关键词:
新型冠状病毒
变异株
Ad5-nCoV疫苗
T细胞免疫
T细胞表位
摘要:
新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情于2019年底爆发,迅速造成全球大流行,对人类健康和社会经济产生了深远的影响。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是COVID-19的病原体,其表面的刺突(Spike,S)蛋白是病毒入侵宿主细胞的关键因子,也是疫苗设计的主要靶点。SARS-CoV-2基因组的突变导致了多种变异株,如Alpha、Beta、Gamma、Delta和Omicron。它们不仅增强了病毒的复制效率和免疫逃避能力,也对公共卫生策略和疫苗设计提出了挑战。尽管SARS-CoV-2变异株能显著逃逸体液免疫,但T细胞免疫反应对变异株和原型株的反应相似,超过80%的T细胞反应性得以保留。腺病毒载体新冠病毒疫苗单次免疫能诱导强烈的体液免疫和细胞免疫反应,在新冠疫情得到广泛应用,本项工作在动物和人体水平开展了腺病毒载体新冠疫苗的特异性细胞免疫反应及其T细胞表位特征研究,深入比较了新冠病毒变异株S蛋白变异对于T细胞反应及其细胞表位的影响,并对T细胞表位功能进行了评价,研究结果可对优化疫苗策略和应对病毒变异提供参考。
相比于人体复杂多样的HLA分型,近交系小鼠的遗传背景一致,为T细胞表位研究提供了便利。在SARS-CoV-2的多种变异株中,从Omicron起S蛋白的氨基酸突变数量超过了30个。我们选择SARS-CoV-2原型株和BA.1株的S蛋白开展研究。BALB/c小鼠和C57BL/6小鼠分别免疫5型腺病毒载体新冠病毒原型株疫苗Ad5-Spike-WT和BA.1株疫苗Ad5-Spike-BA.1后,两种疫苗诱导的针对原型株和BA.1株S蛋白的细胞免疫反应存在差异,说明BA.1突变导致了S蛋白上T细胞表位的变化。使用二维肽库法对原型株和BA.1株S蛋白H-2d和H-2b单元型T细胞表位进行筛选。在BALB/c小鼠中,共鉴定出11个原型株和BA.1株的S蛋白T细胞表位,其中两个是CD4+T细胞表位,其余全是CD8+T细胞表位。11个表位中有4个涉及BA.1突变,其中CD4+T细胞表位W61-75在BA.1 S蛋白中发生A67V和Del 69-70突变,突变后不能激活CD4+T细胞;CD8+T细胞表位W505-513经过Y505H突变对表位活性没有影响;而BA.1 S蛋白上的T细胞表位O475-483和O486-494则是经T478K、E484A和Q493R、G496S突变后形成的新表位,其在原型株S蛋白上的相应肽段不能激发T细胞发应。在C57BL/6小鼠中,共鉴定出9个T细胞表位,其中CD4+T细胞表位只有一个。有两个表位涉及BA.1突变,W61-75突变后表位活性失效,而O645-653则是经H655Y突变后形成的新表位。以上经筛选鉴定获得的S蛋白11个H-2d单元型和9个H-2b单元型T细胞表位,大部分不受BA.1株突变影响,说明S蛋白的BA.1株突变对T细胞免疫的影响有限。我们采用了H-2d的优势表位W268来制备肽-MHC分子四聚体,并对免疫后的BALB/c小鼠脾脏中的抗原特异性T细胞进行了检测。结果显示,无论是接种Ad5-Spike-WT还是Ad5-Spike-BA.1疫苗的小鼠,其抗原特异性T细胞的数量均无显著差异。在C57BL/6小鼠中也观察到了相同的现象。这一发现表明,无论是原型株还是变异株疫苗,保守表位在激发细胞免疫方面的作用都是一致的。
T细胞免疫是机体免疫反应的重要组成部分,在清除病毒感染中发挥重要作用。为了评价这些筛选到的T细胞表位的体内生物学效应,选择针对BA.1株的6个MHC I类H-2b单元型表位,分别使用柔性连接子GGGGS和刚性连接子EAAAK以及AAY将表位连接形成新的抗原。使用Alpha Fold预测表位排序组合形成的各720个新抗原的结构,基于抗原蛋白的理化性质和二级结构占比,三种连接方式各选择5种经不同排序产生的抗原,加入t PA信号肽和Flag标签,并对其基因密码子进行优化。在转染的细胞中,GGGGS和EAAAK连接的抗原均能表达,其中EAAAK-1表达量最高。选择表达水平最高的EAAAK-1抗原,构建mRNA疫苗形式的T细胞表位抗原肽,单针免疫C57BL/6小鼠后14天即可激发T细胞免疫反应,加强免疫后14天的细胞免疫高于单次免疫Ad5-Spike-BA.1疫苗的反应水平,表明该mRNA抗原肽能够诱导强烈的T细胞免疫反应。同时,该T细胞免疫反应具有良好的交叉反应性,其免疫小鼠的脾细胞分别经WT、BA.1、BA.4/5和XBB S蛋白的重叠肽库刺激培养后,其细胞免疫反应无显著差异。采用相同的策略构建了H-2d单元型T细胞表位抗原肽,分别制备了仅CD4+T细胞表位的抗原肽S4,仅CD8+T细胞表位的抗原肽S8,以及同时包含CD4+和CD8+T细胞表位的抗原肽S48和A48。这四种抗原肽均可诱导B