病毒糖蛋白纳米盘：下一代疫苗设计的 “神级工具”

　　摘要：包膜病毒的跨膜糖蛋白是中和抗体的关键靶点，也是疫苗设计的核心抗原。传统 mRNA-LNP 技术虽能实现跨膜糖蛋白的原位表达，但对其进行生物物理表征和抗体反应分析时，却常依赖可溶性蛋白，难以还原其天然状态。本文介绍了一种将跨膜糖蛋白疫苗候选物组装成的方法学平台，以 HIV 膜近端外部区域（MPER）靶向疫苗研发为例，通过表面等离子体共振（SPR）、流式细胞术（FACS）和冷冻电镜（cryo-EM）等技术验证了纳米盘的实用性，还解析了 HIV MPER 靶向免疫原纳米盘与广谱中和抗体的复合物结构，为新一代病毒疫苗研发提速提供了关键工具。

　　咱们先说说疫苗研发的核心 ——病毒糖蛋白。像 HIV、埃博拉这些包膜病毒，它们表面的跨膜糖蛋白是免疫系统识别病毒的 “标志物”，也是疫苗设计的重中之重。

　　过去二十年，mRNA-LNP 技术的出现让疫苗研发迈了一大步，能让人体在接种后自行产生跨膜糖蛋白。但科学家们在实验室研究这些蛋白时，却遇到了烦：为了方便研究，大家通常会把跨膜糖蛋白的跨膜域、膜近端外部区域（MPER）这些部分切掉，只保留可溶性的外域。可这些被切掉的区域，偏偏藏着很多能诱导中和抗体的关键表位，比如 HIV 的 MPER 区域，就有高度保守的中和抗体表位，是疫苗研发的重要靶点。

　　更关键的是，跨膜糖蛋白在天然状态下是嵌在细胞膜里的，切掉部分区域后，不仅结构变了，连糖基化修饰这种关键特征也和天然状态不一样。比如 HIV 的 Env 蛋白，跨膜版本的糖基化屏蔽更接近病毒本身，而可溶性蛋白的糖基化模式差异很大，这就导致实验室研究结果和真实的情况脱节，疫苗研发总走弯路。

　　就在大家头疼的时候，纳米盘登场了！纳米盘是一种能把跨膜蛋白包裹在脂质双层里的纳米颗粒，能给跨膜蛋白提供一个和细胞膜超像的天然环境，完美解决了可溶性蛋白的弊端。

　　这次研究里，科学家们开发的纳米盘平台用了MSP1D1支架蛋白，搭配模拟病毒膜成分的脂质混合物，把 HIV 的 Env 蛋白、埃博拉的 GP 蛋白都成功组装进了纳米盘里。整一个流程特别高效：从细胞转染到纯化出纳米盘，五天就能处理 12 个样本，每升细胞还能产出 100-700 微克纯的糖蛋白纳米盘，足够做好几次实验（图 1）。

　　而且这些纳米盘超稳定，在 4℃下能放三个月，不管是用紫外吸收、负染电镜还是 SPR 检测，性能都没啥变化，完全能满足疫苗研发中反复实验的需求。

　　研究中还设计了多种 HIV Env 蛋白变体的纳米盘，比如针对 MPER 区域改造的Env gp151 MPER ND，还有用来做对照的Env gp151 MPER-KO ND（图 2）。通过质谱分析发现，纳米盘里的跨膜糖蛋白糖基化修饰和天然病毒蛋白高度相似，这在某种程度上预示着纳米盘能真实还原蛋白的天然特征。

　　有了这个纳米盘平台，科学家们一下子解锁了好几种疫苗研发的关键技术，咱们一个个说：

　　表面等离子体共振（SPR）是疫苗研发里测抗体和抗原亲和力的 “金标准”。研究里开发了三种 SPR 检测模式（图 3），能灵活测量不同抗体（Fab 片段、完整 IgG）和纳米盘里跨膜蛋白的结合动力学。

