Apoferritin nanoparticle based dual-antigen influenza conjugate vaccine with potential cross-protective efficacy against heterosubtypic influenza virus (Open Access)
盛亚男，魏江雪，李正军，苏志国，马光辉，张松平*
Keywords: Influenza vaccine; Apoferritin nanoparticle; Hemagglutinin; M2e; Conjugate vaccine
DOI: 10.1016/j.partic.2021.04.001
设计和构建高效、具有广谱免疫保护效果的流感疫苗对于流感的防治十分重要。中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室张松平、苏志国团队前期以结构稳定的去铁铁蛋白AFt、乙肝核心抗原病毒样颗粒（HBc VLPs）等蛋白质纳米颗粒为“底盘”，发挥其抗原提呈和免疫刺激的佐剂效应，以流感病毒的血凝素蛋白HA、基质蛋白M2e、核蛋白NP等重要抗原为“免疫插件”，通过基因融合表达和创新的物理加热包埋等技术，模拟各抗原“插件”在天然病毒上的空间分布特点，在蛋白质“底盘”的内部和外部组装，仿生构建出多种可自由组合的新型流感疫苗，显示出针对多种异源毒株的交叉保护力（Bioconjugate Chemistry, 2020, 31(8): 1948–1959；Vaccine, 2020, 38 (38): 5987–5996）。
近期，该团队在PARTICUOLOGY上发表的研究论文，采用SM(PEG)24双功能偶联剂，将流感病毒的血凝素HA和基质蛋白M2e两种抗原通过化学修饰偶联的技术，偶联至去铁铁蛋白AFt纳米颗粒表面，构建出了高效的双抗原流感结合疫苗。
图1 双抗原偶联疫苗构建示意图，以及针对同源和异源毒株的小鼠攻毒保护效率
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亮点导读
※ 制备了AFt-(PEG)24-M2e/HA双抗原候选疫苗
※ AFt-(PEG)24-M2e/HA双抗原候选疫苗可同时诱导M2e和HA特异性抗体
※ AFt-(PEG)24-M2e/HA双抗原候选疫苗对同源H1N1病毒具有完全保护作用，异亚型病毒具有潜在的交叉保护作用
研究背景
铁蛋白是一种在生物体中天然存在的、由24个亚基自组装形成的直径大约为12 nm的球形纳米颗粒，具有高度重复的展示外源性免疫抗原的表面结构和提高抗免疫原性的能力；相邻两亚基氨基端的间距约4.5–7.5 nm，有利于所负载的抗原快速刺激机体产生高效且长效的体液和细胞免疫反应；颗粒表面含有至少72个游离氨基，可以共价偶联外源抗原。铁蛋白的上述特性使其成为了合成疫苗的理想底盘。
流感病毒血凝素(HA)的茎域和基质蛋白2胞外结构域M2e在不同流感毒株中相对保守，已被广泛用作流感疫苗的靶标抗原，以往研究通常将HA或M2e抗原的单个或多个拷贝融合到铁蛋白基因序列中。但外源基因序列的插入对颗粒正确组装的影响以及部分抗原表位因空间位阻被遮蔽而无法发挥有效免疫原性的问题却不容忽视。相比之下，化学偶联法将抗原分子共价结合至纳米颗粒表面，可以避免上述问题。
研究内容
本研究中以马脾去铁铁蛋白(AFt)纳米颗粒为载体，通过化学修饰偶联技术，将M2e和HA化学偶联于AFt颗粒的表面，构建基于AFt底盘的新型流感结合疫苗。
首先利用sSMCC以及含PEG链的SM(PEG)24双功能交联剂，将M2e或HA抗原共价结合至AFt纳米颗粒载体表面，发现含有PEG链的交联剂介导制备的结合疫苗免疫小鼠后具有更高的攻毒保护率，且HA为抗原的结合疫苗保护率优于M2e为抗原的保护率。
进一步将HA和M2e抗原依次通过SM(PEG)24偶联至AFt纳米颗粒载体表面，合成的双抗原疫苗候选AFt-(PEG)24-M2e/HA，每个AFt表面平均可以偶联1.8个HA和32个M2e抗原。小鼠实验结果显示双抗原疫苗可同时诱导出高水平的M2e和HA抗原特异性抗体，对同源PR8 H1N1病毒株的致命感染具有100%的保护作用，对异源A/FM/1/47 H1N1株具有70%的保护作用。此外，双抗原疫苗对A/Singapore/GP1908/2015 (IVR-180) H1N1、A/An Hui/1/2005 H5N1以及A/Hong Kong H3N2三种异源病毒株均具有显著的特异性血凝抑制(HAI)效价，显示了双抗原疫苗具有潜在的交叉保护作用。
图2 针对三种不同异源毒株的血凝抑制效价
该研究将有助于铁蛋白纳米颗粒在疫苗合成中的广泛应用，为通用流感候选疫苗的研发提供了一定基础。
通讯作者
张松平，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师。研究领域为生物化工，着重于解决疫苗抗原、生物酶等生物活性大分子在纯化制备和应用过程中的结构稳定和活性保持问题。在ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.、J. Virol.等期刊发表论文120余篇，申请发明专利30余项（转让/实施7项），多项技术成果在疫苗、蛋白质药物、诊断试剂等重要产品的研发和生产中获得实施应用。兼任国家农业部第7届兽药评审专家，J Chromatography A客座主编，J Chromatography A 和Biochemical Engineering Journal编委。
供稿：原文作者
编辑：《颗粒学报》编辑部