厦门大学Nature Biomedical Engineering：即插即用的纳米抗体联合疫苗

小奇

2025-11-03

疫苗可以预防危及生命的感染。在过去的两个世纪里，疫苗挽救了数百万人的生命，并消灭了天花等曾经令人衰弱的疾病。然而，全球健康和疫苗覆盖率持续受到重大科学和后勤挑战的威胁——例如新病毒株的出现以及相应新疫苗的增加——这推动了对单剂量、广谱解决方案的需求。

近日，厦门大学李少伟、夏宁邵、郑子峥、顾颖、Junyu Chen、Tingting Li等人描述了一种多价疫苗模型，该模型利用纳米抗体在已获许可的蛋白质基纳米颗粒表面展示多种病原体表位。

抗原漂移和抗原印迹对疫苗有效性构成双重挑战。抗原漂移是由于病毒蛋白突变的积累而发生的，最终导致新毒株的出现。抗原漂移会损害疫苗效力，因为它要么对新病毒株的部分识别导致免疫反应不佳，要么完全破坏免疫系统识别这些新毒株的能力。抗原印迹效应还会阻碍针对新毒株病毒表位建立持久免疫力的有效性。因此，现代疫苗策略正在开发中，以克服这些障碍，从而获得广泛而持久的保护。例如，序贯疫苗策略旨在通过按特定顺序递送抗原来克服抗原漂移，引导免疫系统向保守的病毒区域转移，并诱导能够抑制病毒多种变异的广谱中和抗体。相比之下，多价疫苗可同时呈递来自同一病毒多个毒株的表位，从而增强交叉保护性免疫，并避免由抗原印迹效应引起的免疫优势问题。目前已开发出多种多价疫苗策略，其中来自不同病原体的抗原与纳米颗粒共价结合。这些策略已被证明具有高度免疫原性，并能有效诱导交叉保护性免疫。

该研究利用“即插即用”系统重新发明了这种方法，该系统利用纳米抗体促进选定表位与蛋白质纳米颗粒 (p239)的非共价结合。这种模块化设计利用了大量的生物相容性纳米抗体，每种抗体都具有可选的结合位点和可调节的亲和力，从而简化了组装过程，并能够根据新兴病原体进行快速定制。

研究人员以其安全有效的戊型肝炎疫苗 Hecolin 作为其疫苗的基础。此外，Hecolin 中的颗粒状 p239 抗原可以通过稳健、高产的大肠杆菌生产工艺生成，成本相对较低。在本研究中，将来自严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2)、流感病毒和呼吸道合胞病毒 (RSV) 的 11 种抗原与 Hecolin 特异性纳米抗体 P1-5B 融合，然后将其与 p239 Hecolin 颗粒结合。构建了同型疫苗 p239:NB-D614G，以在 Hecolin-纳米抗体模型表面重复展示单个 SARS-CoV-2 表位。此外，还生成了三种版本的组合疫苗：p239:NB-5R，具有五种 SARS-CoV-2 衍生的表位；p239:NB-6R，其中添加了另一种来自 XBB.1.5 Omicron 变体 XBB 的 SARS-CoV-2 蛋白，以便在仓鼠中进行攻击研究；以及 p239:NB-RHF，它包含所有先前的SARS-CoV-2 表位以及源自流感和呼吸道合胞病毒 (RSV) 的表位。结果表明，每种构建体结构稳定，能够结合针对所呈现病毒表位的抗体，并且观察到与 P1-5B 融合的每种不同病毒表位对 p239 纳米颗粒均具有较高的亲和力。

图| a，这种多价疫苗设计使用了几种关键成分。Hecolin，p239，是一种用作纳米颗粒基质的HEV疫苗。来自各种病毒株和物种的表位与HEV特异性纳米抗体P1-5B融合，以实现不同疫苗迭代的快速组装。b，同型构建体p239：NB-D614G使用单个纳米抗体融合的SARS-CoV-2表位重复包被Hecolin。c，联合疫苗呈现出不同病毒表位的镶嵌结构。第一种联合疫苗p239：NB-5R在Hecolin表面展示了五种不同的SARS-CoV-2表位。p239：NB-6R展示了相同的表位以及XBB，从而能够对仓鼠适应的SARS-CoV-2毒株进行免疫。最后，p239:NB-RHF 装载了来自 SARS-CoV-2、流感、RSV 和 HEV 的抗原。