　　比如针对 HIV 的 MPER 靶向抗体 10E8，用纳米盘检验测试发现，改造后的 Env gp151 MPER ND 能让 10E8 的亲和力提升 70 倍，而且还在于抗体和蛋白的解离速度变慢了。这就说明纳米盘能精准反映蛋白改造对抗体结合的影响，帮科学家们快速筛选出更好的疫苗候选物。

　　疫苗接种后，人体的 B 细胞会产生抗体，而流式细胞术（FACS）能筛选出能识别抗原的特异性 B 细胞。过去用可溶性蛋白做探针，会漏掉识别 MPER 这类膜近端表位的 B 细胞，而纳米盘探针就解决了这个问题。

　　研究里用生物素化的纳米盘做 FACS 探针，在免疫后的小鼠和非人灵长类动物（NHP）体内，成功筛选出了识别 HIV Env 跨膜蛋白的 B 细胞。比如在小鼠实验中，记忆 B 细胞里有 0.7% 是抗原特异性的，比初始 B 细胞高出近 5 倍（图 4）；在恒河猴实验里，纳米盘探针和传统可溶性蛋白探针的检测效果一样好，还能识别到针对膜近端表位的 B 细胞（图 5）。

　　冷冻电镜（cryo-EM）是解析生物大分子结构的 “神器”。研究里用纳米盘解析了 HIV Env gp151 MPER ND 和三种广谱中和抗体（10E8、VRC01、BG18）的复合物结构，分辨率达到了 3.5Å（图 6）。

　　这是首次在接近天然的膜环境中看清 10E8 抗体和 MPER 区域的结合细节：10E8 不仅和 MPER 的肽段结合，还会和 gp120、gp41 的其他区域相互作用，甚至会让 Env 三聚体发生倾斜。更有意思的是，研究还发现 10E8 和另一种抗体 3BC315 会通过相似的方式结合 Env 蛋白，导致蛋白三聚体不稳定，这为设计更有效的疫苗提供了关键的结构线索。

　　除了 HIV 疫苗，科学家们还用同样的方法把埃博拉的 GP 蛋白组装进了纳米盘，证明这样的平台能适配不同的病毒糖蛋白。而且纳米盘的应用还不止疫苗研发，未来还能用于小分子药物筛选、抗体发现，甚至研究其他跨膜蛋白的功能，比如细胞表面的受体和转运蛋白。

　　不过目前这样的平台也还有改进空间，比如在小鼠实验中，虽然筛选出了抗原特异性 B 细胞，但还没诱导出针对 MPER 的有效抗体，要进一步优化免疫原设计和接种策略。但总的来说，纳米盘平台已经为新一代病毒疫苗研发打开了新大门，尤其是针对 HIV 这类难啃的 “硬骨头”，终于有了更贴近天然状态的研究工具。

　　看完是不是觉得纳米盘超厉害？从解决跨膜蛋白研究的老难题，到解锁多种疫苗研发技术，这个小小的纳米颗粒正在改变疫苗研发的游戏规则。相信在不久的将来，借助纳米盘平台，我们能更快研发出针对 HIV、埃博拉等病毒的有效疫苗，一起期待吧！

　　本公众号所有转载文章系出于传递更加多信息之目的，且明确标注明确来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系()，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。

　　特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

　　东京飞上海航班紧急返航，乘客称“机上一男子被警察带走”，航司未安排住宿，大批游客滞留机场只能睡长椅

　　中国大妈在日本鱼市场拿走210日元的鱼骨，带回自家店做菜，被日本警方以盗窃罪逮捕

　　已确认！运营24年，日本知名巨头广东中山工厂停产，“赔偿保密”；15年前规模上万人，此前产品已100%转外销

　　胖东来“小方糖戒指”热卖，1克拉售价169元，自带鉴定证书显示系“莫桑石”，有代购加价20元转售

　　全新Q05/A06/Q07带动 长安启源11月销量46909辆增长31%

　　三星首款三折叠手机Galaxy Z TriFold发布，采用10英寸内屏