武大科学家发现病毒进化规律 设计广谱疫苗

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截至2022年12月，新型冠状病毒暴发变异毒株出现频率。 受访者提供的图片是跟踪新型冠状病毒的进化轨迹，武汉大学病毒学国家重点实验室的蓝科教授和徐可教授团队设计了新型新冠广谱疫苗，或者可以防止未来新冠变异毒株对人群的侵害。 1月4日，该研究论文发表在著名学术杂志《科学-转化医学》 (science-translational medicine )上。

“新型冠状病毒和流感病毒有相似的流行规律，人传人后在全球传播，必然会积累抗原漂移，也就是突变。 我们从一开始就认为，为了对抗持续的疫情，广谱新冠疫苗是必要的。 ”徐可向澎湃科技记者介绍，团队从2020年4月开始攻克该课题，提出了“基于病毒进化共识序列，优化设计疫苗免疫原”的新策略，用了10个月左右的时间完成了广谱疫苗免疫原Span的序列设计。

后续小鼠实验证明，它能诱导以后出现的三角洲、奥密克戎及其亚系等毒株产生广谱中和抗体，比原型株抗原疫苗更高效，且能保护实验小鼠免受包括奥密克戎在内的多种新型冠状病毒变异毒株的致命攻击。 相关成果于2021年12月发布在预印本平台bioRxiv上，并于2022年8月5日通过中国发明专利授权。

近期国外流行的优势股XBB.1.5和BQ.1.1在国内受到广泛关注。 研究小组的分析显示，Span抗原中含有的6个共性变异部位在这些最新的奥密克戎变异毒株中仍有很大残留。 针对最新变异毒株的疫苗中和抗体试验正在进行中。

“这种疫苗与传统的单序列疫苗不同，有很大的概念性创新，本质上提高了抗原的广谱性。 我们还会继续追踪病毒在现实世界中的变异，但用这种方式制造的广谱疫苗比过去我们追着病毒跑的要好得多，出现在病毒面前。 未来五年或十年注射广谱疫苗可能就足够了。 ”徐某表示，经过团队两年的努力，该原型疫苗产品的小试生产技术已经成熟，期待与企业顺利对接，尽快进入产业化轨道。

Span疫苗免疫为小鼠体内提供了广谱免疫保护作用。 受访者首次报道了新型冠状病毒的演化路径

截至2022年7月，武大研究团队全面分析了110多万条新型冠状病毒序列和54个新冠变异毒株假病毒感染性和免疫逃逸能力，首次报道了三角洲(Delta )株和拉姆达(ram da )株等3种新型冠状病毒刺突蛋白) s蛋白)的定向进化途径； 有些毒株如伽玛(gamma )株等弱细胞感染性和较强免疫逃逸能力beta (beta )株，细胞感染性和免疫逃逸能力同时增强，但此类变异毒株数量相对较少。

新型冠状病毒蛋白质的进化规律(包括11，650，487条序列)。 受访者表示：“对现有序列数据的分析表明，新型冠状病毒有向一个方向进化、感染性更强或免疫逃逸能力更强的趋势。 s蛋白突变位点的功能需要协调，单一位点只能实现单一功能，两者难以兼顾。 ”徐认为，未来的新型冠状病毒仍然很可能朝着特定的方向进化。

这些变异途径的差异会引起抗原性的变化，意味着单一毒株疫苗不能有效保护群体对抗不同进化途径上的其他变异毒株。 目前研究也指出，随着奥密克戎毒株加速变异，目前市面上大部分以新型冠状病毒原型株为抗原的疫苗对奥密克戎及其亚类病毒株的中和能力不同程度地降低，难以发挥良好的感染预防效果。

武大团队开发的该广谱疫苗免疫原Span采用了新的设计策略，根据新型冠状病毒进化史计算共识序列并优化了设计。 团队研究人员在2021年2月前下载NCBI数据库所有新型冠状病毒序列，复用后获得2675条序列，进化聚类算法，通过计算分析得到共性突变位点和进化规律。

最终设计的Span抗原涵盖了5个发生频率最高的突变点： D614G、del69-70、del144、N501Y和P681H。 研究表明，D614G是新型冠状病毒B.1谱的共性突变，也是最先流行的优势株获得的突变，增强了s蛋白与受体ACE2的结合能力，大大增加了病毒感染性； N501Y有助于beta株和gamma株具有更强的免疫逃逸能力； del69-70降低了病毒感染性，但表现为中度免疫逃逸能力，P681H也表现为中度免疫逃逸能力。 研究人员还筛选了所有变异位点中免疫逃逸能力最强的E484K，并加入到Span的序列设计中。

