mRNA-1273与NVX-CoV2373新冠疫苗诱导的多克隆抗体结构血清学特征及NTD超位点免疫优势性研究

这篇研究通过电子显微镜多克隆表位定位技术（EMPEM），系统解析了mRNA-1273和NVX-CoV2373疫苗诱导的抗体应答特征。研究发现两种疫苗均能靶向刺突蛋白（Spike）N端结构域（NTD）超位点产生高多样性但变异敏感的免疫优势性抗体，提示未来疫苗设计需规避该易突变区域以增强交叉保护。

　　

研究背景

COVID-19疫苗的快速研发面临持续变异的SARS-CoV-2毒株挑战。尽管基于原始毒株设计的mRNA-1273（Moderna）和蛋白亚单位疫苗NVX-CoV2373（Novavax）能诱导中和抗体，但其靶向刺突蛋白（Spike）的抗体表位特征及变异株逃逸机制尚不明确。该研究首次采用冷冻电镜多克隆表位定位技术（cryo-EMPEM），全面解析两种疫苗在非人灵长类（NHP）和临床试验受试者中诱导的多克隆抗体（pAb）景观。

核心发现

1. 疫苗平台间的抗原性差异
通过分析4种NHP和9名临床试验受试者的血清抗体，发现两种疫苗均主要靶向受体结合域（RBD）的受体结合基序（RBM）和NTD超位点。其中mRNA-1273诱导的抗体更易导致Spike三聚体解离，而NVX-CoV2373则产生更丰富的NTD表位多样性，包括靶向膜近端面的独特抗体。

2. NTD超位点的免疫优势性
高分辨率冷冻电镜（3.2–4.5 ?）揭示：

• 超位点抗体：占pAb响应的70%以上，主要结合N3（141–156）和N5（246–260）柔性环，呈现向下（面向病毒膜）或侧向结合模式。其中4A8类抗体（VH1-24基因编码）专一性识别N3/N5环。
• 变异易感性：Alpha（B.1.1.7）、Beta（B.1.351）、Delta（B.1.617.2）和Omicron（B.1.1.529）的NTD突变完全消除了超位点抗体结合，而RBM抗体保留部分交叉反应性。

3. 异源加强策略的局限性
使用Beta变异株（rS-Beta）加强免疫后，虽然RBD抗体应答增强，但NTD超位点抗体仍对变异株无效。分子动力学模拟显示，NTD环（N1/N3/N5）的构象可塑性使其成为抗体结合的"热点"，但也成为变异株逃逸的"软肋"。

临床启示

研究提出未来疫苗设计应通过以下策略优化：

• 免疫遮蔽（Immuno-masking）：通过糖基化修饰或结构改造遮蔽NTD超位点，减少非中和抗体的诱导。
• 表位导向：强化针对RBD保守区域（如Class 3/4表位）和S2茎螺旋区的抗体应答。

技术突破

该研究建立的cryo-EMPEM技术首次实现：

• 单次实验同时解析7–8种pAb-Spike复合物结构
• 捕获抗体结合角度差异（如NVX-NHPSA5的侧向结合模式）
• 发现新型NTD表位（如β-折叠靶向抗体NVX-NHPSA2–4）

研究局限

HexaPro突变（如F817P）可能影响S2融合肽区抗体检出，且低丰度/低亲和力抗体难以被EMPEM捕获。这些发现为下一代广谱疫苗研发提供了关键结构生物学依据。