原標(biāo)題：武漢大學(xué)病毒學(xué)專提出廣譜新冠疫苗設(shè)計新策新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的疫情仍在持續(xù)，迄今全球新冠病毒感染已達(dá)6億4千多萬人次，死亡約660余萬人（據(jù)世界衛(wèi)生組織官網(wǎng)）。隨南岳病毒傳播流行的時間越長，病毒不斷累變異，加上人體免疫以及苗免疫的選擇壓力，新冠病已由最初的原始毒株進(jìn)化出譜系的變異毒株。世界衛(wèi)生織根據(jù)病毒變異對傳播力、力、疾病嚴(yán)重程度以及對現(xiàn)藥物與疫苗的影響，將一些異病毒命名為重點關(guān)注的變株（variant of concern, VOC）和一般關(guān)注變異株（variant of interested, VOI）。其中被列為VOC的有5種：阿爾法（Alpha）、貝塔（Beta）、伽馬（Gamma）、德爾塔（Delta）和奧密克戎（Omicron）。不同的VOC自新冠病毒流行以來不斷替換，目前全球要流行的VOC株為Omicron毒株及其亞系（圖1）。圖1.截至2022年12月SARS-CoV-2突變株出現(xiàn)的頻率然而，與病毒異速度不匹配的是疫苗研發(fā)要漫長的周期，目前上市的部分疫苗（滅活疫苗、亞單疫苗、核酸疫苗、病毒載體苗等）仍以新冠病毒原型株抗原，其對Omicron及其亞系毒株的中和能力均有同程度的下降。即便疫苗企可以根據(jù)流行毒株變化更新苗，也往往會滯后于變異病的出現(xiàn)。因此，如何研發(fā)一既能對抗當(dāng)下流行毒株、又對抗未來可能出現(xiàn)的變異流株的相對廣譜的疫苗，是一重要的科學(xué)問題。武漢大學(xué)毒學(xué)國家重點實驗室藍(lán)柯教和徐可教授團(tuán)隊通過追蹤新病毒刺突蛋白（S蛋白）的進(jìn)化和突變規(guī)律，提出了“基病毒進(jìn)化共識序列，優(yōu)化設(shè)疫苗免疫原”的廣譜疫苗設(shè)新策略，該成果早在2021年12月23日發(fā)表于預(yù)印本平臺bioRxiv，并于2023年1月4日經(jīng)同行評議，正式發(fā)表于著名學(xué)鯀期刊SCIENCE Translational Medicine（《科學(xué).轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》）。研究以“Vaccination with Span, an antigen guided by SARS-CoV-2 S protein evolution, protects against challenge with viral variants in mice”為題，研發(fā)了一種覆蓋“共性突變女媧的廣疫苗免疫原Span（泛新冠病毒S抗原），可誘導(dǎo)產(chǎn)生針對阿爾法（Alpha）、貝塔（Beta）、伽馬（Gamma）、伊塔（Eta）、卡帕（Kappa）、德爾塔（Delta）、拉姆達(dá)（Lambda）和奧密克戎（Omicron）及其亞系在內(nèi)的廣譜中和抗體，保護(hù)實驗鼠抵抗包括Omicron在內(nèi)多種新冠病毒變異株的致性攻擊。該研究首次報道了冠病毒的進(jìn)化路徑，發(fā)現(xiàn)在群中存活下來的病毒分離株，新冠病毒刺突（Spike，S）蛋白的突變并不是完全隨機(jī)的禺強(qiáng)而是沿著三條定向徑進(jìn)化。其中一條路徑是突導(dǎo)致高細(xì)胞感染性的同時保弱的免疫逃逸能力（如Delta株和Lambda株），第二條路徑是突變導(dǎo)致低細(xì)感染性的同時獲得強(qiáng)免疫逃能力（如Gamma株），第三條路徑的變異株數(shù)量相對少，它們的細(xì)胞感染性和免逃逸能力同時增強(qiáng)（如Beta株）（圖2）。這說明在大多數(shù)情況下，S蛋白的突變對功能的調(diào)控是需要協(xié)調(diào)的，不是簡單的增強(qiáng)或減弱?，F(xiàn)廣泛流行的Omicron株免疫逃逸的能力最強(qiáng)，對大分現(xiàn)有抗體的綜合逃逸能力到原始毒株的3倍以上，但其對A549（人肺癌上皮細(xì)胞）、Caco-2（人結(jié)直腸癌細(xì)胞）等易感細(xì)胞的感染并未提升，這說明Omicron株仍在平衡S蛋白的不同功能，需要持續(xù)觀測和評估圖2.