基于CSPj5c和Pfs48/45 17-4融合抗原的纳米颗粒疫苗：一种同时阻断疟疾感染与传播的多阶段疫苗策略

本研究针对疟原虫复杂生命周期导致的疫苗开发难题，创新性地将感染阻断抗原CSPj5c与传播阻断抗原Pfs48/45 17-4设计为自组装铁蛋白纳米颗粒疫苗。通过结构优化和哺乳动物表达系统，成功构建的CSPj5c-17-4-ferritin纳米颗粒在小鼠模型中实现90%的孢子体攻击保护，兔源抗体在标准膜喂养实验(SMFA)中展现显著传播阻断活性(TRA)。该研究为开发同时靶向疟原虫肝期和传播期的多阶段疫苗提供了重要范式。

　　

疟疾仍是全球重大公共卫生威胁，每年导致数十万人死亡，其中非洲儿童和孕妇受影响最为严重。尽管已有RTS,S和R21等基于环子孢子蛋白(CSP)的疫苗获批，但其保护效果有限且抗体滴度随时间衰减。更棘手的是，突破性感染后疟原虫会转化为红细胞内期和传播期等完全不同的生命阶段，使得现有疫苗无法阻断后续传播。与此同时，传播阻断疫苗(TBV)的研发也面临Pfs48/45抗原表达困难、免疫原性不足等挑战。这种"单靶点、单阶段"的疫苗策略难以有效切断疟疾传播链，亟需能同时靶向多个生命阶段的创新疫苗设计。

发表在《npj Vaccines》的这项研究开创性地将两种关键抗原整合到单一疫苗平台：感染阻断抗原CSPj5c包含NPDPNANPNVDPNA连接区、5个NPNA重复序列和C端TSR结构域；传播阻断抗原17-4是经过计算设计的Pfs48/45 D3结构域优化版本。研究人员采用哺乳动物表达系统生产抗原，通过SEC-MALS和SEC-SAXS验证纳米颗粒组装，利用负染电镜观察形貌特征。免疫原性评估采用C57BL/6小鼠和新西兰白兔模型，通过ELISA检测抗体应答，孢子体攻击实验评估保护效果，标准膜喂养实验(SMFA)测定传播阻断活性。

抗原设计与表征

通过基因融合将CSPj5c与17-4以不同取向连接，并展示在铁蛋白纳米颗粒表面。生物膜干涉实验(BLI)证实融合抗原能高亲和力结合CIS43(KD=1.08±0.08 nM)和TB31F(KD=6.26±0.70 nM)单抗，表明关键表位正确折叠。SEC-SAXS显示纳米颗粒分子量达1200 kDa，符合24聚体组装预期。电镜二维分类图像清晰显示铁蛋白核心外围的抗原密度。

免疫原性分析

小鼠实验揭示惊人发现：添加17-4使CSPj5c特异性抗体滴度显著提升，且与融合取向无关。铁蛋白展示进一步放大这一效应，CSPj5c-17-4-ferritin免疫组的抗体水平比单体CSPj5c提高近100倍。这种"佐剂样"增强效应可能源于17-4的稳定性和大分子特性，为抗原设计提供了新思路。

保护效力评估

在PbPfCSP转基因孢子体攻击模型中，单体CSPj5c仅提供30%保护，而融合17-4后保护率跃升至80%。纳米颗粒化将保护效果提升至90%，且两种取向(CSPj5c-17-4-ferritin和17-4-CSPj5c-ferritin)无显著差异。这种保护增强与抗体水平提升高度一致，证实了结构设计的合理性。

传播阻断活性

兔源IgG在SMFA中显示：1000 μg/mL时，CSPj5c-17-4-ferritin组达到94.2%TRA，与纯17-4-ferritin相当。值得注意的是，333 μg/mL剂量下纳米颗粒仍保持完全阻断活性，而单体抗原此时已失效。这种剂量效应凸显了纳米颗粒在表位高密度展示方面的优势。

讨论与意义

该研究突破性地证明：通过理性设计可将感染阻断和传播阻断功能整合到单一疫苗平台。CSPj5c-17-4-ferritin不仅解决了两阶段抗原的协同表达难题，还意外发现17-4能增强CSP免疫原性。这种"双效"疫苗策略既保护个体免受感染，又通过阻断传播实现群体免疫，为疟疾消除提供了新工具。研究建立的SPEEDesign平台和铁蛋白展示技术也为其他多价疫苗开发提供了通用框架。未来研究将聚焦非人灵长类评估和临床转化，并探索17-4增强CSP免疫原性的分子机制。

这项由Richi Gupta、Thayne H. Dickey和Niraj H. Tolia团队完成的工作，展示了结构疫苗学在解决复杂病原体挑战中的强大潜力。其创新之处不仅在于技术突破，更在于颠覆了传统疟疾疫苗研发范式，为其他多阶段病原体的疫苗设计提供了重要借鉴。