Science丨DNA折紙疫苗實現“精準免疫”，突破HIV廣譜抗體研發瓶頸

撰文丨亦

生成廣譜中和抗體（ broadly neutralizing antibodies ，bnAbs）是 HIV 疫苗設計的核心目標【1】，但胚系編碼的 bnAb 前體在人類免疫庫中免疫顯性弱且數量稀少，難以通過初次疫苗接種穩定擴增【2，3】。目前常用多價抗原展示于蛋白質納米顆粒的策略雖能增強 B 細胞應答，但支架蛋白自身會引發抗體反應，其是否干擾稀有 bnAb 前體擴增尚不明確【4】。

為解決蛋白質支架可能引發的“抗支架反應”對目標表位特異性 B 細胞的競爭抑制，本研究利用 DNA 折紙技術構建免疫惰性支架，通過精確展示抗原，探究支架特異性應答對 bnAb 前體擴增的影響。近日，麻省理工學院生物工程系Darrell J. Irvine團隊與Mark Bathe團隊合作，共同在 Science 上發表了題為

DNA origami vaccines program antigen-focused germinal centers

為了測試 DNA-VLPs 是否能夠有效展示并遞送 HIV 胚 系靶向 抗原 eOD-GT8 ，研究團隊合成 了直徑約 40 nm 的二十面體 DNA-VLPs （ d40-30mer ），并在其表面通過化學 偶 聯展示了 30 個 eOD-GT8 抗原。結果發現，功能化后的顆粒保持了結構完整性，并能有效激活表達胚系 VRC01 BCR 的 B 細胞（通過鈣信號檢測），而可溶性 eOD-GT8 單體則不能。 為了評估 DNA-VLPs 在體內引發免疫反應的能力 ，研究人員用 d40-30mer 對小鼠進行初次 - 加強免疫。結果發現，初次免疫后抗體反應較弱，但加強免疫后， DNA-VLPs 誘導的抗體滴度比 eOD-GT8 單體高約 1 個數量級。同時，未檢測到針對 DNA 支架的抗體反應。然而， 單次免疫后， d40-30mer 未能顯著增加生發中心 B 細胞或 T FH （ T follicular helper ）細胞的數量，表明其作為初次免疫原效果不理想 。

為探究 d40-30mer 啟動 GC 反應能力弱的原因 ，研究比較了其與蛋白納米顆粒 p60mer 在淋巴結中的分布。結果顯示， d40-30mer 主要滯留在淋巴結的被膜下竇和 髓竇 巨噬細胞區域，而 p60mer 則能通過凝集素途徑激活補體，進而被濾泡樹突狀細胞捕獲并長期滯留于濾泡中。體外實驗證實， d40-30mer 與甘露糖結合凝集素（ Mannose-binding lectin ， MBL ）和補體蛋白 C3 的結合能力顯著低于 p60mer 。 基于補體激活依賴于抗原密度的假設 ，研究團隊設計了一系列不同尺寸和抗原拷貝數（ 30 或 60 個）的 DNA-VLPs 。結果顯示，抗原密度最高的 d30-60mer 在體外與 MBL/C3 的結合最強，在體內也能被濾泡樹突狀細胞（ Follicular dendritic cells ， FDCs ）捕獲。 免疫后， d30-60mer 引發了比 eOD 單體高約 15 倍的抗原特異性 GC B 細胞頻率，且效果是 p60mer 的約 3 倍，表明高抗原密度是驅動 DNA-VLPs 靶向濾泡并擴增抗原特異性 B 細胞的關鍵 。

由于 DNA-VLPs 本身不提供 T 細胞表位 ，研究者將通用輔助 T 細胞表位 PADRE 融合到 eOD-GT8 的 C 端。結果顯示， d30-60mer-PADRE 顯著增強了早期抗 eOD 抗體反應，并增加了 GC B 細胞和 Tfh 細胞的頻率。雖然其引發的 GC 總體規模仍小于 p60mer ，但其中抗原特 異性 GC B 細胞的頻率和總數均顯著高于 p60mer ，說明 引入合成 T 細胞幫助可優化 DNA-VLPs 引發的 GC 反應 。

為了在更接近人類的生理背景下評估 DNA-VLPs 能否避免支架競爭并實現 “ 免疫聚焦 ” ，研究使用人源化 VH1-2 小鼠模型進行免疫。結果顯示， DNA-VLP （ d30-60mer-PADRE ）引發的 GC 中，近 60% 的 GC B 細胞是 CD4bs 表位特異性的 。 而 p60mer 引發的 GC 中，同時存在大量（約 13% ）支架特異性 B 細胞，其表位特異性 B 細胞僅占約 20% 。 DNA-VLP 免疫將表位特異性與脫靶 B 細胞的比例提高了 25 倍 。 通過 BCR 測序分析免疫后 GC B 細胞的克隆組成，研究發現，與 p60mer 相比， DNA-VLP 免疫能更有效地富集具有 VRC01 類 bnAb 前體特征的 B 細胞克隆（如攜帶關鍵 CDRL3 基序 CQQYXX ）。這些前體細胞在 DNA-VLP 組中出現的頻率更高， 且更多 克隆攜帶 5 個氨基酸長度的 CDRL3 ，這與天然 bnAb 的結構特征更接近，表明 DNA-VLPs 在啟動稀有 bnAb 譜系方面更具優勢 。

DNA-VLPs 的原子模型

（粉色：優化的 DNA-VLP 的分子模型，展示了 60 個 eOD-GT8-PADRE 拷貝。金色： PADRE ，泛 HLA DR 結合表位）

綜上，該文章展示了 通過合理設計的 DNA-VLPs 能夠作為一種免疫惰性、抗原展示精準的疫苗平臺，在體內有效靶向 B 細胞濾泡并引發強烈且高度抗原聚焦的生發中心反應。與傳統的蛋白質納米顆粒相比， DNA-VLPs 成功避免了支架特異性抗體反應的產生，從而顯著減少了生發中心內競爭性 B 細胞的干擾，使得稀有、低免疫顯性的廣泛中和抗體前體 B 細胞在單次免疫后得以高效擴增與富集 。對疫苗設計領域具有重要推進意義，尤其為針對 HIV 等難治性病原體的廣譜中和抗體疫苗研發提供了新策略。

https://doi.org/10.1126/science.adx6291

制版人： 十一

參考文獻

1. B. F. Haynes et al., Strategies for HIV-1 vaccines that induce broadly neutralizing antibodies.Nat. Rev. Immunol.23, 142–158 (2023). doi: 10.1038/s41577-022-00753- w;pmid : 35962033 .

2. R. K. Abbott, S. Crotty, Factors in B cell competition and immunodominance.Immunol. Rev. 296, 120–131 (2020). doi: 10.1111/imr.12861; pmid: 32483855 .

3. J. G. Jardine et al., HIV-1 broadly neutralizing antibody precursor B cells revealed by germline-targeting immunogen.Science351, 1458–1463 (2016). doi: 10.1126/ science.aad 9195; pmid: 27013733 .

4. G. D. Victora, M. C. Nussenzweig, Germinal centers.Annu. Rev. Immunol.40, 413–442 (2022). doi: 10.1146/annurev-immunol-120419-022408; pmid: 35113731 .

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