最新答案：哪种免疫原更适合新冠疫苗研发

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2021年6月，中国科学院大学黄钟/张超教授于预印版平台bioRxiv在线发表关于目前市面上主流的三种新冠疫苗免疫原（S1蛋白、RBD蛋白和S-三聚体蛋白）靶向英国、南非和印度变异株的抵抗力研究，发现基于RBD和S-三聚体抗原生产的疫苗诱导的免疫原性优于S1，更适合于新冠疫苗的研制，其中，S-三聚体（S-trimer）抗原表现更加突出。

同时研究也指出，虽然三类亚单位疫苗的中和滴度随着时间的推移而下降，但在免疫后至少五个月内仍保持较高水平。尽管南非B.1.351和印度B.1.6171谱系显示了不同程度的免疫血清中和的减少，但三种疫苗依然可以有效的中和目前流行的病毒变种，可以放心使用。

1.背景简介

SARS-CoV-2是一种具有单链RNA基因组的包膜病毒。SARS-CoV-2的刺突(S)蛋白介导病毒细胞进入，由受体结合S1亚基和膜融合S2亚基组成。S1亚基由N端结构域(NTD)、受体结合结构域(RBD)和两个小的子结构域组成。RBD直接与宿主细胞受体血管紧张素转换酶2(ACE2)结合。因此，S、S1和RBD蛋白被认为是疫苗开发的主要靶点或免疫原。

然而，一些新的SARS-CoV-2变种的出现引起了人们对病毒潜在免疫逃逸的关注。包括在英国首次发现的B.1.1.7系、在南非发现的B.1.351系、在巴西发现的P.1系和在印度发现的B.1.617系。特别是B.1.617变体与印度目前SARS-CoV-2感染的激增有关。自2020年12月以来，已经开发并广泛应用了多种COVID-19疫苗，包括mRNA疫苗、灭活全病毒疫苗、腺病毒载体疫苗和重组蛋白疫苗。

这些已获批准的疫苗是以最初的SARS-CoV-2病毒为基础的，虽然表现出不同程度的中和活性，但对变异体的效力有所下降，特别是靶向南非B.1.351变体的研究早有证明。那么，这些新型的亚单位疫苗是否仍能有效对抗目前流行的变种呢？于是，科研人员对以RBD、S1和S三聚体（S-trimer）抗原为基础研制的亚单位疫苗进行了免疫原性比较，并测试了这些疫苗对变异病毒的效力。

2.实验开展

科研人员利用小鼠模型对RBD、S1和S-三聚体（S-trimer）候选疫苗进行了平行比较，发现用PBS/明胶免疫的小鼠的对照血清没有显示任何抗原结合活性，相比之下，RBD、S1和S-三聚体组的所有18周血清与S-三聚体抗原反应强烈，几何平均滴度（GMT）分别为320000、113137和320000。表明RBD和S-三聚体的免疫原性优于S1蛋白。在第32周，抗RBD、抗S1和抗S三聚体血清的结合滴度分别下降到285088、71272和126992，但与第18周获得的GMT没有显著差异，表明所有免疫原免疫小鼠中仍存在持久的抗原特异性抗体应答。通过对野生型SARS-CoV-2假病毒的中和活性结果显示，RBD、S1和S-三聚体组的18周血清均能有效中和假病毒，RBD和S-三聚体组的50%假病毒中和滴度（PVNT50）分别为23393和16068，显著高于S1组。与第18周的血清相比，三个疫苗组的PVNT50在第32周下降了约一半，表明这些以上三种免疫原亚单位疫苗诱导的中和抗体水平随着时间的推移而下降。

为了确定中和广度，研究人员分析了疫苗诱导的抗血清对相关突变体的中和活性。结果发现抗RBD血清能有效中和英国B.1.1.7变种(GMT = 31581)以及野生型SARS-CoV-2假病毒(GMT=23393)；而抗RBD血清对南非B.1.351和印度B.1.617.1的中和GMT分别下降为8453和6695，且显著低于对野生型的中和GMT，说明RBD抗原疫苗靶向南非B.1.351和印度B.1.617.1系的中和效率降低。

S1抗原免疫血清的中和模式与RBD抗原相似；特别是抗S1血清对英国B.1.1.7、南非B.1.351和印度B.1.617.1的中和GMT分别为4859、2147和1233，说明S1抗原疫苗靶向南非B.1.351和印度B.1.617.1系的中和效率降低。但S-三聚体（S-trimer）抗原免疫血清对南非B.1.351和印度B.1.617.1变异株的中和抗体滴度降低小于2倍，差异不显著。说明S-三聚体（S-trimer）抗原疫苗可以中和南非B.1.351和印度B.1.617.1系。

为了阐明疫苗诱导血清的作用机制，科研人员进行了受体竞争ELISA试验。抗RBD、抗S1和抗S-三聚体血清可有效抑制S/hACE2结合，阻断滴度（GMTs）分别为6930，1256和3253。表明阻断SARS-CoV-2 S蛋白与hACE2受体的结合（疫苗诱导的血清可阻断病毒与受体的结合，抑制S蛋白介导的膜融合）是三种亚单位疫苗产生抗体的主要中和机制。

此外，用抗RBD、抗S1或抗S-三聚体血清预处理可有效抑制细胞融合，抗S-三聚体血清的抑制活性最强，明显强于抗RBD和抗S1血清，这表明除了阻断受体结合外，抑制S蛋白介导的膜融合是S-三聚体抗原诱导抗体中和病毒的另一个重要机制。那么，疫苗诱导的血清是否能增加SARS-CoV-2对Fc受体（FcR）表达细胞的感染？在抗体依赖性增强（ADE）试验中科研人员发现，连续稀释的抗RBD、抗S1和抗S三聚体血清处理的假病毒不会促进其进入A20和K562细胞，而假病毒感染的293T-hACE2细胞（阳性对照）显示出非常高的荧光素酶活性。这些结果表明疫苗诱导的抗体在我们测试的检测系统中不会产生ADE。

3.结论

重组RBD和S-三聚体抗原生产的疫苗诱导的免疫原性优于S1，更适合于新冠疫苗的研制，其中，S-三聚体抗原表现更加突出；

由RBD、S1和S抗原诱导的抗体在中和以上突变体中仍然是有效的；

以上三种亚单位疫苗不产生ADE；

以上研究为研制SARS-CoV-2亚单位疫苗提供了有价值的信息，同时也支持继续使用目前的RBD或S基抗原疫苗来对抗COVID-19的流行策略。

参考文献： https://doi.org/10.1101/2021.06.02.446698