基于新型冠状病毒原始毒株的RBD的泛沙状病毒疫苗在非人灵长类动物中引发针对XBB的有效中和抗体

Zezhong Liu 

摘要

最近出现的Omicron亚变异体XBB和BQ.1.1对大多数单克隆中和抗体和恢复期血浆具有显著的免疫逃避作用。因此，开发广谱新冠肺炎疫苗以对抗当前和未来出现的变异是至关重要的。在这里，我们发现原始新型冠状病毒毒株(WA1)的人IgG Fc-缀合的RBD加上一种新的基于STING激动剂的佐剂CF501 (CF501/RBD-Fc)可以诱导针对Omicron亚变异体(包括BQ.1.1和XBB)的高度有效和持久的广谱中和抗体(bnAb)反应，在三次免疫后，恒河猴的NT50为2，118至61，742。在三次免疫后，在CF501/RBD-Fc组中观察到血清对BA.2.2、BA.2.9、BA.5、BA.2.75和BF.7的中和活性相对于D614G下降了0.9-4.7倍，而对BQ.1.1 (26.9倍)和XBB (22.5倍)的NT50相对于D614G显著下降。然而，bnAbs在中和BQ.1.1和XBB感染方面仍然有效。这些结果表明，RBD保守但非优势的表位可以被CF501刺激产生bnAbs，这为使用“不可改变对抗可改变”的策略来开发针对包括新型冠状病毒及其变体在内的沙贝病毒（sarbecovirus）的泛sarbecovirus疫苗提供了概念证明。

随着严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2) Omicron的进化，不断鉴定出各种Omicron亚变异体，由于它们对体液免疫的强烈逃避，对目前的新冠肺炎疫苗构成了重大挑战(1, 2)。即使三或四次剂量的亲代信使RNA (mRNA)疫苗也不能诱导针对BA.5的强中和作用(3)。来自假病毒中和试验的结果显示，XBB对来自接种者和感染个体的血清中的中和抗体(nab)的抗性比原始毒株D614G(4)。此外，即使含有BA.5和祖先刺突蛋白的二价疫苗的加强剂也没有产生足够强的针对新出现的XBB(5)。这要求紧急开发泛沙贝病毒疫苗以对抗所有新型冠状病毒变种和亚变种。

在Omicron亚变异体的受体结合结构域(RBD)中观察到许多突变(图1A)，并且大多数对原始新型冠状病毒表现出中和活性的RBD特异性抗体对奥密克戎亚变异体(6).这引起了对RBD是否仍然包含高度保守的表位的怀疑，因此，它是否可以用作开发新冠肺炎疫苗的合适的免疫原。即使得到证实，如何刺激这些保守表位产生广泛中和抗体(bnAbs)仍有待阐明。

图1.泛沙贝病毒疫苗诱导恒河猴产生交叉结合抗体。（A)与WA1相比，所示Omicron亚变异体的刺突蛋白中的氨基酸突变。（B)接种程序。恒河猴分别在第0、21和115天接种三次疫苗。在指定日期收集CF501/RBD-Fc (n = 3)和铝佐剂/RBD-Fc (n = 3)组的抗血清。（C–JOmicron子变体BA.2.2(C)，BA.2.9(D)，BA.2.12.1(E)，BA.5(F)，文学学士2.75(G)，BF.7(H)，BQ.1.1(I)，而XBB(J)第28天至第191天期间的RBD特异性结合IgG终点滴度。所示数据为平均值SEM。使用双向ANOVA进行统计分析。*P < 0.05, **P < 0.001, ***P < 0.0001.

我们先前已经开发了一种泛沙贝病毒疫苗，其包含作为免疫原的祖先新型冠状病毒毒株的人Fc-缀合的RBD和作为佐剂的新型刺痛激动剂(CF501/RBD-Fc)(7, 8)。然而，一些Omicron亚变异体尤其是XBB的抗体逃避能力已经被证明达到甚至超过SARS-CoV(1)。在这里，我们研究了这种含有刺佐剂的泛沙贝病毒疫苗是否也能引发有效的抗奥米克龙亚变异体，特别是BQ.1.1和XBB引起的感染的bnAbs。

结果

如前所述，恒河猴分别接受了三次剂量的佐剂为CF501 (n = 3)或铝佐剂(n = 3)的原始RBD-Fc疫苗接种(图1B) (7)。两次注射后，在第28天，CF501/RBD-Fc组中这些Omicron亚变异体的RBD特异性IgG的终点滴度范围为512，000-1，792，000，比铝佐剂/RBD-Fc组中诱导的高约3-28倍(图1C–J)。尽管终点滴度在第51、78和113天逐渐下降，但CF501/RBD-Fc组的滴度仍然显著高于铝佐剂/RBD-Fc组。值得注意的是，与铝佐剂/RBD-Fc诱导的RBD结合抗体相比，CF501/RBD-Fc诱导的抗体显著更高，在三次免疫后终点滴度为1，024，000至7，168，000(图1C–J)。此外，CF501/RBD-Fc组也维持了针对Omicron亚变异体的持久有效的RBD结合抗体，甚至在第一次接种后的第191天(图1C–J)。

