DNA折纸疫苗项目：以抗原为核心的生发中心

《SCIENCE》：DNA origami vaccines program antigen-focused germinal centers

本研究利用DNA折纸技术构建病毒样颗粒（DNA-VLPs），通过多价展示HIV envelope蛋白eOD-GT8并整合合成T细胞表位，减少蛋白纳米颗粒引发的非特异性免疫反应。实验表明，DNA-VLPs能有效扩增稀有bnAb前体B细胞，其germline靶向特性促使抗原特异性germinal center（GC）反应占比显著高于蛋白纳米颗粒，且单次免疫即可激活此类稀有细胞，为HIV疫苗开发提供新策略。

　　

编辑总结

能够诱导产生广谱中和抗体（bnAbs）的疫苗有助于提供针对同一病毒多种毒株的免疫力。一种增强产生bnAbs的稀有B细胞的方法是使用携带大量相同抗原分子的疫苗进行接种；然而，蛋白质支架也可能引发免疫反应。Romanov等人利用DNA折纸技术制备了类病毒颗粒（DNA-VLPs），并优化了HIV抗原与合成T细胞表位的多价展示方式（详见Bannard和Howarth的观点文章）。与蛋白质纳米颗粒疫苗相比，DNA-VLP疫苗仅引发了有限的非特异性B细胞反应，但显著增强了产生bnAbs的抗原特异性B细胞的数量。——Sarah H. Ross

结构化摘要

引言

产生广谱中和抗体（bnAbs）是HIV疫苗设计的关键目标，但编码bnAbs的基因前体在人类免疫库中属于免疫亚优势群体且数量稀少，这使得在初次接种中难以有效扩增这些细胞。在蛋白质纳米颗粒上展示多价基因靶标免疫原是一种已被广泛认可的方法，可用于增强疫苗诱导的B细胞反应。然而，这些纳米颗粒支架本身也可能成为抗体反应的目标。目前尚不清楚抗支架反应是否以及会在多大程度上限制针对所需bnAb表位的稀有B细胞的扩增。

研究背景

DNA折纸技术提供了一种免疫惰性的疫苗支架，同时允许对生物分子的展示进行精确调控。我们假设对DNA的免疫耐受性可能使这些颗粒能够用于研究抗支架反应对表位特异性免疫反应发展的影响。因此，我们优化了基于DNA折纸技术的类病毒颗粒（DNA-VLPs）的设计，这些颗粒展示了针对HIV包膜蛋白的基因靶标免疫原——eOD-GT8，并将其与展示相同抗原的蛋白质纳米颗粒支架进行了对比。

结果

研究发现，要在小鼠体内引发强烈的生发中心（GC）反应，DNA-VLPs需要在颗粒表面高密度地展示抗原，这会激活补体系统，并使颗粒在接种后被B细胞滤泡捕获。此外，优化后的DNA-VLPs还需结合合成T细胞表位，以确保疫苗能够获得足够的T细胞辅助。与同样大小和抗原价态的临床最先进蛋白质纳米颗粒（eOD-GT8 60mer）相比，这些经过合理设计的DNA-VLPs使抗原特异性GC B细胞的数量增加了三倍。在含有生理相关频率前体B细胞的人源化小鼠模型中，DNA-VLPs显著增强了表位特异性GC B细胞的反应，而蛋白质纳米颗粒则同时诱导了表位特异性和支架特异性B细胞的产生。此外，单次接种DNA-VLPs即可有效激活并扩增GC中的稀有bnAb前体细胞，而蛋白质纳米颗粒在早期未能实现这一效果。

结论

能够展示抗原的DNA-VLPs可以被设计成能够在B细胞滤泡中积累，并在体内引发强烈的、以抗原为导向的GC反应。经过优化的DNA-VLPs相比展示相同抗原的蛋白质VLPs，产生了更少的支架特异性B细胞，且在单次接种后促进了亚优势广谱中和前体B细胞的扩增。

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DNA-VLPs的原子模型。

优化后的DNA-VLP（粉色）分子模型，展示了60个eOD-GT8-PADRE（金色；PADRE为泛HLA DR结合表位）分子。

摘要

在生发中心（GCs）中激活稀有的亚优势前体B细胞是生成针对HIV的广谱中和抗体（bnAbs）的核心目标。在蛋白质纳米颗粒支架上展示多价免疫原可以促进此类反应，但同时也可能产生支架特异性B细胞，从而理论上限制bnAb前体的扩增。我们设计了基于DNA折纸技术的类病毒颗粒（DNA-VLPs），这些颗粒展示了针对HIV包膜蛋白的基因靶标免疫原，且未引发任何支架特异性抗体反应。与最先进的临床蛋白质纳米颗粒相比，这些DNA-VLPs在人源化小鼠模型中增强了表位特异性GC B细胞的扩增，同时减少了非目标B细胞的产生。因此，减少非目标反应有助于提高bnAb的生成效果，表明DNA-VLPs是一个有前景的疫苗平台。