如何研发一种既能对抗当下流行毒株、又能对抗未来

由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引起的疫情仍在持续。 迄今为止，全球感染新型冠状病毒的人数已超过6.4亿，死亡人数超过660万人（据世界卫生组织官网数据）。 随着病毒的传播和传播时间的延长，病毒不断积累变异，再加上人体免疫力和疫苗免疫力的选择压力，新冠病毒已经从最初的原始毒株进化为多谱系突变毒株。 世界卫生组织将一些突变病毒命名为关注变种（variant of concern加拿大28QQ群哪里找呢？，VOC）和普遍关注变种（variant of interested，VOI）。 其中五种被列为 VOC：Alpha、Beta、Gamma、Delta 和 Omicron。 自新型冠状病毒流行以来，不同的VOCs不断被替代。 目前，世界上流行的主要VOC菌株是Omicron菌株及其亚菌株（图1）。

图 1. 截至 2022 年 12 月 SARS-CoV-2 突变株的出现频率

然而，与病毒变异速度不匹配的是，疫苗研发需要较长的周期。 目前市场上的大部分疫苗（灭活疫苗、亚单位疫苗、核酸疫苗、病毒载体疫苗等）仍以新冠病毒的原型毒株为抗原。 对Omicron及其亚株的中和能力均有不同程度的下降。 即使疫苗公司能够根据流行病毒株的变化更新疫苗，也往往滞后于变异病毒的出现。 因此，如何研制出一种相对广谱的疫苗，既能对抗目前的流行毒株，又能对抗未来可能出现的变异流行毒株，是一个重要的科学课题。

武汉大学病毒学国家重点实验室兰科教授和徐科教授团队通过追踪病毒的进化和变异规律，提出了一种“基于病毒进化共识序列优化疫苗免疫原设计”的广义方法。新型冠状病毒的刺突蛋白（S蛋白）。 一种新的频谱疫苗设计策略。 该成果早在2021年12月23日就发表在预印本平台bioRxiv，并于2023年1月4日经同行评议后正式发表于著名学术期刊SCIENCE Translational Medicine（《科学.转化医学》）。 这项名为“Vaccination with Span, an antigen guided by SARS-CoV-2 S protein evolution, protects against challenge with viral variants in mice”的研究开发了一种广谱疫苗免疫原Span（pan SARS-CoV-2 S antigen）PC28群大全，可被诱导产生针对阿尔法（Alpha）、贝塔（Beta）、伽玛（Gamma）、伊塔（Eta）、卡帕（Kappa）、德尔塔（Delta）、拉姆达（Lambda）的广谱中和抗体，包括Omicron及其亚株，保护实验小鼠免受包括 Omicron 在内的各种新型冠状病毒变种的致命攻击。

这项研究首次报道了新冠病毒的进化路径加拿大28QQ群哪里找啊，发现在人群中存活下来的病毒分离株中，新冠病毒刺突（Spike，S）蛋白的突变并非完全随机，而是沿着三个方向进化的定向路径。 途径之一是突变导致细胞感染性高，同时保持较弱的免疫逃逸能力（如Delta株和Lambda株），途径二是突变导致细胞感染性低，同时获得较强的免疫逃逸能力（如Gamma株），第三条途径的突变株数量相对较少，其细胞感染性和免疫逃逸能力同时增强（如Beta株）（图2）。 这表明在大多数情况下，S蛋白突变的功能调控需要协调，而不是简单的增强或减弱。 广泛流行的Omicron毒株免疫逃逸能力最强，对大多数现有抗体的综合逃逸能力是原毒株的3倍以上。 癌细胞等易感细胞的感染力并未增加，说明Omicron菌株仍在平衡S蛋白的不同功能，需要持续观察和评估。

图2. 新型冠状病毒S蛋白的进化规律（包含11,650,487个序列）

x轴代表SARS-CoV-2变异体的免疫逃避能力，y轴代表SARS-CoV-2变异体的细胞感染力。 扇区颜色标记了 GISAID 数据库中记录的指示变体的分离时间。 每个扇区的面积大小代表到 2022 年 7 月（每个月）之前分离出的单个突变株的数量。 灰色阴影表示进化路径。

