《npj Vaccines》：Targeting the Zika virus envelope domains I and III as a recombinant vaccine protects mice from lethal challenge
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本研究聚焦于解决当前寨卡病毒（ZIKV）疫苗开发中，全长包膜糖蛋白（E）所包含的融合环表位（FLE）可能引发非中和性交叉反应的潜在风险。研究者们采用反向疫苗学策略，设计了一种基于E蛋白结构域I和III（DI-DIII）的重组亚单位疫苗。实验结果表明，该疫苗能在Ifnar1-/-小鼠模型中诱导出高效的中和抗体，提供完全保护，并显著降低了血清对登革病毒（DENV 1-4）感染的抗体依赖性增强（ADE）效应，为开发更安全的ZIKV疫苗提供了新思路。
一种主要通过蚊子叮咬传播的病毒，曾在2015-2016年在美洲等地引发大规模疫情，并因与新生儿小头症等严重神经系统疾病相关联而引发全球公共卫生关注，它就是寨卡病毒。尽管疫情高峰已过，但研发安全有效的疫苗，以防范未来可能的卷土重来，仍是科学家们的重要任务。然而，疫苗研发之路并非坦途，其中一个关键挑战就藏在病毒表面那把用来打开细胞大门的“钥匙”——包膜糖蛋白（Envelope glycoprotein, E蛋白）上。
目前进入一期临床试验的几款寨卡病毒候选疫苗，大多基于这个全长E蛋白。它能诱导人体产生对抗病毒的保护性抗体，这本是好事。但问题在于，这把“钥匙”的构造有点复杂，上面既有能精准“锁死”病毒、使其失效的“好”靶点（抗原表位），也隐藏着一些可能带来麻烦的“坏”靶点。最令人头疼的“坏”靶点之一，是一个在所有黄病毒（包括寨卡病毒、登革病毒、西尼罗病毒等）E蛋白上都高度保守的区域，称为融合环表位（fusion loop epitope, FLE）。针对FLE产生的抗体，往往对多种黄病毒都有反应，但中和病毒的效果却很差，属于“广而不强”的交叉反应抗体。更棘手的是，这类抗体非但常常无法有效消灭病毒，在某些情况下反而会“助纣为虐”——它们帮助病毒更顺利地进入某些免疫细胞，从而增强病毒感染，这种现象被称为抗体依赖性增强（Antibody-Dependent Enhancement, ADE）。考虑到寨卡病毒流行的地区往往也是登革病毒（Dengue virus, DENV）的流行区，而针对一种病毒的抗体如果引发对另一种病毒的ADE效应，将带来巨大的安全风险。因此，如何“修剪”掉E蛋白上这些不受欢迎的FLE等“坏”靶点，同时保留并突出那些能诱导强效中和抗体的“好”靶点，就成了设计下一代更安全、更精准的寨卡病毒疫苗的核心难题。
为了解决这一问题，一组研究人员独辟蹊径，尝试对天然的E蛋白进行“外科手术式”的精准改造。他们采用了一种称为反向疫苗学的策略，其核心思想不是从完整的病原体出发，而是基于对保护性抗原结构的深入理解，进行定向设计。研究人员将目光投向了E蛋白的三个独立结构域。已知的关键中和性表位，特别是那些具有病毒型别特异性的强效中和表位，主要位于结构域I（Domain I, DI）和结构域III（Domain III, DIII）。而那个“惹是生非”的FLE，则位于结构域II（Domain II, DII）。于是，一个大胆的设想应运而生：能否直接“切除”掉包含FLE的整个DII，只保留DI和DIII，让它们自己折叠成一个稳定的独立蛋白亚单位，作为疫苗的免疫原？
这项概念验证性研究的结果令人振奋，相关论文已发表在《npj Vaccines》期刊上。为了验证这一设计，研究者们首先成功表达并纯化了重组的寨卡病毒DI-DIII蛋白。他们利用杆状病毒-昆虫细胞表达系统来生产蛋白，并通过生物化学方法证实了重组蛋白的正确折叠。接着，他们使用了高度敏感的小鼠模型——Ifnar1-/-小鼠，这种小鼠缺乏I型干扰素受体，对寨卡病毒等黄病毒感染非常敏感，是评价疫苗保护效果的常用模型。研究人员用设计的DI-DIII蛋白加佐剂接种小鼠，同时设立接种全长E蛋白以及单独佐剂的对照组。
在关键的实验结果部分，研究揭示了这种“精简版”疫苗的卓越性能。
在小标题“ZIKV DI-DIII vaccine induces high titers of neutralizing antibodies”下，研究显示，接种了DI-DIII的小鼠产生了高滴度的寨卡病毒特异性中和抗体，其水平与接种全长E蛋白的小鼠相当，这初步证明“切除”DII并未损害疫苗激发有效免疫应答的核心能力。
在小标题“Vaccination with DI-DIII protects mice from lethal ZIKV challenge”下，研究进入了最核心的保护力测试。用致死剂量的寨卡病毒攻击后，所有接种DI-DIII疫苗的小鼠都存活了下来，并且没有出现明显的体重下降等疾病症状，表现出了完全的保护。而只接种佐剂的对照组小鼠则全部死亡。这直接证明了，仅由DI和DIII构成的疫苗免疫原，足以提供强大的免疫保护。
在小标题“DI-DIII vaccination generates serum with lower ADE activity compared to full-length E protein”下，研究则直面了最初设计想要解决的核心安全问题——降低ADE风险。研究人员收集了接种小鼠的血清，在体外测试其增强四种血清型登革病毒（DENV1-4）感染细胞的能力。结果非常明确：与接种全长E蛋白的小鼠血清相比，接种DI-DIII的小鼠血清对登革病毒的ADE活性显著降低。这意味着，通过去除包含FLE的DII，疫苗成功地将免疫系统的“火力”更集中地导向了保护性的中和表位，同时减少了可能引发交叉反应和ADE的非中和性抗体应答。
该研究的结论与讨论部分高度肯定了DI-DIII作为一种新型疫苗免疫原的策略价值。它通过结构生物学指导的理性设计，巧妙地“扬长避短”，在保留关键保护性表位（位于DI和DIII）的同时，主动剔除了一个主要的交叉反应及潜在有害表位（位于DII的FLE）。这种设计不仅在小鼠模型中证明了其诱导强效保护的能力，更重要的是，它显著降低了血清对相关登革病毒产生ADE效应的潜在风险，这在登革流行区具有至关重要的现实意义。这项研究为开发更安全、更精准的下一代寨卡病毒亚单位疫苗指明了一个富有前景的新方向，即基于抗原表位聚焦的免疫原设计。它展示了反向疫苗学在应对复杂病毒疫苗挑战，特别是处理抗体交叉反应和ADE等安全问题时，所具有的强大潜力。未来，这种针对特定结构域的设计思路，或许也能为其他黄病毒家族成员疫苗的研发提供有益的借鉴。
