与 293T-ACE2 或 CaLu-3 细胞共培养，观察并量化细胞融合情况。
8. 刺突蛋白表面表达检测：通过流式细胞术检测生产假型病毒的 293T 细胞表面刺突蛋白的表达。
9. 刺突蛋白加工分析：裂解生产假型病毒的 293T 细胞，进行 SDS-PAGE 和免疫印迹，分析刺突蛋白的加工情况。
10. S1 脱落检测：转染 HEK293T 细胞表达刺突蛋白，用或不用可溶性 ACE2（sACE2）处理，免疫沉淀并检测 S1 脱落。
11. 病毒热灭活实验：对假型慢病毒进行蔗糖密度梯度离心纯化，在不同温度下孵育后接种 293T-ACE2 细胞，检测感染效率。
12. 结构建模和分析：使用 SWISS-MODEL 服务器进行结构建模，结合相关软件分析突变对 ACE2 结合、构象稳定性和抗体逃逸的影响。
13. 量化和统计分析：运用 GraphPad Prism 10 进行统计分析，计算中和抗体滴度等指标，进行显著性检验。

研究局限性

本研究使用携带 SARS-CoV-2 刺突蛋白的假型病毒或转染细胞中的刺突蛋白，缺乏对活的真实 SARS-CoV-2 的分析。虽然之前已验证过假型病毒实验的有效性，但仍存在一定局限性。此外，中和试验的队列相对较小，不过类似规模的队列在相关研究中也有应用，研究结果仍具有参考价值。