然后我们测试了来自免疫恒河猴的血清是否可以中和这些假病毒Omicron亚变异体。结果表明，来自CF501/RBD-Fc组的血清对BA.2.2、BA.2.9、BA.2.12.1、BA.5、BA.2.75、BF.7、BQ.1.1和XBB的50%中和效价(NT50)在第28天可分别达到10，694、6，364、1，874、1，075、9，926、3，624，436和313图2A–H)。两次注射后，在第51天至第113天期间，在铝佐剂/RBD-Fc组中几乎没有发现针对这些奥密克戎亚变异体的可检测的bnab，而在CF501/RBD-Fc组的血清中的bnab对来自同一时期的这些奥密克戎亚变异体中的大多数仍然高度有效。在第113天(第二次免疫后92天)，CF501/RBD-Fc组中针对这些寡核苷酸亚变体的NT50s比第28天(第二次免疫后7天)低4.2-26.9倍。重要的是，在对BA.2.2、BA.2.9、BA.2.12.1、BA.5、BA.2.75、BF.7、BQ.1的NT50s为57，126、61，742、8，885、12，110、33，393、17，704、2，118和2，526的第三次接种后，CF501/RBD-Fc组中的交叉中和滴度激增至高水平铝佐剂/RBD-Fc组中针对奥密克戎亚变异体的血清中和活性在三次免疫后也显著提高。然而，铝佐剂/RBD-Fc仅引发针对BA.2.12.1、BA.5、BQ.1.1和XBB的边缘水平的nab。我们发现两组的NT50s都逐渐降低。在第一次接种后的第191天，在铝佐剂/RBD-Fc组中观察到针对奥密克戎亚变异体的血清中和活性较弱或没有。相比之下，CF501/RBD-Fc组的猕猴在第一次免疫后第191天维持了针对Omicron亚变异体的持久bnAbs，甚至包括BQ.1.1和XBB，针对BA.2.2、BA.2.9、ba 2 . 12 . 1、BA.2.9、ba 2 . 12 . 1的NT50s分别为9477、8255、1354、2315、6402、8358、1153和596图2A–H)。在第191天(第三次免疫后76天)相对于第122天(第三次免疫后7天)观察到针对这些Omicron亚变异体的NT50s下降了1.8-7.4倍。

图2.恒河猴中针对泛沙贝病毒疫苗诱导的奥密克戎亚变异体的有效和持久的bnAb应答。（A–H)在恒河猴中通过CF501/RBD-Fc (n = 3)或铝佐剂/RBD-Fc (n = 3)疫苗接种诱导的针对假病毒BA.2.2(A)，BA.2.9(B)，BA.2.12.1(C)，BA.5(D)，BA.2.75(E)，BF.7(F)，BQ.1.1(G)，而XBB(H).1:50被定义为检测极限。所示数据为平均值SEM。使用双向ANOVA进行统计分析。*P < 0.05, **P < 0.001, ***P < 0.0001. (I)在第28天和第122天收集的血清的NT50s与D614G的比较。统计分析是使用student’s t测试。ns，不显著。（J)在用CF501/RBD-Fc首次接种后第122天，NT50s与D614G和Omicron亚变异体的比较。统计分析是使用学生的t测试。*P < 0.05, **P < 0.001, ***P < 0.0001. (K)雷达图显示了在第一次接种后第28天和第122天，由CF501/RBD-Fc或铝佐剂/RBD-Fc诱导的针对奥密克戎亚变异体的nab的滴度。（L)来自结合IgG滴度和nAb滴度的相关矩阵，显示由圆圈的颜色和大小指示的皮尔逊等级相关值。星号代表P价值。*P < 0.05, **P < 0.001, ***P < 0.0001. (M–O)第28天抗血清的中和活性(M), 122 (N)，以及191(O)对抗正宗Omicron BA.2.2感染。（P)免疫荧光测定显示在第一次接种后第122天和第191天用抗血清处理的细胞中新型冠状病毒N蛋白的表达。比例尺，150 μm

