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本文综述广谱冠状病毒疫苗研发进展，聚焦 β 冠状病毒（Betacoronavirus）防控，探讨保守序列、嵌合抗原等设计策略，强调 AI 与结构生物学整合的重要性，为应对病毒多样性及未来疫情提供关键参考。
1. 引言
冠状病毒是有包膜的正链单链 RNA 病毒，主要通过呼吸道飞沫、气溶胶和接触传播，具有显著的人畜共患病潜力。目前已确认 8 种可感染人类的冠状病毒，其中 OC43、HKU1、SARS-CoV、MERS-CoV 和 SARS-CoV-2 属于 β 冠状病毒（Betacoronavirus），其余 3 种属于 α 冠状病毒（Alphacoronavirus）。
21 世纪初，SARS-CoV、MERS-CoV 和 SARS-CoV-2 这三种致病性 β 冠状病毒相继引发公共卫生紧急事件。SARS-CoV-2 的全球持续传播导致大量死亡，对公共卫生和社会经济造成严重破坏。未来冠状病毒疫情风险仍存，包括已知病原体复燃、动物冠状病毒 zoonotic 传播及新型重组病毒出现。
广谱冠状病毒疫苗，尤其是泛冠状病毒疫苗，是应对已知和未知冠状病毒风险的重要武器。泛冠状病毒疫苗按保护范围可分为泛变异株（针对所有 SARS-CoV-2 变异株）、泛 Sarbecovirus、泛 β 冠状病毒和泛冠状病毒（针对所有人类冠状病毒）。WHO 强烈主张加快研发泛冠状病毒疫苗，以应对未来来源不明的冠状病毒大流行。
2. 冠状病毒的结构与感染机制
冠状病毒通常呈不规则球形，直径约 60-220 nm，病毒包膜包含刺突（S）、包膜（E）和膜（M）蛋白，内部基因组由核衣壳（N）蛋白包裹。S 糖蛋白是病毒入侵的关键介导者，分为负责受体结合的 S1 亚基（含受体结合域 RBD）和介导膜融合的 S2 亚基，决定病毒嗜性和致病潜力。
目前已知四种主要宿主细胞受体介导人类冠状病毒入侵：人血管紧张素转换酶 2（hACE2）、人氨肽酶 N（hAPN）、二肽基肽酶 4（DPP4）和 9-O - 乙酰化唾液酸（9-O-Ac-Sia）。不同冠状病毒对受体有特异性：SARS-CoV、SARS-CoV-2 和 NL63 利用 ACE2；229E 利用 APN；MERS-CoV 利用 DPP4；OC43 和 HKU1 利用 9-O-Ac-Sia。
3. 冠状病毒免疫反应的保守性分析
3.1 保守的 T 细胞免疫反应
研究发现未暴露于 SARS-CoV-2 的人群中存在对其的预存 T 细胞免疫，可能源于既往普通感冒冠状病毒（如 OC43、229E 等）感染。例如，40-60% 未暴露个体检测到 SARS-CoV-2 反应性 CD4+T 细胞，SARS 幸存者感染 17 年后仍保留针对 SARS-CoV N 蛋白的记忆 T 细胞，且与 SARS-CoV-2 存在交叉反应。
T 细胞免疫对 SARS-CoV-2 变异株具有较强耐受性，多数 T 细胞表位在变异株中保守。 ancestral 株感染者对 Omicron 的 CD4+和 CD8+T 细胞交叉识别效率分别为 84% 和 70%，BNT162b2 疫苗接种者对 B.1.1.529 的交叉识别率达 91%（CD4+）和 92%（CD8+）。mRNA 和腺病毒载体疫苗均可诱导广泛的 T 细胞反应，且 T 细胞反应比抗体反应更持久。
3.2 抗体交叉识别与病毒免疫逃逸
S 蛋白的 RBD 是中和抗体的主要靶点，但易突变且保守性低。SARS-CoV-2 与 SARS-CoV 的 S 蛋白同源性约 75%，但两者感染个体的血清抗体交叉中和活性低；与 MERS-CoV 同源性仅 35%，交叉结合活性可忽略。普通感冒冠状病毒感染者血清中针对 SARS-CoV-2 的结合抗体水平极低。
Omicron 变异株因 S 蛋白大量突变显著逃逸疫苗或感染诱导的中和抗体，原始株疫苗对其引发的有症状疾病保护有限。而突破性感染可增强对多种变异株的交叉中和能力，同源或异源加强接种也能显著提升针对多种变异株的抗体反应。
