6月5日，《自然•通讯》（Nature Communications）在线刊出了我院夏宁邵教授团队发表的题为“Rational design of a multi-valent human papillomavirus vaccine by capsomere-hybrid co-assembly of virus-like particles”的研究论文。该研究基于对人乳头瘤病毒（human papillomavirus，HPV）的病毒样颗粒（virus-like particle，VLP）组装机制的深入认识，设计了一种能够针对多种型别HPV同时产生保护效果的杂合病毒样颗粒（capsomere-hybrid VLP，chVLP），为研发涵盖所有高危型别HPV的更广谱的新一代多价宫颈癌疫苗奠定了关键技术基础，为其他高变异病毒疫苗和靶向肿瘤新抗原的疫苗设计提供了新的思路。
HPV的持续感染能导致上皮组织的增生性病变和多种良恶性肿瘤。已有超过200种的HPV被鉴定，其中至少25种高危型别与宫颈癌高度相关。在世界范围内，宫颈癌作为女性的第三大恶性肿瘤，每年约有56.9万新发病例，死亡病例约31.1万人，严重威胁女性健康。接种HPV疫苗是预防宫颈癌的有效手段。HPV L1蛋白在体外能自组装形成VLP，具有较强的免疫原性，是目前HPV疫苗免疫原的主要形式。由于HPV VLP具有严格的型别限制性（type-restricted），难以诱导产生交叉中和抗体，因此HPV疫苗通过混合多种VLP来预防不同型别的感染。目前已上市疫苗包括HPV二价、四价和九价，研制更高保护范围的HPV疫苗对于更好预防宫颈癌和阻止HPV在人群中传播具有重要的意义。
基于五聚体杂合的病毒样颗粒互补组装设计和杂合九价HPV疫苗的免疫保护效果
该研究首先将HPV L1蛋白上对VLP组装非常关键的175位和428位半胱氨酸分别突变为丙氨酸（C175A、C428A），结果显示单点突变后的L1五聚体无法组装形成VLP，而两个不同型别的L1-C175A五聚体和L1-C428A五聚体能杂合组装形成单一的杂合病毒样颗粒（chVLP），且最适的杂合组装化学计量比为1:1；冷冻电镜解析结果显示chVLP的颗粒形态与野生型VLP类似，均为T=7的二十面体对称结构；有趣的是，该杂合组装方式是一种不限HPV型别的随机组装，实验测试了2~9种不同型别的L1五聚体均可杂合组装成chVLP，理论上一个chVLP中能容纳72种不同型别的L1五聚体。使用单克隆抗体分析颗粒抗原性发现，chVLP在保留了大部分型特异性表位的同时也产生了不同于野生型的新表位。进一步使用该杂合组装策略将9种型别（HPV 6、11、16、18、31、33、45、52、58）的L1五聚体装配至单颗粒中形成9型杂合病毒样颗粒（nona-type chVLP），在小鼠模型中能诱导出与Gardasil 9®相当的针对9种型别的高水平的中和抗体滴度。研究者提出，如果将该杂合组装技术与团队前期设计的三型嵌合颗粒技术（tri-type chimeric VLP）相结合，理论上可以通过在单一chVLP上簇集216种型别的HPV中和表位而做成pan-HPV广谱疫苗，可涵盖目前鉴定的约200种型别的HPV。该项技术可有望应用于针对高变病原体和携带新抗原肿瘤细胞的疫苗设计以及可控的药物递送载体。
长期以来，我院夏宁邵教授团队在HPV预防性疫苗应用和基础研究方面开展了一系列工作：阐明了基于大肠杆菌制备的HPV VLP的组装机制（Structure，2016）；揭示了抗体介导的HPV型别特异性中和作用的结构基础（mBio，2017）；研制了国内上市的首个国产第一代宫颈癌疫苗（HPV 16/18双价，馨可宁®Cecolin®；Hum Vacc & Immunother，2014；Vaccine，2015；Vaccine，2017；Sci China Life Sci，2019；JNCI，2020）；研制的第二代宫颈癌疫苗即将开展III期临床试验（HPV九价；Emerg Microbes Infec，2018）；与国际疫苗巨头企业GSK公司签订了新一代HPV疫苗的合作开发协议；基于结构疫苗学设计，在国际上“率先敲开第三代宫颈癌疫苗研制大门”（HPV二十价；Nat Commun，2018）。此次发表的研究工作是在深入认识HPV VLP组装机制的基础上进一步开展的一种新型HPV多价疫苗设计。
我院博士后王大宁、博士生柳欣林和魏旻希为该论文共同第一作者，李少伟教授、顾颖副教授和夏宁邵教授为该论文的共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金重大项目、重点项目、海峡联合项目和面上项目以及新药创制国家科技重大专项的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16639-1
（维多利亚老品牌vic119）
