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COVID-19疫苗新配方的进一步开发

2021.6.18
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百科网专家

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  虽然新冠疫苗给疫情带来了重大转折,欧美等国纷纷开始计划重新开放,但现有疫苗就够了吗?不!开发研制更有效更强大的疫苗以对抗冠状病毒及其迅速出现的变种,依然是迫切的需求,也是进一步深入了解病毒及免疫系统关系的必由之路。这篇Cell值得留意

  

  新冠疫苗才是真正的“人民的希望”——新冠疫苗的大规模接种为阻断疫情带来了希望,但是就目前来看,要说能就此结束疫情还为时过早。疫苗有效保护期能持续多久?今年冬天疫情会不会卷土重来?哪种疫苗策略才能对付那些新变种?因此,尽管mRNA疫苗大放异彩已使大洋彼岸疫情形势向好,然而科学家并没有放松,依然全力研究以开发更有效的疫苗。最近,来自波士顿大学国家新发传染病实验室(NEIDL)和麻省理工与哈佛大学Broad研究院的研究人员在Cell期刊上新发表了一项着眼于激活人类细胞免疫系统以应对SARS-CoV-2感染的新研究,这项研究可能为研制更有效、更强大的疫苗打开了大门。

  现有的COVID-19疫苗主要是利用病毒蛋白来激活免疫系统中负责产生抗体的B细胞。但它们不激活细胞免疫。实际上,从2020年初新冠病毒大流行开始,世界各地的科学家就已经确认了SARS-CoV-2病毒在受感染细胞中产生的29种蛋白质,部分病毒片段构成的突刺蛋白正是Moderna、辉瑞生物科技和强生等一些冠状病毒疫苗的核心靶标。后来,科学家发现了隐藏在病毒基因序列中的另外23种蛋白质;然而,这些隐藏在经典开放阅读框之外的、额外的蛋白质功能直到现在仍然是个谜。

  若能够开发疫苗来激活免疫系统的另一部分——T细胞——就可以显著提高对冠状病毒,特别是对其变异体的免疫力。T细胞不仅会破坏被感染的细胞,还会记住病毒的标记,以便下次出现相同或不同的病毒变体时,它们能发动更猛烈、更快的攻击。这是一个至关重要的优势,因为冠状病毒似乎会延迟细胞召唤免疫帮助的能力。

  波士顿大学医学院生物化学助理教授、NEIDL病毒学家、也是论文的共同通讯作者Mohsan Saeed认为,目前的疫苗可能缺乏一些能够触发人体整体免疫反应的重要病毒蛋白。他在NEIDL的生物安全三级(BSL-3)实验室中对感染了冠状病毒的人类细胞进行实验,分离和鉴定了那些隐藏的SARS-CoV-2蛋白片段。Board研究所的基因测序专家、计算遗传学家Pardis Sabeti和Shira Weingarten-Gabbay跟Saeed合作,希望能从中找到能激活免疫系统T细胞的SARS-CoV-2的片段。他们的研究结果出人意料地揭示:在触发人类免疫系统攻击病毒的病毒蛋白质片段中,有25%来自这些隐藏的病毒蛋白质。

  免疫系统究竟是如何检测到这些片段的呢?人类细胞含有分子“剪刀”——被称为蛋白酶——当细胞被入侵时,它能剪掉感染过程中产生的病毒蛋白质。这些含有在切割过程中暴露出来的内部蛋白质的小块——就像苹果被分割时暴露出的果核一样——然后被运输到细胞膜上,通过特殊的通道被推出去。在那里,它们粘在细胞外,就像搭便车的人一样,挥手阻止通过的T细胞的帮助。一旦T细胞注意到这些穿透被感染细胞的病毒标记,它们就会发动攻击,试图将这些细胞从体内清除。这种T细胞反应绝非无关紧要——Saeed说,这种反应的强度与感染冠状病毒的人是否会发展成严重疾病之间存在联系。

  研究人员用质谱仪在两个感染Sars-Cov-2的人类细胞系中检测了HLA-I 免疫多肽组,用RNA测序和全局蛋白质组学分析补充。他们发现HLA-I 多肽不仅来自标准的开放框,也来自目前疫苗没有包含的Spike和核衣壳蛋白内部的out-of-frame ORFs(框架外的开放阅读框,非经典ORFs/ non-canonical ORFs)。通过以ELISpot、多重条码标记四聚体分析与单细胞测序相结合的方法监测在感染后的多个时间点的病毒蛋白表达和肽呈递的动力学,他们发现源于框架外ORF的肽段确实能够激活免疫小鼠及COVID-19患者的T细胞免疫应答。在人源化小鼠模型和COVID-19患者中,来自标准阅读框外的ORF的一些肽引发了T细胞反应,超过了对标准肽(包括迄今报道的一些最强表位)的反应。对感染细胞的全蛋白质组分析显示,早期表达的病毒蛋白对HLA-I呈递和免疫原性贡献更大。病毒蛋白表达时间与HLA-I呈递有关,此外SARS-CoV-2对细胞蛋白酶体通路的干扰可能导致病毒肽的抗原呈递降低。

  该论文的第一作者、Sabeti实验室的博士后Weingarten-Gabby说:“这种病毒的如此强大的免疫特征来自于我们之前看不到的[病毒基因序列]区域,这是相当值得注意的。”“这提醒我们,以好奇心为导向的研究建立在那些能够改变疫苗和治疗方法发展的发现的基础上。”“我们的发现……可以帮助开发新的疫苗,更准确地模拟我们的免疫系统对病毒的反应,”Sabeti说。

  基于他们的发现,一种新的疫苗配方,结合了一些新发现的组成SARS-CoV-2病毒的内部蛋白质,将有效地刺激免疫反应,从而能够应对大量新出现的冠状病毒变种。考虑到这些变异继续在世界各地出现的速度,一种能够提供针对所有这些变异的保护的疫苗将是一个游戏规则的改变者。

  此外,对病毒的经典开放阅读框的定义和理解,似乎也应该有所改变了。。。


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