2020年初,新冠病毒(SARS-CoV-2)導致的肺炎疫 情開始在全球大流行,并一直延續至今。遺憾的是,直到今天,新冠疫 情的形勢仍然非常嚴峻。據世界衛生組織(WHO)報告,截至目前全世界范圍內超過1.8億人被感染,累計死亡人數接近400萬。


值得注意的是,隨著新冠病毒在全球范圍內的廣泛傳播,新的變種病毒不斷涌現,包括在英國首先發現的B.1.1.7(現在名為Alpha),首先在南非出現的B.1.351(現在名為Beta),首先在巴西出現的P.1(現在名為Gamma),以及首先在印度出現的B.1.617(現在名為Delta),這些變種病毒往往具有多重變異,并表現出更強的傳染性和逃逸免疫能力。


2021年4月23日,印度醫學研究理事會(ICMR)的一項研究表明,Delta突變株在S蛋白上具有L452R和E484Q雙重突變,并表現出抗體中和反應的下降。


這些研究提醒了我們,在新冠病毒不斷變異的大背景下,現有疫苗和治療性抗體或將逐漸降低效果。因此,迫切需要開發安全有效的預防新冠病毒及其突變株感染的疫苗。


近日,北京大學魏文勝團隊在預印本平臺 bioRxiv 上發表題為:Circular RNA Vaccines against SARS-CoV-2 and Emerging Variants(抗SARS-CoV-2和新變種的環狀RNA疫苗)的研究論文。該研究報告了一種編碼新冠病毒刺突蛋白三聚體受體結合域(RBD)的環狀RNA疫苗(circRNA-RBD),circRNA-RBD疫苗可以通過體外轉錄快速生成,且不需要核苷酸修飾,具有高度穩定性。


研究團隊通過脂質納米顆粒(LNP)封裝的circRNA-RBD疫苗成功誘導了強有力的持續中和抗體,且該疫苗具有很強的熱穩定性,室溫下儲存2周時間,依然不影響表達。


更重要的是,研究團隊利用編碼RBD變體(K417N-E484K-501Y)的環狀RNA疫苗成功在小鼠體內誘導產生有效中和Beta變異株的抗體,表明環狀RNA疫苗在抗擊新冠變種病毒上具有十分良好的應用前景。


北大開發可應對新冠突變株的環狀RNA疫苗,具有很強的熱穩定性


21世紀以來,冠狀病毒共引起了三次人畜共患疾病,例如2002-2003年的SARS-CoV,2012年的MERS-CoV以及2019年底爆發的SARS-CoV-2。已有的研究表明,冠狀病毒通過表面的刺突蛋白(S蛋白)與宿主細胞表面的受體蛋白ACE2結合,從而介導膜融合和病毒入侵。


S蛋白含有兩個亞基——S1和S2,其中S1亞單位C端的受體結合域(RBD)介導新冠病毒入侵宿主細胞,S2亞單位則介導病毒與宿主細胞膜的融合。新冠病毒的S蛋白、S1亞基或RBD抗原均可以誘導B細胞和T細胞反應,產生抗新冠病毒的高效中和抗體。


北大開發可應對新冠突變株的環狀RNA疫苗,具有很強的熱穩定性


接種疫苗是結束和預防新冠大流行最有希望的方法。目前已應用的新冠疫苗種類眾多,包括滅活疫苗、病毒樣顆粒疫苗、病毒載體疫苗以及新興的mRNA疫苗。


新興的mRNA疫苗,具有生產速度快、成本低,并且能快速應對病毒變異等優點。但與此同時,mRNA疫苗儲存和運輸條件較為苛刻(-70℃),并具有潛在的免疫原性副作用。


在自然界中,環狀RNA(circRNA)普遍存在于真菌、植物、昆蟲、魚類和哺乳動物,甚至于某些病毒的基因組本身就是環狀RNA,如D型肝炎病毒和植物類病毒。與線性mRNA不同,環狀RNA是高度穩定的,因為它的共價閉合環結構可以保護它免受外切酶介導的降解。


到目前為止,只有少數內源性的環狀RNA被證明可以作為蛋白質翻譯模板。雖然環狀RNA缺乏翻譯成蛋白質所必要的元件,但它可以通過內部核糖體進入位點(IRES)或其5'UTR區域的m6A修飾來實現蛋白質翻譯。


在這項研究中,研究團隊針對新冠病毒及其變種病毒設計了環狀RNA疫苗。研究人員利用自我剪接Ⅰ型內含子核酶來產生編碼SARS-CoV-2-RBD抗原的環狀RNA——circRNA-RBD。為了增強RBD抗原的免疫原性,研究人員將噬菌體T4纖溶蛋白三聚體基序融合到其C端,以此模擬了新冠S蛋白三聚體的自然構象。


北大開發可應對新冠突變株的環狀RNA疫苗,具有很強的熱穩定性


circRNA-RBD的設計模式圖


緊接著,研究團隊將純化后的circRNA-RBD轉染到HEK293T細胞中,通過Western blot檢測上清液中大量產生新冠病毒的RBD抗原。ELISA定量檢測顯示RBD蛋白在上清液中達到約143ng/mL,是線性RNA-RBD對照組的50倍。此外,研究人員還進一步證實了circRNA-RBD可以在小鼠NIH3T3細胞中表達。


這些結果表明,circRNA-RBD可以在人和小鼠細胞中大量表達新冠病毒的RBD抗原。


北大開發可應對新冠突變株的環狀RNA疫苗,具有很強的熱穩定性


相較于線性RNA-RBD,circRNA-RBD的表達量更高


不僅如此,研究人員還使用hACE2過表達HEK293細胞和攜帶EGFP綠色熒光報告基因的新冠假病毒進行結合競爭實驗,以驗證由circRNA-RBD產生的RBD抗原是否具有功能。他們發現,分泌的SARS-CoV-2 RBD抗原能有效阻斷新冠假病毒感染。


北大開發可應對新冠突變株的環狀RNA疫苗,具有很強的熱穩定性


circRNA-RBD產生的RBD抗原可以有效阻斷新冠假病毒感染


在動物實驗上,研究團隊將脂質納米顆粒(LNP)包裝的circRNA-RBD注射到小鼠體內。研究結果顯示,接種了circRNA-RBD疫苗的小鼠的血清可以中和新冠假病毒,且小鼠脾 臟中產生了強烈的T細胞免疫應答。


這些現象表明,circRNA-RBD疫苗確實在小鼠體內誘導了持久的體液免疫應答和強烈的T細胞免疫應答。


研究團隊還設計了針對Beta突變株的circRNA-RBD疫苗——circRNA-RBD-501Y.V2,circRNA-RBD-501Y.V2和circRNA-RBD疫苗,Alpha、Beta和Gamma突變株均有效,其中circRNA-RBD-501Y.V2疫苗對Beta突變株具有更高的中和活性。(該研究進行時,Delta突變株尚未出現)。


此外,作者還表示,circRNA還可以用于表達一些其他蛋白質或肽,從而應用于一些罕見疾病或癌癥的治療。


總而言之,這項研究證實,circRNA疫苗具有熱穩定性好、編碼抗原表達量高以及適用性廣泛等優點,并成功設計了相應的circRNA疫苗來對抗新冠病毒及其突變株的感染,表明circRNA疫苗在COVID-19大流行中可以作為一種全新的疫苗和治療平臺。


文章來源: 生物世界

免責聲明

我來說幾句

不吐不快,我來說兩句
最新評論

還沒有人評論哦,搶沙發吧~