SCIENCE：RSV疫苗研究新進展：基於結構設計的RSV疫苗實現概念性驗證

呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus, RSV）能夠在嬰兒和老年人中造成嚴重呼吸道疾病，然而，RSV疫苗研發卻是一大歷史難題。病毒表面的蛋白存在中和敏感的抗原表位，在原子水平解析這些結構的技術正在改變疫苗學，並指導新的疫苗開發方法。

2019年8月2日，美國國立衛生研究院BarneyS. Graham團隊與德克薩斯大學奧斯汀分校研究團隊合作，在國際學術期刊Science雜誌上發表了題為A proof of concept for structure-based vaccine design targeting RSVin humans的研究報告，研究團隊通過結構獲得了一個保持呼吸道合胞病毒（RSV）融合（F）糖蛋白的融合前構象穩定亞基的候選疫苗(DS-Cav1)，並在小鼠和獼猴實驗中表現出有前景的結果，基於結構設計的實驗性RSV疫苗在1期臨床試驗中能夠激發大量RSV中和抗體的產生，並且抗體水平可維持幾個月。該研究驗證了利用結構設計人RSV疫苗的可行性，為基於結構的疫苗設計提供了臨床上的概念證明，並提示研發成功的RSV疫苗是可行的。

一、研究背景

呼吸道合胞病毒（respiratorysyncytial virus, RSV）能夠導致肺炎、支氣管炎和其它下呼吸道疾病，每年上百萬人因為RSV感染生病，超過10萬人因此去世。所有年齡的人群都可能受到RSV感染，在嬰兒和老年人中的感染最為危險，對於小於1歲的嬰兒，RSV是導致傳染病死亡的第二大因素。然而，RSV疫苗卻是一大世界難題，基於傳統的疫苗研發技術方法難以實現。

RSV病毒的F蛋白是激發人類免疫系統產生抗體的主要保護性抗原，但是F蛋白能夠改變它的構象，在感染人體細胞之前，它處於第一個構象，在感染過程中，它會轉變成第二個構象。如果免疫系統能夠遇到處於第一種構象的F蛋白，它能夠產生強力抗體，但是如果F蛋白處於第二種構象，它幾乎不會激發抗體的生成，激發的抗體也不是很有效。傳統方法開發RSV疫苗通常導致F蛋白處於第二種構象，因此激發的抗體反應不強。

二、主要結果

1、穩定pre-F三聚物疫苗DS-Cav1的設計

呼吸道合胞病毒的F蛋白是一類融合蛋白，在感染細胞或病毒膜上作為F2-F1雜二聚體的三聚體顯示。融合前構象是亞穩態的，當介導膜融合或自發觸發時，融合前構象經歷了不可逆的重排至非功能融合後構象。雖然約50%的表面在融合前和融合後共享，但對中和最敏感的抗原位點僅位於融合前構象上。

為了阻止分子重新排列成融合後構象。研究團隊首先使用X光晶體學技術，在原子水平解析了F蛋白在第一種構象時的分子結構，通過結構分析了F蛋白最有效的中和活性表位，在F蛋白的C末端引入兩個突變(S155C和S290C)使其之間形成二硫鍵以增加蛋白的穩定性；此外，還在構象兩個凹槽部位進行了修飾(S190F和V207L)，使其得到填充（圖1）。通過上述改造後的F蛋白通過CHO細胞進行表達，可用於生產的穩定pre-F三聚物疫苗，DS-Cav1，這些修飾阻止了分子重新排列成F後構象。

表1. DS-Cav1是一種穩定表達RSV F亞單位蛋白預融合候選疫苗。

2、DS-Cav1疫苗可引起對RSV亞型A和B的有效中和抗體反應

動物實驗結果：研究者將DS-Cav1疫苗在小鼠和非人靈長類動物中進行的研究發現，DS-Cav1的疫苗在動物實驗中，這種疫苗能夠激發的免疫反應比以前觀察到的免疫反應高10倍，顯示出了其巨大的效力和潛能。

人體臨床結果：研究者在Science的報告中報道了DS-Cav1在40名健康志願者的I期臨床試驗中的結果。主要的免疫原性指標是疫苗誘導的中和活性。研究者設置了兩個疫苗劑量，分別是50mg和150mg，每個劑量又分成含有鋁佐劑或不含鋁佐劑的兩個小組，並使用使用一組血清標準和首個國際抗呼吸性合胞病毒血清標準，將RSV亞型A和B標準化為國際單位，分別在不同時間點檢測RSV的中和活性。結果表明，DS-Cav1能夠顯著激發RSV中和抗體的產生，中和抗體產生的水平與通常人受到RSV感染產生的抗體水平相比，是後者的10倍以上，並且可維持幾個月（圖2，3）。

圖2. DS-Cav1疫苗可引起對RSV亞型A和B的有效中和抗體反應。

圖3. 圖3.DS-Cav1可誘導偏向融合前和雙結合抗體和B細胞反應。

當然，值得注意的是，1期臨床試驗只是回答了疫苗的安全性以及是否激發預期的抗體等問題，還需要經過2期和3期臨床試驗的檢驗觀察期能否降低疾病的嚴重程度，或者降低住院的次數。如果該疫苗能夠獲得成功，將為預防RSV感染帶來革命性的改變。

SUMMARY

Technologies that define theatomic-level structure of neutralization-sensitive epitopes on viral surfaceproteins are transforming vaccinology and guiding new vaccine developmentapproaches. Previously, iterative rounds of protein engineering were performedto preserve the prefusion conformation of the respiratory syncytial virus (RSV)fusion (F) glycoprotein, resulting in a stabilized subunit vaccine candidate(DS-Cav1), which showed promising results in mice and macaques. Here, phase Ihuman immunogenicity data reveal a more than 10-fold boost in neutralizing activityin serum from antibodies targeting prefusion-specific surfaces of RSV F. Thesefindings represent a clinical proof of concept for structure-based vaccinedesign, suggest that development of a successful RSV vaccine will be feasible,and portend an era of precision vaccinology.

1. Experimental Vaccine Against Respiratory Syncytial Virus (RSV) Elicits StrongImmune Response. Retrieved August 2, 2019, from

https://news.utexas.edu/2019/08/01/experimental-vaccine-against-respiratory-syncytial-virus-rsv-elicits-strong-immune-response/

2. Crank et al., (2019). A proof of concept for structure-based vaccine designtargeting RSV in humans. Science. 10.1126/science.aav9033

本期編輯：Annabella

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