B族链球菌II型和III型荚膜多糖的分子建模揭示过滤保留差异及交叉反应缺失的构象机制

本研究通过比较分子建模和NMR验证，揭示了GBSII型荚膜多糖(CPS)因形成紧凑球状构象导致30 kDa膜过滤低保留率，而GBSIII型因延伸锯齿构象被高效截留；同时解析了二者抗原表位差异导致缺乏交叉反应的分子基础，为多价GBS疫苗开发提供关键理论支撑。

　　

在全球范围内，B族链球菌(Group B Streptococcus, GBS)是威胁孕产妇和新生儿健康的重要病原体，其引发的败血症和脑膜炎导致高死亡率。尽管抗生素治疗有一定效果，但日益严峻的抗菌素耐药性(AMR)问题促使世界卫生组织(WHO)将GBS列为重点防控病原体。目前针对六种主要血清型(Ia、Ib、II、III、IV、V)的多价糖缀合物疫苗成为最有希望的解决方案，其中Pfizer开发的含CRM₁₉₇载体蛋白的六价疫苗已进入临床后期。然而在疫苗生产过程中，GBSII型荚膜多糖(Capsular Polysaccharide, CPS)在30 kDa膜过滤时出现异常低回收率(<50%)，而其他血清型可达90%以上，这一现象与GBSII和GBSIII相似分子量但迥异过滤效率的矛盾亟待解释。此外，这两种血清型在人体内缺乏交叉保护作用的分子机制也尚未阐明。

来自开普敦大学等机构的研究人员通过分子动力学模拟结合核磁共振(NMR)验证，首次系统比较了GBSII和GBSIII的构象特征及其与生物行为的关联。研究发现GBSII形成紧凑的球状构象(半径比Rg/Rh≈1.13)，而GBSIII呈现延伸的锯齿状构象，这完美解释了前者易通过30 kDa膜孔(回收率提升至90%需改用10 kDa膜)而后者被高效截留的现象。更重要的是，通过表位分析发现GBSIII特异性抗体仅识别其特有的Neu5Ac(2?3)Gal侧链空间构象，而GBSII的Gal表位因分子折叠被遮蔽，从原子层面阐明了临床观察到的免疫无交叉反应性。该成果发表于《Carbohydrate Polymers》，为优化疫苗生产工艺和设计广谱保护表位提供了关键理论依据。

研究采用三大关键技术：1) 分子动力学模拟GBSII(3/6重复单元)和GBSIII(3/6RU)的溶液构象；2) 通过¹H-¹H NOESY和ROESY NMR验证关键原子间距；3) 使用PROMALS3D算法比对GBSIII抗体结合表位与GBSII潜在表位的空间差异。样本来源于PATH组织提供的天然GBS多糖。

【材料与方法】
通过优化重复单元(RU)数量平衡计算效率与生物学相关性，选择3RU和6RU链长进行模拟。GBSII建模首次揭示其七糖重复单元中五糖主链与双侧链(Neu5Ac-Gal)的折叠模式。

【结果】
构象分析显示GBSII形成直径约4.5 nm的致密球体，而GBSIII延伸长度达8.2 nm。氢键网络分析发现GBSII主链β(1?4)糖苷键形成分子内氢键促进折叠，而GBSIII的β(1?6)键导致柔性延伸。表面电势图显示GBSIII的Neu5Ac密集暴露，而GBSII的Gal表位被Neu5Ac空间屏蔽。

【讨论】
该研究首次将GBSII的物理过滤特性与分子构象直接关联，修正了既往"铅笔状线性构象"的错误假设。表位差异解释为何尽管共享β-Glc-Gal-GlcNAc骨架，但仅GBSIII抗体能识别其特有三维表位。这对设计能覆盖多血清型的嵌合抗原具有指导价值。

【结论】
研究证实GBSII的紧凑球状构象是其低膜保留率的根本原因，而GBSIII的延伸构象与独特表位空间排布共同导致免疫特异性。这些发现为：1) 优化疫苗纯化工艺参数；2) 开发基于构象设计的广谱疫苗；3) 建立多糖构象-功能预测模型提供了原子尺度的理论框架。Nicole I. Richardson等作者的工作标志着GBS结构疫苗学进入精准设计新阶段，对实现WHO"2030年战胜脑膜炎"目标具有重要推动作用。