五聚体α-螺旋卷曲螺旋稳定化的Stx2e B亚单位疫苗有效预防仔猪水肿病

为解决猪水肿病（ED）疫苗开发难题，日本冲绳县科技振兴部门的研究团队通过将Stx2e B亚单位（Stx2eB）与五聚体COMP卷曲螺旋结构域融合，构建了高稳定性抗原。实验证明该融合蛋白在小鼠和仔猪模型中均能100%中和Shiga毒素2e（Stx2e），显著优于传统亚单位疫苗，为ED防控提供了新策略。

　　

猪水肿病（ED）是困扰全球养猪业的致命疾病，由产Shiga毒素2e变种（Stx2e）的大肠杆菌（STEC）引发。这种AB₅型毒素通过B亚单位五聚体结合宿主细胞表面的Gb4受体，导致血管内皮细胞坏死。尽管传统甲醛/戊二醛灭活疫苗有一定效果，但存在毒性残留风险；而Stx2e B亚单位（Stx2eB）单独表达时稳定性差，制约了亚单位疫苗开发。

冲绳县科技振兴部门的研究团队基于前期发现——五聚体软骨寡聚基质蛋白（COMP）的α-螺旋卷曲螺旋可稳定Stx2a B亚单位，创新性地将这一策略应用于Stx2eB。通过大肠杆菌表达系统，研究人员构建了Stx2eB与COMP五聚体、四聚体及三聚体卷曲螺旋的融合蛋白，并采用包涵体复性技术获得可溶性抗原。

主要技术方法
研究首先通过密码子优化合成Stx2eB及其融合基因，在大肠杆菌BL21(DE3)中表达后从包涵体复性纯化；采用圆二色谱验证蛋白二级结构；通过ELISA和细胞毒性试验评估抗体效价与中和能力；最后用仔猪口服STEC攻毒模型验证疫苗效果，实验由日本京都的KYODOKEN研究所执行。

研究结果

1. 蛋白表达与结构验证
   Stx2eB单独表达量仅0.5-2 mg/L，而Stx2eB-COMP五聚体融合蛋白产量达130 mg/L。圆二色谱显示该融合体具有典型α-螺旋特征，且热稳定性显著提升。

2. 小鼠保护实验
   免疫Stx2eB-COMP的小鼠全部耐受2×LD₅₀的Stx2e攻击，而单独Stx2eB组仅10%存活。关键发现是：当Stx2eB与三聚体/四聚体卷曲螺旋融合时，保护率骤降至30%-40%，证实"五对五"化学计量比的决定性作用。

3. 仔猪攻毒试验
   高剂量组（100 μg×2）仔猪完全无临床症状，而佐剂对照组50%死亡；低剂量组（10 μg×2）虽全部存活，但出现轻度水肿。组织学显示疫苗组血管内皮损伤显著减轻，且血清抗-Stx2eB IgG滴度与保护率呈正相关。

讨论与意义
该研究首次证明COMP卷曲螺旋通过分子"捆绑"机制解决Stx2eB稳定性难题：①五聚体结构模拟天然毒素B亚单位构象，保留关键表位；②α-螺旋束增强蛋白耐热性（60℃处理1 h仍保持活性）；③相较于传统灭活疫苗，避免了毒性逆转风险。值得注意的是，Stx2eB-COMP诱导的抗体对Gb4受体竞争性抑制效率达92%，显著高于Stx1B疫苗（67%），这与其84%的氨基酸同源性形成有趣对比。

论文发表于《Vaccine》的这项工作，不仅为ED提供了安全高效的疫苗候选，更开创了"结构稳定化亚单位疫苗"新范式。作者Takeshi Arakawa团队指出，该策略可拓展至其他AB₅毒素（如霍乱毒素CT）的疫苗设计，尤其适用于难以形成天然五聚体的B亚单位。冲绳县政府的资助凸显了该成果对亚洲养猪业的重大价值——据估算，ED导致的仔猪死亡率可达80%，而现有疫苗生产成本是COMP融合疫苗的3倍。