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)重時可導(dǎo)致不可逆的弛緩性癱瘓甚至死亡。自1988年世界衛(wèi)生組織發(fā)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(fā)病率顯著下降，但至今尚未實現(xiàn)徹底根除?，F(xiàn)有疫苗存在明顯局限性：IPV與OPV在生產(chǎn)過程中均依賴大規(guī)模培養(yǎng)高感染性的活病毒，存在潛在生物安全風(fēng)險；同時，OPV在個別接種者體內(nèi)可能發(fā)生回復(fù)突變?yōu)閺姸局瓴⑨尫诺江h(huán)境中，成為新的傳染源。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，已成為加快實現(xiàn)全球范圍內(nèi)消除脊灰病毒的戰(zhàn)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(tuán)隊、中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心叢堯研究員團(tuán)隊和華淞（上海）生物科技有限公司王曉黎、劉慶偉團(tuán)隊合作，在國際學(xué)術(shù)期刊NPJ Vaccines發(fā)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(tǒng)報道了利用酵母重組表達(dá)系統(tǒng)高效制備PV1的熱穩(wěn)定型病毒樣顆粒（Virus-Like Particle，VLP）作為候選疫苗，并通過冷凍電鏡系統(tǒng)解析了其組裝機制及D-抗原性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊采用VP0/VP3/VP1三種衣殼蛋白表達(dá)盒串聯(lián)策略，在畢赤酵母中重組表達(dá)并純化獲得PV1 野生型VLP（wtVLP）以及基于熱穩(wěn)定突變毒株SC7構(gòu)建的穩(wěn)定型VLP（sVLP）（圖1）?？乖苑治鲲@示，sVLP中D-抗原含量顯著提升，達(dá)到187 D-抗原單位（D-antigen units，DU）每微克蛋白，遠(yuǎn)高于wtVLP。sVLP具有較好的熱穩(wěn)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(jié)果顯示，用1微克/劑的wtVLP免疫小鼠未能誘導(dǎo)產(chǎn)生針對PV1的中和抗體；而相同劑量的sVLP疫苗能夠有效誘導(dǎo)中和抗體，其免疫效果優(yōu)于0.5人劑量的商業(yè)化IPV疫苗。值得注意的是，該酵母表達(dá)sVLP疫苗策略具有高產(chǎn)量的生產(chǎn)能力，每100mL酵母培養(yǎng)物可獲得673,200DU（相當(dāng)于16,830劑IPV），產(chǎn)量優(yōu)于目前已報道的其它表達(dá)策略，展現(xiàn)出顯著成本優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景。

圖1. 酵母體系中表達(dá)PV1 wtVLP和sVLP

研究團(tuán)隊分別解析了PV1 wtVLP和SC7 sVLP的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。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(gòu)象狀態(tài)存在顯著差異：wtVLP呈擴張構(gòu)象，半徑較大，二重軸通道開放，結(jié)構(gòu)類似此前報道的酵母體系表達(dá)的SC6b C-顆粒構(gòu)象，均為擴張狀態(tài)且缺乏D-抗原性；而SC7 sVLP攜帶7個熱穩(wěn)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(gòu)象與表面電荷，增強亞基間的緊密排列，使顆粒呈緊密構(gòu)象，二重軸通道封閉，VP1 N端及環(huán)區(qū)結(jié)構(gòu)有序且穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)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(gòu)象幾乎完全重疊，僅在VP1的BC和DE環(huán)區(qū)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(cè)鏈，加強與鄰近殘基的相互作用，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊穩(wěn)定。這些結(jié)果從結(jié)構(gòu)層面闡明了熱穩(wěn)定突變?nèi)绾捂i定D-抗原構(gòu)象，為理性設(shè)計高穩(wěn)定性脊灰VLP疫苗提供了關(guān)鍵依據(jù)。

圖2. PV1 VLPs的結(jié)構(gòu)比較分析

為進(jìn)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(jié)合C-抗原顆粒，且與D-抗原特異性抗體標(biāo)準(zhǔn)品mAb234存在結(jié)合競爭。通過解析sVLP-3G10 Fab 復(fù)合體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（圖3），發(fā)現(xiàn)3G10 Fab結(jié)合于sVLP“canyon”頂端，圍繞五重軸呈星形排列；其互補決定區(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)。在D-抗原向C-抗原構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中，該表位發(fā)生結(jié)構(gòu)松散化，破壞抗體結(jié)合界面，從而解釋了3G10對D-抗原的高度特異性。此外，3G10結(jié)合表位與病毒受體PVR結(jié)合位點高度重疊（圖3f），揭示其通過空間位阻效應(yīng)阻斷病毒-受體結(jié)合，實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊建立了以3G10為檢測抗體的雙抗體夾心ELISA方法，可特異、穩(wěn)定地定量檢測PV1 D-抗原，為候選疫苗的定量和質(zhì)控提供了有效工具。

圖3. 3G10 Fab和sVLP復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

綜上，該研究確定了高產(chǎn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的酵母表達(dá)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(yīng)用冷凍電鏡從結(jié)構(gòu)層面揭示了sVLP組裝及維持D-抗原性的分子機制。這些發(fā)現(xiàn)將有助于加快新一代脊灰疫苗的開發(fā)，有望為“全球小兒麻痹癥根除計劃”提供更加安全、高效、可規(guī)?；慕鉀Q方案。

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撰寫| 上海市重大傳染病和生物安全研究院

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設(shè)計| Alice