寨卡病毒是一類蚊媒傳播病原，感染孕婦可引起新生兒小頭畸形。2015-16年寨卡疫情成為國際公共衛生緊急事件，現時尚無獲批疫苗。寨卡病毒與登革病毒的抗原性接近，屬一個超血清家族。最新的人群隊列研究發現，既往的寨卡病毒感染能够顯著增加後續登革病毒感染的嚴重程度，證明寨卡預存抗體對登革病毒感染有嚴重的抗體依賴增强（ADE）風險（Science，369，1123-1128（2020））。寨卡/登革血清型之間的ADE是疫苗研製亟需解决的焦點安全問題，特別是這兩類病毒可由相同的媒介（比如埃及伊蚊）傳播，且流行區域重疊。囙此，理想的寨卡疫苗應該具備以下3個特點：1）預防寨卡病毒的母嬰傳播；2）預防由於寨卡病毒感染引起的登革ADE；3）預防由於寨卡疫苗免疫導致的登革ADE。而現全球進入臨床階段的寨卡疫苗在設計上都沒有避免潜在的登革ADE風險。
圖1.基於靶向FL錶比特的ADE抗體結構指導抗原理性設計
結果顯示，MutB/C疫苗一次免疫可產生清除性的免疫應答，完全保護小鼠抵禦寨卡病毒攻毒，在病毒感染的所有靶組織中都檢測不到病毒載量。此外，在孕鼠感染模型中顯示疫苗完全阻斷寨卡病毒的母嬰傳播，在胎鼠的鼠腦和胎盤中都檢測不到病毒載量（圖2）。
圖2.MutB/C疫苗阻斷寨卡病毒的母嬰傳播
研究者進一步通過體外和體內試驗驗證MutB/C對登革病毒感染的ADE。令人振奮的是，MutB/C疫苗免疫血清完全消除了對四種血清型登革病毒的ADE；血清過繼試驗證實MutB/C疫苗免疫血清不會引起登革病毒感染的ADE，而野生型構建（WT）則引起會加快動物的死亡和病症加重（圖3）。
圖3.MutB/C疫苗消除了對登革病毒感染的體外和體內ADE
為了進一步探究改造後疫苗MutB/C消除ADE的免疫學基礎，研究者們通過B細胞受體（BCR）的單細胞測序方法分析了免疫後小鼠淋巴結的抗原特异性BCR的特性。結果顯示，野生型疫苗激發的體液免疫存在明顯的免疫優勢情况，60%以上的BCR使用3組胚系基因。而MutB/C打破了原有的免疫優勢，使抗原特异性BCR使用的胚系基因呈分布式分佈（圖4）。研究者又以抗體IgG的形式合成了各免疫組中代表性的優勢抗體。研究發現野生型疫苗誘導的優勢抗體都靶向FL錶比特，且對四種血清型的登革病毒存在交叉結合和顯著的ADE。而MutB/C疫苗誘導的優勢抗體幾乎不結合各血清型登革病毒，且無ADE。有趣的是，通過對現有報導不同來源黃病毒FL錶比特鼠單抗的比較發現，這些抗體都使用了和本文報導的野生型疫苗激發出來抗體幾乎同樣的胚系基因。這提示，黃病毒FL錶比特的ADE抗體可能共用著少數幾個相似胚系基因。
圖4.MutB/C疫苗轉換了由ADE抗體佔據的免疫優勢
研究者們最後解析了其中一個抗原改造E蛋白MutC結合中和抗體的分子基礎，發現MutC仍然能够通過新的作用力維持E蛋白的二聚體結構，這對於啟動有效中和抗體非常重要。此外，改造後的FL胺基酸產生對ADE抗體的比特阻和電荷排斥，囙此揭示了MutC不誘導ADE抗體產生的結構基礎。該研究成功應用結構指導抗原設計用於解决寨卡疫苗ADE問題，為寨卡疫苗開發中長期存在的問題提供了一個漂亮的解決方案。理性設計消除ADE的新型寨卡疫苗朝著開發安全有效寨卡疫苗邁出了一大步，並將指導寨卡疫苗未來在臨床使用。中國科學院微生物研究所高福院士、戴連攀研究員和嚴景華研究員為該論文的共同通訊作者。戴連攀研究員、海南醫學院徐坤博士和中國科學院北京生命科學研究院博士生李金和為論文並列第一作者。海南醫學院夏乾峰教授等給予了重要幫助。論文資訊：https://doi.org/10.1038/s41590-021-00966-6
原文刊載於【中國生物技術網】公眾號
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