科研进展

实验室赵金存团队与英国肺部疾病基因治疗联盟合作:利用复制缺陷型新型慢病毒载体递送新冠中和抗体对老年或免疫缺陷小鼠实现长效保...

2022-03-25420

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的COVID-19大流行(pandemic)仍然在全球范围内肆虐。有效的抗病毒药物和疫苗 (灭活,重组,mRNA,腺病毒载体等多种技术路线)先后获审批并正在积极广泛接种,但现有临床统计数据表明传统疫苗因依赖于接种个体的免疫系统来产生抗原特异性免疫,不同人群尤其是老年人和免疫功能低下人群对现有疫苗方案反应程度不同,甚至难以产生保护性免疫(血清中和抗体滴度未达保护浓度)对抗病毒感染。抗体治疗作为针对新冠患者的有效应急治疗和紧急预防手段,现已有多个多克隆抗体被FDA先后审批用于患者的治疗,然而抗体在体内半衰期短和组织渗透性局限,无法在体内长久表达,且抗体的生产周期长,纯化工艺成本高,多次注射提高治疗成本,严重的限制了单克隆抗体的临床实际应用。

基因治疗正在蓬勃发展并逐渐成熟,已有300多个基因治疗产品已上市或在研,其中病毒载体(主要包括慢病毒、腺病毒、逆转录病毒、腺相关病毒等)因具有体内表达外源基因时间长,宿主细胞广泛等优势在全世界范围内基因治疗和疫苗研究中得到了广泛应用。

2022年3月18日,实验室赵金存团队与英国肺部疾病联盟牛津大学医学院临床医学系Deborah Gill教授团队在Frontiers in Immunology-Vaccine and Molecular Therapeutics合作发表了一项题为“Intranasal Lentiviral Vector Mediated Antibody Delivery Confers Reduction of SARS-CoV-2 Infection in elderly and immunocompromised Mice”的研究(图1)。该概念验证研究利用新型复制缺陷型慢病毒载体rSIV.F/HN技术平台,成功开发了第一款针对于老年人和免疫缺陷人群的新冠免疫预防方案(vectored-immunoprophylaxis),并且证明了其长效的保护效力,单次给药180天后仍可对新冠病毒感染提供有效保护。

与传统疫苗不同,团队技术策略是使用对肺部具有高亲和力的病毒载体进行滴鼻递送抗体基因以介导免疫预防效果,所携带的基因序列可直接在肺部细胞中合成单克隆抗体,分泌到局部环境并最终进行全身循环。实验结果证明无论是健康,还是老年及免疫缺陷小鼠,此策略都能产生高效长久的抗病毒效果。此基于病毒载体免疫预防方案对免疫缺陷衰老的个体(尤其是对传统疫苗反应能力差的个体)提供了预防SARS-CoV-2及其他呼吸道病毒感染的新思路。

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图1. Frontiers in Immunology官网论文首页


赵金存教授团队首先成功从新冠感染康复期患者PBMC中筛选出广谱高效的中和抗体NC0321,该抗体具有中和新冠病毒多个变异株能力,包括野生型及Alpha、Beta、Delta、Eta等突变株;同时基于构建的腺病毒转导小鼠动物模型1,验证了NC0321抗体可以有效预防和治疗小鼠免受SARS-CoV-2感染,具有临床应用潜力(图2)。

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图2. NC0321抗体体内外中和能力检测


Deborah Gill教授团队开发了一种基于猿免疫缺陷病毒(SIV)的新型复制缺陷重组慢病毒载体rSIV.F/HN,通过单次滴鼻注射或吸入方式即可实现肺脏细胞精准递送和基因转移效率,并且具有重复给药的能力2。利用前期建立成熟的rSIV.F/HN载体悬浮生产与纯化工艺,团队制备生产出携带NC0321抗体基因或工程化改造的基因片段的高滴度rSIV.F/HN载体。小鼠实验结果表明,单次鼻内rSIV.F/HN基因递送平台表达NC0321抗体,通过活体成像观察,相比于实验组的健康小鼠,实验组的老年小鼠和免疫缺陷小鼠均可以有效阻止鼠SARS-CoV-2适应株模拟物(假病毒模型)肺部感染(荧光显示,图3A),并且没有性别差异。实验终点确认各组小鼠血清和肺部中均有高浓度的NC0321抗体表达并且组间无差异(图3B)。

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图3. 假病毒方法检测体内NC0321作用


并且rSIV.F/HN-NC0321滴鼻转导后的小鼠在免疫预防的第30天和第180天分别进行SARS-CoV-2活毒感染,与对照组腺病毒表达hACE2小鼠相比,实验组小鼠肺部病毒滴度均显著降低(图4)。这些结果表明,rSIV.F/HN所携带的具有生物活性的单克隆抗体基因可以预防不同健康年龄状态小鼠对抗病毒感染,并且具有长效保护的作用。

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图4.递送 rSIV.F/HN-NC0321可以有效预防SARS-CoV-2感染


老年人和免疫缺陷者这类弱势个体由于自身免疫应答较弱或缺陷,疫苗免疫效果往往偏低或无法诱导有效抗体,本研究中利用鼻内递送表达具有生物活性的中和抗体的复制缺陷型重组慢病毒rSIV.F/HN可实现长期高效表达中和抗体,对这类人群具有提供长效保护的潜力,对填补防疫漏洞有一定的指导意义,未来拟在通过鼻喷雾剂形式提供,以保护接受者免受新冠或者其他呼吸道疾病(如流感,合胞病毒等)的侵害。相较于抗体治疗的有效期窗口短,本研究利用重组慢病毒载体可实现长效表达,大大提高中和抗体的有效期和使用效率,保护时效和疫苗的保护效果相似,并且可以根据病毒变种替换抗体序列(或者多个抗体的鸡尾酒策略)且可重复给药,此策略针对于暴露于病毒环境的临床一线医护人员和免疫脆弱人群实施预防具有重要借鉴。

实验室赵金存教授、王延群教授,和英国呼吸疾病基因治疗联盟3牛津大学Stephen C. Hyde教授和Deborah R. Gill教授为论文共同通讯作者。牛津大学临床科学医学部的杜越博士为论文第一作者,实验室张胜男博士、张昭勇博士及牛津大学医学部Kamran Miah博士等为论文的共同第一作者。


1.Sun, J. et al. Generation of a Broadly Useful Model for COVID-19 Pathogenesis, Vaccination, and Treatment. Cell 182, 734-743.e735, doi:10.1016/j.cell.2020.06.010 (2020).

2.https://www.respiratorygenetherapy.org.uk/copy-of-news202101

3.https://www.respiratorygenetherapy.org.uk/