黃病毒（包括寨卡與登革等）透過蚊子等昆蟲可以迅速傳播，全球每年約有4億人感染，其廣泛流行於熱帶和亞熱帶地區。例如在我國，每年7月~11月是廣東省登革熱疫情高發期。目前沒有針對於寨卡病毒和登革病毒的有效疫苗及特效藥，使得現有治療手段多以對症治療為主。針對疫苗的最佳化與設計，科學家們將目光放在了與疫苗研發密切相關的抗體上。
12月1日，中國科學院深圳先進技術研究院腦資訊中心/中國科學院深圳理工大學（籌）生命健康學院張小康課題組聯合法國巴斯德研究所、牛津大學以及加州大學洛杉磯分校多家單位聯合完成的最新研究成果發表於《細胞》。研究團隊歷經十年，獲得了能夠有效對抗多種病毒的C10抗體，為進一步研發無副作用的抗病毒疫苗奠定了基礎。該研究成果填補了傳統晶體學研究中缺失天然構象的空白，發現了病毒表面的結構蛋白排列組合對抗體中和效率有重要影響，為未來疫苗最佳化提供了新方向。
中國科學院院士、中國疾控中心主任高福表示，這一研究揭示了抗病毒疫苗設計的嶄新策略。
國際合作十年 找到抗擊黃病毒的最優“潛力股”
寨卡病毒與登革病毒同屬黃病毒屬，其中登革病毒經過多年的進化，目前已被發現了4種血清亞型的登革病毒。如果人體感染了登革病毒其中的一種，即使痊癒後，也只是對感染的該種血清亞型病毒有免疫效果，對其他種類的登革病毒沒有免疫作用。病人在第一次感染登革熱治癒後再次感染另一種該病毒的血清亞型時會觸發名為“登革出血熱”甚至“登革休克綜合”等可致命性症狀。
Dengvaxia是世界上首個批准上市的唯一登革疫苗，自2015年底在巴西、菲律賓等登革流行區域批准上市後，已在全球多個國家投入接種。然而在2016年，登革疫苗Dengvaxia在菲律賓相繼出現了5例接種兒童死亡案例，這使得登革疫苗備受爭議。
“究其原因，可能是由於同時注入的四種混合減毒株在機體內產生相互干擾，最終導致不平衡的免疫反應。”論文共同第一作者張小康表示。
病毒的組成結構就像是“拼樂高”，透過不同的蛋白結構組成，會產生結構不一、毒性不一的病毒。黃病毒屬病毒的基因組編碼中至少含有了三種結構蛋白(衣殼蛋白C,膜蛋白M和包膜蛋白E)和七種非結構蛋白，其中E蛋白是病毒的重要抗原成分,包含有中和抗原表位和型特異性抗原表位,具有血凝活性,能刺激機體產生抗體，激發免疫保護作用。
研究團隊歷經十年的時間，從痊癒病人的血清中發現了多種中和抗體，其中一種抗體C10不僅對四型登革病毒，亦能對寨卡病毒產生有效中和。
“E蛋白的抗體表位分為EDE（Envelop dimer epitope）與FLE（Fusion loop epitope）兩種。我們發現，針對EDE特異性表位的抗體具有優越的中和活性，在寨卡病毒以及登革病毒的四種亞型間存在潛在的交叉中和現象。進一步研究發現，在E蛋白的EDE表位中，C10抗體就是針對EDE表位的其中一株候選交叉中和抗體，能產生對抗黃病毒的有效中和現象。”張小康表示。
構建病毒全貌 走出“盲盒”策略
在製備出C10單價抗體後，研究者對寨卡病毒和四型登革病毒分別進行了結合能力和中和能力實驗，發現單價的C10抗體僅對寨卡病毒和1型登革病毒仍然具有中和活性，而對2至4型的登革病毒則失去了抗原中和的能力。
對此，為進一步深入瞭解C10抗體對登革病毒和寨卡病毒的中和機制。研究人員將天然抗體透過生物工程的方式改造，試製了僅有單個抗原識別域的單價C10抗體，該種改造後的抗體與登革病毒2-4型的結合能力明顯變弱；但同樣的全長抗體卻能有效地中和病毒；透過利用冷凍電子顯微鏡X射線衍射的生物物理技術，測定病毒與抗體的精細結構，從中推斷出天然C10抗體的雙臂都能與病毒表面行使入侵功能的結構蛋白相結合，進而妨礙病毒的一系列入侵細胞的行為，阻止了病毒對人體造成傷害。