武大团队发现的6个共性突变点(横向标记)对后来爆发的Omicron流行株(纵向标记)有较大保留) )红色表示该位点的保留)。 回答者供图

“几个变异网站之间的作用被抵消，功能不同的网站合并在一起的话，效果可能会消失。 我们分析了筛选到的几个位点组合，它们出现频率最高，它们之间协同性较好，功能上互不冲突，是最能代表多种变异毒株的位点组合。 ”徐可介绍。

广谱疫苗仍可覆盖XBB变异毒株

2022年8月30日，上海泽润生物科技有限公司(云南华生生物技术股份有限公司分公司)宣布，自主研制的重组新冠变异毒株疫苗获得国家药品监督管理局颁发的临床试验认可。 这是以s蛋白三聚体为抗原，用CpG氢氧化铝双佐剂设计开发的广谱新冠疫苗。

根

据研究者2022年11月12日发表在《NpjVaccines》上的论文，这款疫苗的抗原设计是从阿尔法（Alpha）、贝塔（Beta）、伽马（Gamma）株中选择了四个共有突变位点：K417N、E484K、N501Y和D614G。后三个突变位点与武大团队的Span抗原相同。文章称，该变异株疫苗对包括奥密克戎在内的主要重点关注变异株（VOCs）都能产生良好的交叉中和作用。

“在我们的预印本论文发表后，有很多团队模仿。抗原设计是一门科学，哪些位点是高频共性突变，是由进化计算的真实数据决定的。K417N突变频率相对较低，对免疫逃逸没有多少作用。”徐可介绍，其团队曾尝试构建过有9个共性突变的抗原序列，但它在小鼠实验中并没有显示出针对不同变异株更好的中和活性，“这也说明，疫苗抗原设计不是突变位点的简单加和，而是需要严格的生物信息学计算和实验证据的联合分析。突变位点不是越多越好，重点还是科学数据指引，共性越凸显，贯序免疫效果就越显著。”

徐可告诉澎湃科技记者，Span抗原的研究设计早于德尔塔（Delta）毒株流行，“当时E484K的出现频率还没有那么高，奥密克戎毒株出现后，它的频率越来越高，说明病毒在向加强免疫逃逸的方向进化。这也证明我们把它加进来是一个完全正确的选择。”

值得一提的是，Span抗原的6个共性突变位点在奥密克戎流行株中均有很大程度的保留，最近备受关注的新毒株BQ.1、BQ.1.1和XBB、XBB.1，包括在美国强势崛起的XBB.1.5，也都和Span抗原共享5个共性突变位点。

研究显示，Span抗原序列恰好位于新冠病毒S蛋白系统发育树的中心位置，而且和奥密克戎聚类到一起。“可以说，它是新冠病毒毒株中最有代表性、最普适的一条序列。就像一个家庭里有数个兄弟姐妹，我们找出他们的共同特征并集中到了一起。”徐可说。

Span位于系统发育树中心位置。受访者供图。

研究人员还关注到一个增加病毒感染性的突变位点S982A，“在我们后期对奥密克戎毒株的观察中，这个位点的出现频率没那么高，分离株也比较少，但这个位点位于S蛋白茎部（HR1结构域，在病毒膜融合过程中发挥重要作用），在它附近出现的一些变异，我们还会继续关注。”徐可说，从目前研究看来，较为明确的是S蛋白头部的RBD结构域上的突变，会影响中和抗体的免疫逃逸，其他区域以影响感染性居多，这些突变位点的功能仍需逐个研究才能深入理解。

近年来，许多科学家也在研发流感广谱疫苗，徐可团队也是其中之一。“WHO有一套专门收集和预测流感病毒流行信息的系统，筛选判断出今年会流行的毒株，疫苗企业则可以根据这套流程针对当季流行株开发灭活疫苗，这套模式总体上比较有效，问题是每年都要重新接种。”在徐可看来，要将传统灭活疫苗生产工艺更换为广谱疫苗，流感疫苗厂商积极性可能不足，但新冠疫苗是全新的产品，加上新冠疫情的大爆发以及新冠病毒迅速突变，使得市场对于新冠广谱疫苗的需求十分迫切，理应快速推动广谱疫苗的普及。

（澎湃新闻记者陈竹沁）