多尺度模拟与脂质组学整合策略理性设计登革热病毒样颗粒疫苗

本研究针对登革热病毒样颗粒(VLP)疫苗的形态异质性和低分泌效率难题，通过整合分子模拟与实验验证，揭示了包膜蛋白E-H1螺旋与脂质相互作用的调控机制。研究人员系统引入靶向脂质尾部的突变，使VLP分泌效率提升2倍，并保持免疫原性，为下一代疫苗设计提供了蛋白-脂质相互作用优化新范式。该成果发表于《Cell Reports Physical Science》。

　　

登革热病毒(DENV)每年导致数百万感染，现有疫苗Dengvaxia^?和QDENGA^?存在效力不均和抗体依赖性增强(ADE)风险。病毒样颗粒(VLP)因其非感染性和高免疫原性成为理想候选，但包膜VLP(eVLP)缺乏病毒基因组核心导致形态异质性和不稳定性。更棘手的是，低分辨率冷冻电镜(cryo-EM)显示成熟DENV-2 VLP直径仅26-36nm，其E蛋白茎区(SH)与脂质膜的相互作用机制尚不明确。

为破解这些难题，Venkata Raghuvamsi Palur团队在《Cell Reports Physical Science》发表研究，通过多尺度建模与实验的整合策略，揭示E蛋白茎螺旋-脂质相互作用如何调控VLP稳定性与免疫原性。研究人员首先通过脂质组学(LC-MS/MS)发现不同细胞系产生的VLP均富含二酰基甘油(DG)和脂肪酸(FA)。接着构建嵌合体mD2VLP（含80%登革热和20%日本脑炎病毒序列）的全原子模型，分子动力学(MD)模拟显示E-H1螺旋的L398、F402等残基与脂质尾部相互作用对VLP分泌至关重要。

实验验证中，将E-H1面向脂质的残基突变为丙氨酸(A)或谷氨酸(E)导致VLP分泌完全抑制，免疫荧光显示蛋白滞留在胞质内。通过RosettaMP预测和验证，F402L/A409L双突变使VLP分泌提升2倍，冷冻电镜显示其粒径分布更均一（30-32nm颗粒占比从33%增至46%）。温度稳定性实验证实突变体在37°C下抗原保持率显著优于野生型。单克隆抗体(mAb)结合实验表明突变未影响表位暴露，反而增强抗体识别。

粗粒化(CG)模拟完整VLP发现：磷脂(PL)主导的囊泡形态受脂质数量调控，而DG主导系统会自发形成脂质"凸起"稳定颗粒。距离分析显示DG系统能更好维持E蛋白二聚体间距，这解释了实验观察到的形态异质性。研究首次证实DG通过跨膜活性在双层膜间积累，为VLP形态调控提供新见解。

关键技术包括：(1)脂质组学分析VLP膜成分；(2)全原子/粗粒化多尺度分子模拟；(3)冷冻电镜表征颗粒形态；(4)位点定向突变与分泌效率检测；(5)抗原捕获ELISA评估免疫原性。使用HEK293T和COS-1细胞系制备VLP，通过蔗糖梯度离心纯化。

【脂质组成保守性】

脂质组学显示不同细胞系产生的DENV、JEV和ZIKV VLP均富含DG(34碳)和FA(18碳)，PC和氧化脂肪酸含量较低。LC-MS/MS谱图总强度相当，表明脂质提取效率一致。

【E-H1螺旋关键作用】

通过螺旋轮分析鉴定出L398、F402等6个脂质接触残基。AA-MD模拟发现突变导致E-H1局部解旋（尤其A409E和L412E），脂质接触数减少25%，膜插入深度降低1.5?。实验证实这些突变使分泌P/N比降至1.15（野生型31.66）。

【理性设计增强分泌】

RosettaMP预测亮氨酸突变最有利，F402L/A409L双突变使分泌提升2倍，培养上清抗原量延迟下降。延伸模拟显示突变体E-H1氢键寿命延长30%，证实其稳定作用。

【形态均一性提升】

冷冻电镜显示双突变体球形颗粒占比提升13%，SDS-PAGE证实纯度相当。抗体结合实验显示DIII域表位暴露增加20%，37°C孵育7天后抗原保留率提高3倍。

【全颗粒动态模拟】

CG模型再现实验观察的形态异质性：PL系统形成椭球形颗粒，而DG系统因脂质凸起维持球形。溶剂可及表面积(SASA)分析表明DG系统能更好维持天然E蛋白构象。

该研究开创性地将计算模拟与实验验证相结合，阐明E-H1螺旋-脂质相互作用是调控VLP分泌和形态的关键开关。F402L/A409L双突变在不影响免疫原性前提下，同步解决产量低和异质性大两大技术瓶颈。DG介导的膜重塑机制为其他包膜病毒疫苗设计提供新思路，尤其对ZIKV、WNV等黄病毒属疫苗开发具有普适意义。未来可进一步优化prM切割效率，或通过冷冻电镜解析VLP-抗体复合物结构指导精准设计。