因此，能夠識別位於多種病毒表面的特定特徵賦予C10抗體廣泛中和能力。該研究結果不僅強調了互補位/表位互補性的重要性，還提出了應以表位為重點的疫苗設計的拓撲分佈。
傳統的疫苗設計是將病原微生物及其代謝產物,經過人工減毒,滅活或利用基因工程等方法制成,用於預防傳染病的免疫製劑。
“傳統的疫苗製作工藝就像是‘開盲盒’，我們不知道病毒長什麼樣，需要透過對現有的病毒蛋白進行大量篩選，篩選出具備藥物潛力的抗體，進而製成預防該類病毒的疫苗。相較於其他藥品來說，疫苗產品開發技術難度大、資金投入多、研製週期長”張小康說道，與其猜測病毒長什麼樣，不如真實去觀察病毒的形貌。
在研究過程中，研究團隊利用冷凍電鏡、X-ray蛋白晶體衍射技術等多種前沿生物物理技術，在解析登革全病毒高分辨結構後，繼而鑽研抗病毒疫苗設計，解析了包括登革寨卡在內的10種抗原抗體結合的高分辨結構，為抗體篩選和疫苗最佳化提供了精細、準確的“設計圖紙”。
以張小康課題組自主開發的冷凍電鏡技術為例，該技術使得對蛋白質最微小部分的解析成為可能，解析度達到一根頭髮絲的六十萬分之一，精細、準確地描繪了病毒的全樣貌。
為疫苗最佳化設計帶來新思路
隨著人類對生活和生命質量的日益重視，疫苗的研發、最佳化對人類預防傳染病十分重要。根據Future Market Insights近期釋出的報告顯示，到2031年，登革熱疫苗市場預計將超過10億美元，其原因在於登革熱高發地區發病率的上升。作為生命健康領域具備極高技術門檻的領域，疫苗的研發和最佳化需要科技工作者瞄準科技前沿，深耕基礎研究，推動科技工作服務社會民生需求。
該研究總結了以往的疫苗開發的各種情況，特別是針對以往抗體研究只關注對單一抗原蛋白這一情況，提出疫苗設計不應該僅關注表位互補，還應該增加對類似於二聚體等高階幾何組合形式等資訊的關注這一新觀點，為將來表位疫苗最佳化設計指出了新方向。
華盛頓大學藥物化學系副教授Kelly K. Lee在《細胞》上發表點評文章中指出，該研究為廣泛中和抗體如何克服抗原及構象變化提供了新的見解。
高福表示，以二聚體為基礎的結構是一類新發現的病毒免疫原，也是近年來抗病毒疫苗研究的熱點，用二硫鍵連線的登革病毒和寨卡病毒的包膜蛋白二聚體用於實驗都已經顯示出令人鼓舞的結果，並且不會誘導抗體依賴性增強等副作用。該領域已準備好測試這種下一代抗病毒候選疫苗。該研究基於結構生物學，分子生物學及免疫學等研究手段，在微觀上解釋了候選抗體C10對於泛登革寨卡病毒進行廣泛中和的原子機制，為下一步改良疫苗做好了準備。
論文DOI：10.1016/j.cell.2021.11.010
專家點評文章連結：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.020
論文上線截圖
研究成果配圖：
廣泛中和抗體C10二價結合模型
C10能識別分佈在病毒二十面體上的表位--其Fab臂能夠交聯3次對稱軸相關的表位，因此30個抗體就可以中和一個登革或寨卡病毒顆粒。
中國科學院深圳先進技術研究院腦資訊中心正高階工程師、中國科學院深圳理工大學（籌）生命健康學院教授張小康
（原標題《找到有效抗擊黃病毒的“潛力股”《細胞》最新成果為疫苗最佳化設計帶來“解題法”》）
（作者：深圳特區報記者 聞坤)
