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检测新冠疫苗抗体滴度,S蛋白怎么选?信噪比告诉你!

2020-11-09 19:45    浏览量:294

近期北半球的新冠疫情持续加重,全球累计确诊病例和死亡人数不断攀升,人们都在热切期盼新冠疫苗的批准问世,为人类抗击新冠病毒提供强有力的武器。目前多款新冠疫苗的临床实验正在快速推进,其中我国研发的灭活疫苗处于第一梯队,并已在浙江等地区启动重点对象的接种。


除灭活疫苗外,我国及其他国家开发的部分病毒载体疫苗、基因亚单位疫苗以及核酸疫苗也进入临床II期及III期试验阶段。因为新冠病毒的刺突蛋白在病毒识别宿主细胞及与宿主细胞膜融合过程中发挥重要作用,是预防和治疗新冠肺炎的重要靶点,因此大部分非灭活疫苗均选择使用新冠病毒的刺突蛋白作为抗原,激发机体产生保护性的中和抗体。目前这些疫苗中进展较快的包括莫德纳、辉瑞、CureVac的mRNA疫苗,强生、阿斯利康、康希诺和Gamaieya的腺病毒载体疫苗, 以及Novavax的重组蛋白疫苗。


在这些疫苗中,阿斯利康、康希诺、CureVac和Gamaieya的疫苗使用野生型S蛋白,而莫德纳、辉瑞、强生和Novavax使用的S-2P蛋白。S-2P蛋白是对野生型S蛋白的S2亚基上两个氨基酸进行了脯氨酸突变,这种基于蛋白结构分析的改造能够使S蛋白的构象更加稳定,使得大部分S蛋白都处于Prefusion的三聚体构象状态,有利于激发机体更强的免疫反应(图1)。



图1. 靶向S蛋白开发的新冠疫苗


在疫苗的临床前及临床研究中,会对疫苗的免疫原性进行评价,其中抗体滴度可以反映疫苗激发体液免疫反应的情况。在上述新冠疫苗已经发表的研究中,康希诺使用S蛋白来检测血清中的抗体滴度,而莫德纳和阿斯利康均使用S-2P蛋白来进行检测[1,2,3]值得注意的是,阿斯利康开发的疫苗使用的是S蛋白,但是在检测抗体滴度时使用的是S-2P蛋白。


近期科研人员发现在S-2P的基础上,再将S2亚基的4个氨基酸突变为脯氨酸(S-6P),可更好地稳定S蛋白的Prefusion状态,且S蛋白的稳定性显著增强,显示出比S-2P更好的效果(图2)。


图2. S-6P突变位点示意图

研究人员对利用S-2P与S-6P检测新冠康复患者血清中抗体滴度的结果进行了比较,发现两者的差别很小,说明S-2P与S-6P在检测抗体滴度中的表现类似(图3)[4]


图3. S-6P蛋白与S-2P蛋白检测抗体滴度结果比较


S-2P or S-6P?用信噪比说话

ACROBiosystems根据文献报道生产开发出一系列三聚体S蛋白(S-6P)产品,并分别将S-6P蛋白(货号:SPN-C52H9)和内部开发的S蛋白,S-2P蛋白以及其它公司S蛋白用于康复病人血清抗体滴度的检测,发现这四种S蛋白对同一血清样本中抗体滴度水平检测结果相近(图4)。

图4 S-6P蛋白,S-2P蛋白与S蛋白检测抗体滴度水平对比


在检测抗体滴度时,更高的信噪比有利于及时、准确测定血清抗体滴度。我们比较了上述4种S蛋白在检测10个康复病人血清样本的抗体滴度时信噪比的差异,结果发现,S-6P的信噪比显著高于S蛋白,S-2P以及其它公司的S蛋白,说明S-6P更适合于进行血清样本的抗体滴度检测,能在注射疫苗后的早期从血清种检测出抗体滴度水平,有利于疫苗的免疫原性评价(图5)。

图5. S-6P蛋白,S-2P蛋白与S蛋白检测抗体滴度信噪比的对比分析





验证数据

三聚体S蛋白的纯度、分子量和聚体形式经SDS-PAGE、SEC-MALS和负染电镜技术验证。


Fig 1. The purity of SARS-CoV-2 S protein, His Tag, Super stable trimer (MALS & NS-EM verified) (Cat. No. SPN-C52H9) was more than 90% verified by SDS-PAGE under reducing (R) condition. The molecular weight was around 550-660 kDa confirmed by SEC-MALS. The particles are similar in size and appearance to SARS-CoV-2 trimers reported in published literature verified by negative stain electron micrography.

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ELISA验证,三聚体S蛋白与ACE2蛋白结合活性强

Fig 2.  Immobilized Human ACE2, Fc Tag (Cat. No. AC2-H5257) at 2 μg/mL (100 μL/well) can bind SARS-CoV-2 S protein, His Tag, Super stable trimer (MALS & NS-EM verified) (Cat. No. SPN-C52H9) with a linear range of 0.5-16 ng/mL.

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ELISA验证,三聚体S蛋白与新冠病毒抗体结合活性强

Fig 3. Immobilized Anti-SARS-CoV-2 Neutralizing Antibody, Human IgG1 (Cat. No. SAD-S35) at 1 μg/mL (100 μL/well) can bind SARS-CoV-2 S protein (R683A, R685A), His Tag, Super stable trimer (Cat. No. SPN-C52H9) with a linear range of 0.5-16 ng/mL.

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参考文献:

1. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation

2. Tectonic conformational changes of a coronavirus spike glycoprotein promote membrane fusion

3. Standardization of enzyme-linked immunosorbent assays for serosurveys of the SARS-CoV-2 pandemic using clinical and at-home blood sampling

4. An mRNA Vaccine against SARS-CoV-2 — Preliminary Report

5. A neutralizing human antibody binds to the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2

6. Structure-based design of prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spikes

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