近日，我院魏霞蔚/逯光文/宋相容团队联合中国医学科学院&北京协和医学院鲁帅尧团队在Nature Communications (IF：17.694)发表研究论文Cationic crosslinked carbon dot-adjuvanted intranasal vaccine induced protective immunity against Omicron-included SARS-CoV-2 variants。该研究制备了阳离子交联碳点和三聚体RBD-HR新冠抗原的新型鼻喷疫苗，并在多种动物模型中评价了其免疫保护作用，解析了新型佐剂阳离子碳点对黏膜免疫激活和对抗原递逞细胞的作用机制。
本文第一作者为我院生物治疗研究中心专职博士后雷红、杨静云，重症医学研究室博士后何西和肿瘤生物治疗科博士生阿卢阿取。我院衰老及老年病机制研究室魏霞蔚研究员、生物治疗国家重点实验室/急诊科逯光文教授、重症医学研究室宋相容研究员以及中国医学科学院&北京协和医学院鲁帅尧教授为共同通讯作者。
自2019年12月以来，新型冠状病毒SARS-CoV-2已在全球范围内迅速传播，并导致新型冠状病毒病COVID-19大流行。随后出现的Omicron变异株成为全球主导菌株，严重损害了现有疫苗的功效，因为受体结合域（RBD）中的突变赋予关切变异株（VOC）较强的免疫逃逸能力。因此，需要开发能够提供强效和广泛性保护免疫的下一代疫苗。鼻喷疫苗可有效诱导原位黏膜免疫和系统性免疫反应，阻止SARS-CoV-2等病毒在呼吸系统传播和感染。然而，目前缺乏有效和安全的鼻喷疫苗佐剂，限制了新冠鼻喷疫苗的开发。
图1 鼻喷CCD/RBD-HR疫苗诱导免疫应答的机制
该研究通过开环反应连接阳离子聚合物和碳点（Carbon dot, CD）合成了阳离子交联碳点（cationic CD, CCD），用作鼻喷疫苗的佐剂。在抗原选择上，该团队通过串联含有L452R和T478K变异位点的受体结合域（RBD）序列和新冠病毒S2亚基上的七肽重复域（HR1、HR2）序列，成功表达了RBD-HR，该蛋白能自组装形成三聚体结构。RBD-HR新冠抗原和佐剂可通过电荷作用形成稳定的纳米颗粒，在鼻喷疫苗免疫过程中保护RBD-HR抗原免受鼻腔内酶降解。CCD/RBD-HR的质量比为10：1时，抗原包封率达到约100%。
研究发现CCD为佐剂、RBD-HR为抗原的新冠鼻喷疫苗（CCD/RBD-HR）可产生针对包括Omicron在内的SARS-CoV-2各种变异株的强效、广泛和长久的保护性免疫反应，可有效地在小鼠和兔子体内诱导抗原特异性IgG抗体，对WT、Alpha、Beta、Delta和Omicron谱系的各种突变株具有中和活性。在气道和循环系统中检测到高水平IgA滴度，激活黏膜免疫。在小鼠的直接攻毒试验中，针对Omicron变异株展现出了优异的保护作用，并且有效激活生发中心B细胞（GCB）和滤泡辅助性T细胞（Tfh）等。
研究团队进一步揭示了CCD作为佐剂可有效激活专业抗原呈递细胞—树突状细胞（DC）。同时，还发现了CCD佐剂激活鼻粘膜上皮细胞（NEC）对抗原的处理和呈递。以CCD/RBD-HR免疫后诱导NEC的CD40，CD80，CD86和MHC II表达升高，并且CCD/RBD-HR预先刺激的NEC可有效地将抗原呈递到T细胞，此现象可以通过针对MHC II的特异性抗体消除。此外，CCD作为佐剂，促进抗原在黏膜表面的驻留时间和对抗原的摄取，其中唾液酸（Neu5Ac）具有重要作用。
该研究揭示了CCD是一种很有前途的鼻喷疫苗佐剂，可有效激发黏膜免疫，与RBD-HR组成的鼻喷新冠疫苗，可在小鼠体内诱导高水平的中和抗体，并保护免疫小鼠免受Omicron感染。CCD有潜力做为多种感染性疾病（包括COVID-19）鼻喷疫苗研发的候选佐剂。