新冠病毒S蛋白的進(jìn)化規(guī)律（包含11,650,487條序列）x軸表示SARS-CoV-2變種的免疫逃逸能力，y軸表示SARS-CoV-2變種的細(xì)胞感染性。扇面顏色標(biāo)志著GISAID數(shù)據(jù)庫中記錄的所示變體的分離時魃。每個扇區(qū)的面積小表示截至到2022年7月(每個月)分離的單個變異株的數(shù)量?；疑幱氨硎具M(jìn)化徑。S蛋白突變的路徑不同導(dǎo)致了抗原朱厭的改變。因此，一毒株的疫苗成分無法有效護(hù)人群對抗不同進(jìn)化路徑上其它變異株。為了獲得一個夠覆蓋絕大多數(shù)變異株的廣免疫原，研究團(tuán)隊分析了NCBI數(shù)據(jù)庫中的2675條新冠病毒S蛋白序列，通過進(jìn)化聚類（圖3A），計算所有突變位點的發(fā)生頻足訾（圖3B），最終設(shè)計了一種覆蓋共性變的擬合新抗原（Span）（圖3C）。結(jié)果表明，Span序列位于S蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹的中心位置（圖3D）。圖3.Span位于系統(tǒng)發(fā)育樹中心位置非常有意思媱姬是，Span在Delta和Omicron流行暴發(fā)前就已設(shè)計完成，但其覆蓋了進(jìn)化計算到的共性突變，反應(yīng)了S蛋白突變的趨同規(guī)律，因此與后出現(xiàn)的Omicron聚類到一起，說明Span具有覆蓋未來變異株的潛力（圖3E）。進(jìn)一步分析證明，研究團(tuán)得到的上述6個共性突變位點在后來爆發(fā)的Omicron亞系毒株中均保留，顯示出強(qiáng)的共性規(guī)律和預(yù)見性（圖4）。上述共性突變位點和廣疫苗抗原設(shè)計方案已于2022年8月5日獲中國發(fā)明專利授權(quán)（專利名稱：新型冠狀毒突變株S蛋白及其亞單位疫苗；專利號：ZL 2021 1 1181856.X）。圖4.研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的6個共性突變位點（橫向標(biāo)記）后來爆發(fā)的Omicron流行株（縱向標(biāo)記）中均有很程度的保留（紅色表示該位保留）。與設(shè)計預(yù)期相符，究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)Span免疫原相比于原型株免疫原（Swt）展現(xiàn)出明顯的廣譜中和優(yōu)勢在免疫2針原型株S蛋白再加強(qiáng)免疫1針Span蛋白后，與免疫3針原型株S蛋白相比，Span誘導(dǎo)出針對WT、Beta、Delta、Omicron毒株及其亞系更高效的、廣泛的中和抗文文（圖5A，圖5B），并能100%保護(hù)小鼠免受Omicron毒株的致死性攻擊（圖5C）。這說明，Span作為加強(qiáng)針能提供廣譜保護(hù)。即便是純的2針Span免疫，也可以提供跨譜系的交叉免疫臺璽，同時抵抗WT、Beta和Delta毒株的致死攻擊。研究人員也觀察到，原型株疫原（Swt）是無法提供跨Beta毒株的有效交叉保護(hù)的。有趣的是，Span是在Delta出現(xiàn)之前（2021年2月）完成設(shè)計的，卻能高效誘導(dǎo)針啟Delta和Omicron及其變異株的廣譜中和抗體，表明該巫戚究提的免疫原設(shè)計策略具有前瞻。因此，基于新冠的共性進(jìn)突變設(shè)計的泛新冠病毒S蛋白免疫原（Span）有望成為預(yù)防新冠病毒現(xiàn)有及未來潛流行株的廣譜候選疫苗（圖6）。該研究工作對這一創(chuàng)新廣譜疫苗設(shè)計構(gòu)想進(jìn)行了概性驗證（Proof of Concept），獲得了優(yōu)異的效果。圖5.Span疫苗免疫在小鼠體內(nèi)提供了廣性免疫保護(hù)作用。圖6.Span疫苗效果科普圖廣譜疫苗免疫原(Span)如堅固的城堡抵御多種新冠病毒變異武漢大學(xué)病毒學(xué)國家重點實室博士后趙永亮，博士生倪佳、梁斯萌、董良輝、向敏牛丹萍，實驗師蔡曾博士等論文共同作者，藍(lán)柯教授和可教授為共同通訊作者。