有趣的是，我们发现尽管第三次免疫没有引起针对D614G的NT50增加(图2I)，它确实显著增加了bnAbs对抗Omicron亚变异体的效价。在三次免疫后，相对于D614G，观察到血清对BA.2.2、BA.2.9、BA.5、BA.2.75和BF.7的中和活性下降了0.9-4.7倍(图2J)。虽然CF501/RBD-Fc疫苗组中的nab的滴度相对于BA.2.12.1、BQ.1.1和XBB分别降低了约6.4倍、26.9倍和22.5倍，但在三次免疫后(图2J)，他们的降低倍数低于之前报道的接受mRNA疫苗的个体(66-155倍)4)。

在这些Omicron亚变异体中，XBB和BQ.1.1表现出对nAbs最强的规避(图2K)，然而CF501/RBD-Fc组的猕猴抗血清在三次免疫后仍保持对所有这些变体的活性(图2K)。为了评估特异于这些染色体亚变异体的中和抗体和结合抗体之间的关系，我们通过成对比较来关联个体参数。如所示图2L在任何两个参数之间观察到强相关性(r: 0.74到0.97；P < 0.001)。

结果显示，在第一次免疫后的第28、122和191天，CF501/RBD-Fc组中的血清可有效中和真实的BA.2.2感染，其NT50分别为3，213、26，560和13，966，比相应的铝佐剂/RBD-Fc组中的血清高约7、35和78倍(图2M–O)。免疫荧光试验进一步证明，CF501/RBD-Fc血清能有效抑制BA.2.2(图2P)。

讨论

我们的数据表明，CF501/RBD-Fc可以引发针对原始Omicron变异体及其亚变异体的有效和持久的bnAbs。虽然这些亚变异体的RBD携带许多突变，导致铝佐剂/RBD-Fc和第一代新冠肺炎疫苗的低效力或无效，但我们的结果表明，原始新型冠状病毒毒株的RBD与奥密克戎亚变异体的那些具有保守的表位，这可以引发交叉中和抗体反应，该反应可以被新型佐剂CF501显著增强。

总的来说，我们的数据支持“不可改变对抗可改变”的策略对于开发针对萨克病毒的泛萨克病毒疫苗是可行的，包括新型冠状病毒奥米克龙亚变异体、BQ.1.1和XBB。考虑到加强免疫在产生bnAb应答中起重要作用，我们建议用CF501代替第一代新冠肺炎亚单位疫苗中的佐剂，并将其用于加强免疫，这可能显著增强针对新型冠状病毒及其当前和未来变体的免疫应答。

Liu Z, Zhou J, Wang X, Xu W, Teng Z, Chen H, Chen M, Zhang G, Wang Y, Huang J, Wang Q, Jiang S, Lu L. A pan-sarbecovirus vaccine based on RBD of SARS-CoV-2 original strain elicits potent neutralizing antibodies against XBB in non-human primates. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 Mar 14;120(11):e2221713120. doi: 10.1073/pnas.2221713120. Epub 2023 Mar 10. PMID: 36897979.

References

1

Y. Cao et al., Imprinted SARS-CoV-2 humoral immunity induces convergent Omicron RBD evolution. Nature 614, 521–529 (2023).

PubMed

Google Scholar

2

A. Tuekprakhon et al., Antibody escape of SARS-CoV-2 Omicron BA.4 and BA.5 from vaccine and BA.1 serum. Cell 185, 2422–2433.e13 (2022).

Go to reference

Crossref

PubMed

Google Scholar

3

X. Xie et al., Neutralization of SARS-CoV-2 Omicron sublineages by 4 doses of the original mRNA vaccine. Cell Rep. 41, 111729 (2022).

Go to reference

Crossref

PubMed

Google Scholar

4

Q. Wang et al., Alarming antibody evasion properties of rising SARS-CoV-2 BQ and XBB subvariants. Cell 186, 279–286.e8 (2022).

Crossref

PubMed

Google Scholar

5

C. Kurhade et al., Low neutralization of SARS-CoV-2 Omicron BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1 by parental mRNA vaccine or a BA.5-bivalent booster. Nat. Med.29, 344–347 (2023).

Go to reference

Crossref

PubMed

Google Scholar

6

M. Cox et al., SARS-CoV-2 variant evasion of monoclonal antibodies based on in vitro studies. Nat. Rev. Microbiol. 21, 112–124 (2023), https://doi.org/10.1038/s41579-022-00809-7.

Go to reference

PubMed

Google Scholar

7

Z. Liu et al., A novel STING agonist-adjuvanted pan-sarbecovirus vaccine elicits potent and durable neutralizing antibody and T cell responses in mice, rabbits and NHPs. Cell Res. 32, 269–287 (2022).

Crossref

PubMed

Google Scholar

8

Z. Liu et al., A pan-sarbecovirus vaccine induces highly potent and durable neutralizing antibody responses in non-human primates against SARS-CoV-2 Omicron variant. Cell Res. 32, 495–497 (2022).

Go to reference

Crossref

PubMed

Google Scholar