NPJ Vaccines | 黃忠/叢堯/王曉黎/劉慶偉團隊在新一代脊髓灰質炎病毒基因工程疫苗研發中取得重要進展

脊髓灰質炎是由脊髓灰質炎病毒（Poliovirus, PV）引起的急性傳染病，嚴重時可導致不可逆的弛緩性癱瘓甚至死亡。自1988年世界衛生組織發起“全球小兒麻痹癥根除計劃”以來，滅活疫苗（IPV）和口服減毒疫苗（OPV）的廣泛接種使全球發病率顯著下降，但至今尚未實現徹底根除。現有疫苗存在明顯局限性：IPV與OPV在生產過程中均依賴大規模培養高感染性的活病毒，存在潛在生物安全風險；同時，OPV在個別接種者體內可能發生回復突變為強毒株并釋放到環境中，成為新的傳染源。因此，研發在生產環節完全不涉及活病毒的新一代脊灰疫苗，已成為加快實現全球范圍內消除脊灰病毒的戰略重點。

2026年2月24日，上海市重大傳染病和生物安全研究院黃忠研究員團隊、中國科學院分子細胞科學卓越創新中心叢堯研究員團隊和華淞（上海）生物科技有限公司王曉黎、劉慶偉團隊合作，在國際學術期刊NPJ Vaccines發表題為“Structural insight into the assembly and D antigenicity of polio type 1 stabilized virus-like particles”的研究論文。該研究系統報道了利用酵母重組表達系統高效制備PV1的熱穩定型病毒樣顆粒（Virus-Like Particle，VLP）作為候選疫苗，并通過冷凍電鏡系統解析了其組裝機制及D-抗原性的結構基礎。

研究團隊采用VP0/VP3/VP1三種衣殼蛋白表達盒串聯策略，在畢赤酵母中重組表達并純化獲得PV1 野生型VLP（wtVLP）以及基于熱穩定突變毒株SC7構建的穩定型VLP（sVLP）（圖1）。抗原性分析顯示，sVLP中D-抗原含量顯著提升，達到187 D-抗原單位（D-antigen units，DU）每微克蛋白，遠高于wtVLP。sVLP具有較好的熱穩定性，在40℃處理10分鐘后仍保留超過50%的D-抗原活性。在小鼠模型中的免疫原性評價結果顯示，用1微克/劑的wtVLP免疫小鼠未能誘導產生針對PV1的中和抗體；而相同劑量的sVLP疫苗能夠有效誘導中和抗體，其免疫效果優于0.5人劑量的商業化IPV疫苗。值得注意的是，該酵母表達sVLP疫苗策略具有高產量的生產能力，每100mL酵母培養物可獲得673,200DU（相當于16,830劑IPV），產量優于目前已報道的其它表達策略，展現出顯著成本優勢和產業化前景。

圖1. 酵母體系中表達PV1 wtVLP和sVLP

研究團隊分別解析了PV1 wtVLP和SC7 sVLP的高分辨率冷凍電鏡結構。兩種VLP均呈二十面體對稱性的球形顆粒，具有典型腸道病毒表面特征（圖2a），但構象狀態存在顯著差異：wtVLP呈擴張構象，半徑較大，二重軸通道開放，結構類似此前報道的酵母體系表達的SC6b C-顆粒構象，均為擴張狀態且缺乏D-抗原性；而SC7 sVLP攜帶7個熱穩定性突變（如VP1 V196L、VP1 H248P、VP2 D57E、VP2 T25A等）（圖2b），這些突變通過改變局部構象與表面電荷，增強亞基間的緊密排列，使顆粒呈緊密構象，二重軸通道封閉，VP1 N端及環區結構有序且穩定。結構比對顯示，SC7 sVLP與已報道的SC6b D-顆粒整體高度一致，VP1、VP2和VP3衣殼蛋白的構象幾乎完全重疊，僅在VP1的BC和DE環區存在輕微差異（圖2c-e），而與SC6b C-顆粒則差異顯著。值得注意的是，SC7 sVLP的VP1疏水口袋較SC6b D-顆粒更為狹窄（圖2f），推測源于SC7中V196L突變引入更大疏水側鏈，加強與鄰近殘基的相互作用，使整體結構更加緊湊穩定。這些結果從結構層面闡明了熱穩定突變如何鎖定D-抗原構象，為理性設計高穩定性脊灰VLP疫苗提供了關鍵依據。

圖2. PV1 VLPs的結構比較分析

為進一步解析sVLP抗原位點，研究人員從SC7 sVLP免疫小鼠中篩選獲得中和性單克隆抗體3G10。生化實驗表明，3G10僅特異性識別D-抗原顆粒，不結合C-抗原顆粒，且與D-抗原特異性抗體標準品mAb234存在結合競爭。通過解析sVLP-3G10 Fab 復合體的冷凍電鏡結構（圖3），發現3G10 Fab結合于sVLP“canyon”頂端，圍繞五重軸呈星形排列；其互補決定區與VP1的BC/GH環及VP2 EF環形成廣泛的氫鍵和鹽橋網絡。在D-抗原向C-抗原構象轉變過程中，該表位發生結構松散化，破壞抗體結合界面，從而解釋了3G10對D-抗原的高度特異性。此外，3G10結合表位與病毒受體PVR結合位點高度重疊（圖3f），揭示其通過空間位阻效應阻斷病毒-受體結合，實現中和作用。序列比對顯示，3G10表位在PV1野生毒株（Mahoney）和減毒疫苗株（Sabin1）中完全保守。基于上述發現，研究團隊建立了以3G10為檢測抗體的雙抗體夾心ELISA方法，可特異、穩定地定量檢測PV1 D-抗原，為候選疫苗的定量和質控提供了有效工具。

圖3. 3G10 Fab和sVLP復合物的結構

綜上，該研究確定了高產、結構優化的酵母表達PV1-SC7 sVLP作為新一代脊灰疫苗的可行性和有效性，建立了基于單抗3G10的PV1 D-抗原定量方法，并應用冷凍電鏡從結構層面揭示了sVLP組裝及維持D-抗原性的分子機制。這些發現將有助于加快新一代脊灰疫苗的開發，有望為“全球小兒麻痹癥根除計劃”提供更加安全、高效、可規模化的解決方案。

上海市重大傳染病和生物安全研究院黃忠研究員、中國科學院分子細胞科學卓越創新中心叢堯研究員、華淞（上海）生物科技有限公司王曉黎博士和劉慶偉博士為該論文的共同通訊作者。中國科學院分子細胞科學卓越創新中心博士后洪琴、上海市重大傳染病和生物安全研究院博士生陳天和華淞（上海）生物科技有限公司韓文玉博士為該論文的共同第一作者。該研究獲得國家自然科學基金委、國家科技部、上海市市級科技重大專項、中國科學院先導專項、中國博士后科學基金會的經費支持；同時得到國家蛋白質科學研究（上海）設施的冷凍電鏡系統、數據庫與計算分析系統的大力支持。

文章來源： 上海市重大傳染病和生物安全研究院

文章鏈接： https://doi.org/10.1038/s41541-026-01404-0