中科院深圳先进院/深理工张小康团队与法国巴斯德研究所等机构的合作研究项目在预防登革热疫苗研究方面取得新进展

by 张小康团队 | 2022-01-10

  据统计，全球每年约有4亿人感染黄病毒。我国华南地区为该病多发地带，每年7月~11月是广东省登革热疫情高发期。

  黄病毒是一种会通过蚊子等昆虫迅速传播的世界流行性病毒，而登革病毒（DENV，包括1-4四种血清亚型）及寨卡病毒（ZIKV）为主要病原。

  目前还未有有效疫苗，病人感染后可能会触发名为“登革出血热”等可致死性症状，同时病毒还能引起包括中枢抑制、嗜睡、意识模糊、癫痫发作、脑膜炎、脊髓炎、脑炎或脑病等严重神经系统并发症；而寨卡病毒会造成出生儿的小头症或者其他脑部畸形症状。

  现行治疗手段多以对症治疗为主，广东省长期投入大量人力物力资源于清除积水，防止伊蚊孳生等环境控制措施上。

  为了根除该疾病需要研发相关特效药，其中抗体为相关研究的热点，特别是针对于病毒的交叉中和抗体。

右二：李雪亚     右一：廖正瀚

  近日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）脑所脑信息中心/中国科学院深圳理工大学（暂定名，简称“深理工”）生命健康学院张小康团队与法国巴斯德研究所、牛津大学以及加州大学洛杉矶分校多家单位合作研究，在疫苗研究方面取得新进展，相关研究成果以The epitope arrangement on flavivirus particles contributes to Mab C10’s extraordinary neutralization breadth across Zika and dengue viruses为题发表在生命科学领域顶级期刊Cell上。

  法国巴斯德研究所Arvind Sharma 研究员和深圳先进院/深理工张小康研究员为该文章的共同第一作者。牛津大学Gavin R. Screaton 教授和法国巴斯德研究所Felix A. Rey 研究员为该文章的共同通讯作者。

广泛中和抗体C10二价结合模型

  利用多种前沿生物物理技术，张小康在第一个解析登革全病毒高分辨结构后(2013 NSMB)，继而钻研抗病毒疫苗设计，解析了包括登革寨卡在内的多种病毒粒子抗体结合的高分辨结构(2015 NI)。

  用拥有广泛中和潜力的C10单价抗体对病毒进行结合能力和中和能力实验，发现其仅对ZIKV和DENV1仍然具有中和活性，而对其它类型则失去了抗原中和的能力。

  为了解释这一现象，该研究首先通过体细胞超突变恢复突变，以及抗体与表位互补位的丙氨酸扫描突变验证了病毒互补位对于突变的耐受稳定性。随后通过X射线晶体衍射技术分别解析了多种抗原抗体复合物结构，通过对每个最小非对称单元中的E蛋白单体结合单价C10抗体复合结构RMSD值进行比较，发现ij loop上发夹结构（ij loop hairpin）的多种构象，如图1。

图1 ZIKV以及DENV1-4 E蛋白单体与单价C10抗体的复合体晶体结构

  为进一步解释这种具体影响，解析了DENV-2病毒颗粒结合C10 scFV的复合体3.3 Å分辨率冷冻电镜结构，如图2所示。发现仅在病毒二十面体5次轴和3次轴附近的表位存在结合，而缺失在2次轴表位的结合。

  分析发现这一现象是因为附近结构中N67位点糖基化导致。如图3，为躲避图中粉色五角星标示的糖基化位点，DENV2-4中相应方向均背离N67糖基化位点偏离。

  相比之下，由于ZIKV没有该位点，所以并未受此影响。更进一步分析表明，抗体HCDR3环在其它几种病毒中的摆动导致部分表位无法结合。

图3 C10抗体的对接轴方向分析

  该研究总结了以往的抗体抗原结合的各种情况，提出表位疫苗设计不应仅关注表位互补，还应增加对于表位拓扑分布信息的关注这一创新性的观点，为将来表位疫苗设计优化奠定了基础。

  领域内专家中科院院士、中国疾控中心主任高福研究员表示这一研究显示抗原表位的几何分布赋予抗体特殊的广泛中和能力，该结果不仅说明了互补位/表位互补性的重要性，还强调了疫苗设计应以以表位的拓扑分布为重点，揭示了抗病毒疫苗设计的崭新策略；同时海外专家华盛顿大学药物化学系Kelly K. Lee评论该研究为广泛中和抗体如何克服抗原及构象变化提供了新的见解。

  以上研究得到中科院引才计划项目的支持，以及深港脑科学创新研究院的经费资助。