S蛋白突变的不同途径导致抗原性发生变化。 因此，单一菌株的疫苗成分不能有效地保护种群免受不同进化路径上的其他突变菌株的侵害。 为获得能覆盖大部分突变株的广谱免疫原，研究团队分析了NCBI数据库中的2675个新冠病毒S蛋白序列，通过进化聚类计算了所有突变位点的出现频率（图3A）（图3B)病毒进化规律被发现，最后设计了一种覆盖常见突变的拟合新抗原 (Span)（图 3C）。 结果显示Span序列位于S蛋白系统发育树的中心（图3D）。

图 3. Span 位于系统发育树的中心

很有意思的是，Span 是在 Delta 和 Omicron 疫情爆发之前设计的，但是它覆盖了进化计算得到的常见突变，体现了 S 蛋白突变的收敛性，所以和后来出现的 Omicron 聚在一起，说明 Span有可能覆盖未来的突变菌株（图 3E）。 进一步分析证明，研究团队获得的上述6个共同突变位点均保留在后来爆发的Omicron亚系毒株中，表现出很强的共性和可预测性（图4）。

上述共同突变位点及广谱疫苗抗原设计方案已于2022年8月5日获得中国发明专利授权（专利名称：新型冠状病毒突变株S蛋白及其亚单位疫苗；专利号：ZL 2021 1 1181856 。 X）。

图4 研究团队发现的6个常见突变位点（横标）大部分保留在后来爆发的Omicron流行毒株（竖标）中（红色表示该位点保留）。

与设计预期一致，研究团队发现Span免疫原与原型菌株免疫原（Swt）相比表现出明显的广谱中和优势：2次原型菌株S蛋白免疫后，1次Span加强免疫蛋白质，免疫与3-pin原型菌株的S蛋白相比加拿大2.8群吧，Span诱导更有效和更广泛的针对WT，Beta，Delta，Omicron菌株及其亚菌株的中和抗体（图5A，图5B），并且可以100％保护小鼠免受 Omicron 菌株的致命攻击（图 5C）。 这表明Span可以作为助推器提供广谱保护。 即使是简单的 2 针 Span 免疫也可以提供跨谱系交叉免疫保护PC28群官网哪里找？，同时抵抗 WT、Beta 和 Delta 毒株的致命挑战。 研究人员还观察到原型菌株免疫原 (Swt) 无法提供跨 Beta 菌株的有效交叉保护。

有趣的是，Span 是在 Delta 出现之前（2021 年 2 月）设计的病毒进化规律被发现，但它可以高效诱导针对 Delta 和 Omicron 及其变体的广谱中和抗体，表明本研究提出的免疫原设计策略是前瞻性的。 因此，基于新冠病毒共同进化突变设计的泛冠状病毒S蛋白免疫原（Span）有望成为预防新冠病毒现有毒株和未来潜在毒株的广谱候选疫苗（图6） ). 这项研究工作对这一创新的广谱疫苗设计概念进行了概念验证（Proof of Concept），并取得了优异的成果。

图 5.跨度疫苗免疫在小鼠体内提供广谱免疫保护。

图6. Span疫苗效果科学图

广谱疫苗免疫原（Span）犹如一座坚固的城堡抵御多种新型冠状病毒变种

武汉大学病毒学国家重点实验室博士后赵永亮，博士生倪文佳、梁思萌、董良辉、向敏、牛丹萍，实验员蔡增博士等为该论文的共同作者，教授蓝科和徐科教授为共同通讯作者。 武汉生物制品公司在抗原纯化过程中提供了技术支持。 该工作依托武汉大学病毒学国家重点实验室、动物三级生物安全实验室/疫苗研究所、泰康生命医学中心完成。 , 北京泰康益财公益基金会资助。

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