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新冠疫情凸显了对安全、有效、快速、低成本且可大规模生产的疫苗的迫切需求。研究人员开展了关于基于外泌体模拟方法开发针对 SARS-CoV-2 及其他病原体疫苗的研究。结果显示该疫苗能引发更强大的免疫反应且安全性高，有望用于多种疾病的疫苗开发。
在全球范围内，新冠疫情的爆发给人类健康和社会经济带来了沉重打击。在疫情肆虐期间，传统疫苗研发面临诸多困境，例如研发周期长，难以快速应对疫情的紧急需求；部分疫苗的安全性存在隐患，可能引发严重的不良反应，像一些疫苗会导致接种者体内出现不受控制的细胞因子风暴，进而引发急性呼吸窘迫综合征（ARDS）等致命疾病；此外，大规模生产疫苗的成本较高，且难以保证供应的稳定性。这些问题使得寻找一种更为理想的疫苗策略成为当务之急。
在此背景下，来自安卡拉大学（University of Ankara）等机构的研究人员积极开展研究，致力于开发一种创新的疫苗策略。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上。该研究聚焦于利用外泌体模拟方法构建膜靶向免疫原性组合物，以此开发针对 SARS-CoV-2 及其他病原体的疫苗。这一研究成果意义重大，若成功应用，将为全球疫苗领域带来新的突破，有效应对传染病的威胁，保障公众健康。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，通过基因工程技术构建了表达特定蛋白的细胞系，如利用 Retro-X Tet-On Advanced 诱导表达系统，建立了表达 SARS-CoV-2 S 蛋白不同变体的细胞系。其次，运用免疫组织化学（IHC）、斑点印迹（dot blot）和酶联免疫吸附测定（ELISA）等实验技术，对蛋白的表达和定位进行检测分析。此外，通过动物实验，以 Balb/c 和 C57BL/6 小鼠为样本队列，评估疫苗的免疫原性和安全性。
研究结果如下：
- SARS-CoV-2 SΔ21 蛋白过表达使刺突蛋白定位于细胞膜：研究人员利用四环素诱导的逆转录病毒哺乳动物表达系统，对比表达 SARS-CoV-2 SΔ21 变体和野生型（wt）的细胞。通过 IHC、dot blot 和 ELISA 检测发现，SΔ21 蛋白能够大量定位于细胞膜，而野生型 S 蛋白则主要存在于细胞质中。并且随着诱导时间延长，SΔ21 蛋白在细胞膜的含量显著增加，在多种细胞系中均得到验证。
- SARS-CoV-2 SΔ21 表达导致刺突蛋白在细胞膜显著定位：ELISA 检测结果表明，表达 SΔ21 的细胞，其细胞膜上的 S 蛋白信号强度与细胞数量以及多西环素（Dox）处理时间呈正相关；而表达野生型 S 蛋白的细胞几乎检测不到信号，进一步证实 SΔ21 蛋白能有效定位于细胞膜。
- SARS-CoV-2 SΔ21 取代天然细胞膜蛋白：研究人员在 ELISA 实验中发现，表达 SΔ21 的细胞会使天然细胞膜蛋白水平下降。通过 dot blot 和 ELISA 检测 Spectrin Alpha Erythrocytic1（SPTA1）和 N-cadherin（CDH2）等蛋白水平，证实 SΔ21 过表达会导致这些蛋白在细胞膜的含量降低，被 S 蛋白所取代。
- CM-S 疫苗诱导更强的免疫反应：以表达 SΔ21 蛋白的细胞膜（CM-S）作为疫苗，与 mRNA 疫苗（BNT162b2）和全灭活病毒（WIV）疫苗对比。在 Balb/c 和 C57BL/6 小鼠实验中，CM-S 疫苗诱导产生的抗 SARS-CoV-2 S IgG 抗体水平更高，在单剂量接种后差异尤为显著，且免疫反应比 mRNA 疫苗和 WIV 疫苗更强。
- CM-S 疫苗产生更多中和抗体：通过专门设计的中和抗体检测方法和活病毒中和试验发现，接种 CM-S 疫苗的小鼠血清中，抗 SARS-CoV-2 中和抗体水平显著高于接种 mRNA 疫苗和 WIV 疫苗的小鼠，意味着 CM-S 疫苗能诱导机体产生更强的抗病毒能力。
- CM-S 疫苗提供平衡的 Th1/Th2 免疫反应：检测小鼠血清中 IgG1 和 IgG2a 抗体滴度发现，CM-S 疫苗诱导产生的 IgG1 和 IgG2a 抗体水平均高于 mRNA 疫苗和 WIV 疫苗，且其 IgG1/IgG2a 比值更接近 1，表明 CM-S 疫苗能引发更平衡的 Th1/Th2 免疫反应，有助于增强疫苗的保护效果。
- SARS-CoV-2 S 蛋白 - 细胞膜免疫原性组合物不诱导炎症细胞因子反应：评估接种疫苗小鼠血清和脾细胞的细胞因子反应发现，13 种细胞因子中有 12 种在接种两剂疫苗的小鼠血清中未升高，部分炎症相关细胞因子水平甚至下降。同时，接种疫苗小鼠在四个月的观察期内，身体状况与对照组无异，说明该疫苗安全性良好。
- SARS-CoV-2 S 蛋白 - 细胞膜组合物提供免疫记忆：研究发现，S1 蛋白能增强接种 CM-S 疫苗小鼠脾细胞的细胞因子分泌，存在显著相关性。这表明该疫苗能诱导免疫记忆，对后续抵抗病原体感染具有重要意义。
- Δ21 缺失的刺突 mRNA 引发更强的免疫反应：对比表达 Δ21 缺失的刺突 mRNA（mRNA-SΔ21）和野生型刺突 mRNA（mRNA-Swt）的细胞，接种表达 mRNA-SΔ21 细胞的小鼠免疫反应更强，血清中中和抗体滴度更高，说明 mRNA-SΔ21 可能是更有效的疫苗策略。
- 水泡性口炎病毒 G 蛋白促进 SARS-CoV-2 S 蛋白膜转运：将水泡性口炎病毒 G（VSV-G）蛋白的跨膜结构域（TM）替换 SARS-CoV-2 S 蛋白的 TM 结构域后，发现改造后的蛋白能有效定位于细胞膜，且效果与 SΔ21 蛋白相当，表明 VSV-G 蛋白可促进 S 蛋白的膜转运。
研究结论与讨论部分指出，该研究开发的基于外泌体模拟的膜靶向免疫原性组合物疫苗策略具有诸多优势。与传统疫苗相比，它能更快速、低成本地生产大量天然形式的抗原，且引发的免疫反应更强、更平衡，安全性更高。同时，该策略不仅可用于新冠疫苗开发，还能通过与具有抗原性的蛋白或表位结合，应用于其他微生物和肿瘤的疫苗开发。此外，研究还发现 S1 蛋白在调节细胞因子分泌方面的潜在作用，为预防细胞因子风暴提供了新的思路。这一研究成果为疫苗领域开辟了新的方向，有望推动全球疫苗研发的进程，为人类健康事业做出重要贡献。