武生物制品所在抗原純化過程提供了技術(shù)支持。該工作依武漢大學(xué)病毒學(xué)國家重點實室、動物三級生物安全實驗/疫苗研究院、泰康生命醫(yī)學(xué)中心完成，研究得到了國家然科學(xué)基金、湖北省創(chuàng)新團(tuán)、武漢大學(xué)新冠肺炎專項研基金、北京泰康溢彩公益基會的資金資助。通訊作者介：藍(lán)柯教授，國家杰青、現(xiàn)病毒學(xué)國家重點實驗室主任武漢大學(xué)動物三級生物安全驗室主任、武漢大學(xué)生命科學(xué)院教授、武漢大學(xué)泰康生醫(yī)學(xué)中心PI；主要從事病毒感染及致病機(jī)理研究，在卡氏肉瘤病毒（KSHV）、新冠病毒（SARS-CoV-2）等方面做出了系統(tǒng)性、原創(chuàng)性雅山研究工作，在Nature、New England Journal of Medicine、Molecular Cell、Nature Ecology Evolution、Science Translational Medicine、Science Advances、PLoS Pathogens、Journal of Virology、Cell Host Microbe、PNAS、Cell Research、Cancer Research等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文120余篇；入選科睿唯安全球高被引學(xué)者；學(xué)術(shù)兼職包?因為：Journal of Virology、Viruses編委，Journal of Medical Virology、Virologica Sinica、Science Bulletin副主編、Cell Insight執(zhí)行主編、中國微生物學(xué)會病毒專委會副主委、湖省生物工程學(xué)會理事長等。可教授，國家優(yōu)青，從事新、流感等呼吸道RNA病毒致病機(jī)制和藥物疫苗研究。曾中國科協(xié)強(qiáng)國青年科學(xué)獎提獎（2021年）、ESWI(European Scientific Working Group on Influenza)青年科學(xué)家獎、英國牛頓基金青年人獎、法國賽諾菲-安萬特青年科技人才等獎項。在Science Translational Medicine, Cell Research, Nature Communications, PLoS Pathogens等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文40余篇，多項通訊作者成果入選ESI高被引論文，獲評《中國科學(xué)》、《Protein&Cell》、《Journal of Virology》雜志封面論文及亮點文章，獲得國家發(fā)明專利權(quán)9項，以第一發(fā)明人實現(xiàn)抗病毒候選相柳藥專利的成果轉(zhuǎn)。2019年1月加入武漢大學(xué)病毒學(xué)國家重點實驗室/生命科學(xué)學(xué)院以來，在呼吸道RNA病毒研究中取得系列進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一種全新的宿主因靶點廣譜抗病毒、抗炎雙效制劑（Protein&Cell 2020，封面論文），推進(jìn)1個老藥品種進(jìn)入多國新冠治療的臨床試驗并獲得國“生命愛科”LifeArc基金會全額資助（Virol Sin. 2020，特別推薦論文）；報道了流感毒促進(jìn)新冠感染的分子機(jī)制提示流感病毒是疫情疊加的控重點（Cell Research 2021，獲期刊專評)；發(fā)現(xiàn)了新冠病毒特異性敏感多肽魏書研發(fā)了量子點料的“光檢測”抗體快檢技（Viruses 2022,中國發(fā)明專利授權(quán)）；設(shè)計了基于病陸山進(jìn)化譜系規(guī)律的譜新冠疫苗抗原以應(yīng)對病毒異，完成了疫苗原型產(chǎn)品的藝開發(fā)（Sci Transl Med 2022），為新冠疫情防控和臨床治療提了理論基礎(chǔ)和候選策略。 責(zé)任編輯：梁云嬌 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