4. 广谱冠状病毒疫苗的设计方法
4.1 保守序列
对于泛变异株、泛 Sarbecovirus 等较窄谱疫苗，可选择关键靶蛋白的相对保守序列作为抗原。S2 亚基在序列和结构上比 RBD 更保守，小鼠免疫研究显示 S2 免疫可诱导对 SARS-CoV-2 变异株更广泛的中和抗体反应，并引发与 OC43 的交叉反应免疫。
T 细胞表位在不同 SARS-CoV-2 变异株中分布广泛且高度保守，不同冠状病毒间也存在交叉反应性 T 细胞免疫。N 蛋白因高保守性成为诱导广谱 T 细胞免疫的理想靶点。通过生物信息学设计多表位 T 细胞疫苗是研究热点，如 GRT-R910 疫苗编码预融合稳定 S 蛋白和保守 T 细胞表位，PeptiVax 疫苗基于跨冠状病毒保守区域的非刺突 CD8+T 细胞表位制备。
4.2 嵌合抗原设计
借助生物信息学算法和临床数据库，可从系统发育角度设计与输入序列相似度最大化的抗原序列。中国国家疫苗和血清研究所（NVSI）开发的 NVSI-06-08 疫苗，由 SARS-CoV-2 野生型、Beta 和 Kappa 变异株的 RBD 组成异源三聚体，在动物模型中增强了对 Beta 和 Delta 变异株的中和抗体反应。
剑桥大学的 DIOSynVax 平台基于冠状病毒 RBD 序列设计的共识抗原 T2_17，诱导的交叉反应中和抗体对 Delta、Omicron 及多种 Sarbecovirus 有效。将不同 Sarbecovirus 的 RBD、NTD 和 S2 结构域融合到单一嵌合 mRNA 疫苗中，可提供对多种 Sarbecovirus 的保护。
4.3 蛋白纳米颗粒（NP）抗原
纳米颗粒平台可在表面展示多个抗原表位，模拟天然病毒颗粒，促进 B 细胞受体交联及树突细胞对 antigen 的摄取和呈递。基于铁蛋白的球形 NP 疫苗展示 SARS-CoV-2 RBD 或 S 蛋白，已显示出对变异株的强效抗体反应。
研究人员通过 SpyCatcher 介导的 conjugation 技术，构建展示异源 RBD 的铁蛋白基纳米颗粒疫苗，在小鼠中诱导对包括 SARS-CoV-2 和 SARS-CoV 在内的多种 β 冠状病毒的交叉中和免疫。基于 lumazine synthase（LuS）支架的嵌合 NP 可诱导针对不同 Sarbecovirus 谱系保守表位的优势抗体反应。
4.4 实现广谱保护的免疫策略
序贯接种或混合接种含异源冠状病毒抗原的疫苗，可诱导针对多种病毒的体液和细胞免疫。序贯接种通过反复抗原切换增强对初始抗原保守表位的免疫反应；对 S 蛋白序列差异大的远缘冠状病毒，初免 - 加强策略同时接种抗原可激活针对多种病毒的免疫谱。
研究显示，针对 SARS-CoV-2 Delta、SARS-CoV 和 MERS-CoV 的 mRNA 疫苗，同时或序贯接种可有效诱导涵盖多种病毒的广谱免疫反应；嵌合 mRNA 疫苗的序贯或混合接种能引发更广泛的泛 Sarbecovirus 中和抗体反应。
5. 专家观点
短期内优先开发针对 β 冠状病毒的疫苗可提供实用解决方案，长期成功则依赖 AI 与结构生物学整合进行精准工程设计。未来需注重持久免疫、黏膜策略及对病毒多样性的适应性，计算、免疫和病毒学领域的跨学科合作对实现冠状病毒普遍保护至关重要。
下一代广谱冠状病毒疫苗设计的主要原则包括：保守序列筛选以诱导交叉反应免疫；借助生物信息学和 AI 进行计算引导的抗原设计；基于纳米颗粒的抗原呈递；采用序贯或混合免疫策略优化交叉保护免疫反应。新型佐剂的应用可增强交叉反应免疫和延长免疫记忆，黏膜免疫是泛冠状病毒疫苗研究的重点方向。
尽管广谱冠状病毒疫苗在动物模型中显示出初步有效性，但仍面临挑战。冠状病毒通过结构性受限的漂移进化，保留关键刺突蛋白表位，使较窄谱的泛冠状病毒疫苗在理论上可行。需关注疫苗的耐久性，持续研究病毒进化特征和免疫反应机制，为开发广谱且持久的泛冠状病毒疫苗奠定基础。
