2月24日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊NPJ Vaccines在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）叢堯研究組、復(fù)旦大學(xué)上海市重大傳染病和生物安全研究院黃忠研究組、以及華淞（上海）生物科技有限公司王曉黎、劉慶偉團(tuán)隊(duì)的合作研究成果 “Structural insight into the assembly and D antigenicity of polio type 1 stabilized virus-like particles”。該研究利用酵母重組表達(dá)系統(tǒng)高效制備了1型脊髓灰質(zhì)炎病毒（PV1）的熱穩(wěn)定型病毒樣顆粒（Virus-Like Particle，VLP）作為候選疫苗，并通過(guò)冷凍電鏡系統(tǒng)解析了其組裝機(jī)制及D-抗原性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。為新一代脊灰疫苗開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)“全球小兒麻痹癥根除計(jì)劃”提供了更安全高效、可產(chǎn)業(yè)化的解決方案。

脊髓灰質(zhì)炎是由脊髓灰質(zhì)炎病毒（Poliovirus, PV）引起的急性傳染病，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致不可逆的弛緩性癱瘓甚至死亡。雖自1988年世界衛(wèi)生組織發(fā)起“全球小兒麻痹癥根除計(jì)劃”以來(lái)，疫苗接種已使全球發(fā)病率大幅下降，但仍未實(shí)現(xiàn)徹底根除?，F(xiàn)有滅活疫苗和口服減毒疫苗在生產(chǎn)均依賴高感染性活病毒，存在生物安全風(fēng)險(xiǎn)；減毒疫苗還可能在接種者體內(nèi)回復(fù)突變?yōu)閺?qiáng)毒株，造成新的傳播隱患。因此，研發(fā)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全不涉及活病毒的新一代脊灰疫苗，成為加快實(shí)現(xiàn)全球消除脊灰病毒目標(biāo)的關(guān)鍵。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性采用VP0/VP3/VP1三種衣殼蛋白表達(dá)盒串聯(lián)策略，在畢赤酵母中成功制備出PV1野生型病毒樣顆粒（wtVLP）及基于熱穩(wěn)定突變毒株SC7的穩(wěn)定型顆粒（sVLP）。實(shí)驗(yàn)顯示sVLP的D-抗原含量達(dá)到187單位/微克蛋白，顯著優(yōu)于野生型（圖a）。在40℃高溫處理10分鐘后仍保留超過(guò)50%的抗原活性，熱穩(wěn)定性優(yōu)異。小鼠免疫實(shí)驗(yàn)中，1微克sVLP即可誘導(dǎo)高滴度中和抗體，優(yōu)于0.5人劑量的商業(yè)滅活疫苗；而同等劑量野生型VLP則未能產(chǎn)生有效免疫應(yīng)答（圖b）。尤為重要的是，該酵母表達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)量突出，每100毫升培養(yǎng)物可獲得相當(dāng)于16,830劑滅活疫苗的抗原量，成本優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)業(yè)化前景顯著。

為深入理解sVLP的高效保護(hù)機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用冷凍電鏡技術(shù)解析了野生型與穩(wěn)定型顆粒的高分辨率三維結(jié)構(gòu)（圖c）。結(jié)果顯示，野生型VLP呈擴(kuò)張構(gòu)象，二重軸通道開(kāi)放，缺乏D-抗原性；而含7個(gè)熱穩(wěn)定性突變的sVLP呈緊密構(gòu)象，二重軸通道封閉，關(guān)鍵抗原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有序（圖d）。結(jié)構(gòu)比對(duì)證實(shí)，sVLP與已報(bào)道的SC6b D-抗原顆粒高度一致，其VP1疏水口袋更為狹窄、整體更緊湊穩(wěn)定，從原子水平闡明了熱穩(wěn)定突變鎖定D-抗原構(gòu)象的機(jī)制，為理性設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性脊灰VLP疫苗提供了關(guān)鍵依據(jù)。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步從免疫小鼠中篩選獲得特異性識(shí)別D-抗原的中和性單克隆抗體3G10。生化實(shí)驗(yàn)表明，3G10僅特異性識(shí)別D-抗原顆粒，不結(jié)合C-抗原顆粒（圖e），且與D-抗原特異性抗體標(biāo)準(zhǔn)品mAb234存在結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)。結(jié)構(gòu)分析揭示其結(jié)合于病毒表面“峽谷”區(qū)域，其互補(bǔ)決定區(qū)與VP1的BC/GH環(huán)及VP2 EF環(huán)形成廣泛的氫鍵和鹽橋網(wǎng)絡(luò)（圖f-g）。在D-抗原向C-抗原構(gòu)象轉(zhuǎn)變過(guò)程中，該表位結(jié)構(gòu)松散化破壞了抗體結(jié)合界面，解釋了3G10對(duì)D-抗原的高度特異性。值得注意的是，3G10結(jié)合表位與病毒受體PVR結(jié)合位點(diǎn)高度重疊，可通過(guò)空間位阻阻斷病毒-受體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)中和作用?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)建立了以3G10為核心的雙抗體夾心檢測(cè)法，實(shí)現(xiàn)了D-抗原的精準(zhǔn)定量，為疫苗質(zhì)量控制提供了關(guān)鍵工具。

綜上，該研究首次系統(tǒng)闡明了酵母表達(dá)脊髓灰質(zhì)炎病毒樣顆粒的組裝機(jī)制與D-抗原性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，成功構(gòu)建了兼具高產(chǎn)量、高穩(wěn)定性和強(qiáng)免疫原性的候選疫苗，及配套的抗原檢測(cè)體系。這不僅為新一代脊灰疫苗開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)“全球小兒麻痹癥根除計(jì)劃”提供了更安全、高效、可規(guī)模化生產(chǎn)的解決方案。

分子細(xì)胞卓越中心博士后洪琴，上海市重大傳染病和生物安全研究院博士生陳天與華淞（上海）生物科技有限公司韓文玉博士為共同第一作者。上海市重大傳染病和生物安全研究院黃忠研究員，分子細(xì)胞卓越中心叢堯研究員，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。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)及中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)的經(jīng)費(fèi)支持；并得到國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施的冷凍電鏡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算分析系統(tǒng)的大力支持。

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

（a）wtVLP與sVLP的D-抗原含量測(cè)量；（b）wtVLP與sVLP的中和抗體誘導(dǎo)能力比較；（c）wtVLP與sVLP的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)；（d）wtVLP與sVLP的二重軸區(qū)域的結(jié)構(gòu)差異，顯示sVLP二重軸通道關(guān)閉；（e）中和抗體結(jié)合實(shí)驗(yàn)顯示3G10特異性識(shí)別sVLP；（f）sVLP-3G10 Fab復(fù)合體的冷凍電鏡整體結(jié)構(gòu)；（g）sVLP-3G10 Fab復(fù)合體的單體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。