抗原效价是指免疫原性颗粒上抗体结合位点的数量。较高的抗原效价与先天免疫细胞抗原呈递能力增强以及体内适应性（B细胞和T细胞）免疫应答增强相关。与先前关于效价影响的报道一致，与NB-D614G单体相比，高效价疫苗颗粒免疫的小鼠观察到抗原呈递细胞更高效的摄取以及更强劲的B细胞和T细胞应答。这些结果证实，通过非共价相互作用与Hecolin结合的镶嵌展示增强了表面结合表位的免疫原性。

当小鼠接受每种联合疫苗免疫时，均诱导出能够与病毒结合以促进病毒清除的针对SARS-CoV-2的中和抗体。抗戊型肝炎病毒(HEV)抗体的滴度在多种制剂中保持不变，证实纳米抗体的修饰保留了p239纳米颗粒核心的免疫原性。研究还显示，先前暴露于Hecolin不会干扰随后对联合疫苗上所展示抗原的抗体应答，表明在该模型中未发生抗原印迹。联合疫苗已在小鼠、仓鼠和非人灵长类动物等多种动物模型中进行了测试。通过纳米抗体与p239结合的表位镶嵌展示能够持续引发广泛的中和抗体滴度，并有效预防SARS-CoV-2、流感病毒、呼吸道合胞病毒和戊型肝炎病毒。此外，与同型p239:NB-D614G相比，多价联合疫苗可以产生交叉中和抗体，从而诱导更高的保护力。因此，本研究中提出的多价疫苗设计能够有效地在各种动物模型中提供针对多种病原体的广谱保护。此外，与更传统的疫苗接种策略相比，这种多价疫苗模型与先前使用共价结合表位展示的方法一样，能够增强对多种病毒株的交叉保护。

在实施该疫苗策略之前，仍有一些关键的科学和后勤考虑需要解决。鉴于这些动物研究的短期性质，未来的研究应充分明确其诱导长效保护的能力。免疫力的基础是产生记忆淋巴细胞亚群和长效抗体分泌浆细胞，这些细胞可以在人体中持续存在数年甚至数十年。在本研究中，作者证明他们的策略可以在短期内产生记忆B细胞，而加强免疫后中和抗体的产生对于证明记忆B细胞的功能是一个令人鼓舞的结果。然而，评估记忆B细胞和T细胞群以及骨髓中长效浆细胞的长期研究对于评估该疫苗设计提供的保护持续时间至关重要。未来的研究也可能检验该系统对其他病毒种类的有效性，并开展人体试验。确定多价疫苗在针对每种目标病原体产生保护作用方面是否优于或至少不逊于目前临床上可用的单价疫苗策略，也至关重要。从逻辑角度来看，设计单一疫苗靶向的正确病原体组合——不仅要基于免疫原性，还要考虑病原体菌株的季节性流行情况和目标人群的人口统计数据——将是确保疫苗接种率和覆盖率达到适当有效水平的重要考虑因素。

该研究展示了一种高免疫原性的模块化疫苗系统，该系统可以同时针对多种病毒株和物种提供保护。通过使用纳米抗体将表位非共价负载到 Hecolin p239 纳米颗粒上，可以更精确地控制抗原方向，而且重要的是，在非共价结合过程中，天然表位结构将保持完整。该系统的其他优势包括其简化的组装和快速的翻译潜力。将这种“即插即用”系统纳入顺序免疫方案可以进一步改善对保守病毒区域的免疫反应，并同时引发针对多种病毒的广泛中和抗体。

参考文献：

Li, T., Xue, W., Zhang, S. et al. Nanobody-based combination vaccine using licensed protein nanoparticles protects animals against respiratory and viral infections. Nat. Biomed. Eng (2025).

https://doi.org/10.1038/s41551-025-01529-y