近日，中国工程院院士张改平院士团队在权威杂志Plant Biotechnology Journal（SCI影响因子13.8）发表了题“Rice-produced classical swine fever virus glycoprotein E2 with herringbone-dimer design to enhance immune responses”的研究论文。该研究论文以水稻胚乳表达经典猪瘟病毒E2为例，描述了一种简单、高效的疫苗设计策略。通过水稻表达“人字形”E2二聚体（ht-rE2 dimer），阐明水稻表达系统具备精准表达体外设计蛋白的潜力。其表达E2二聚体具有病毒囊膜蛋白的天然构象和高效的抗原活性，同时具备安全性、易于大规模生产和低成本的特点。本研究为水稻生产动物疫苗的分子设计提供理论依据。
黄病毒科瘟病毒属的病毒严重危害全球动物健康，造成巨大的经济损失。经典猪瘟病毒（CSFV）是第一个被报道的由瘟病毒引起的病原体，CSFV属于单股正链RNA囊膜病毒。目前批准的CSFV疫苗大多是减毒活疫苗，该疫苗的安全性、长期保护作用及CSFV净化等问题仍有待解决，而大多数商品化亚单位疫苗免疫应答水平较低，需要大剂量和多次注射，这可能导致浪费动物的免疫潜力，且存在潜在的副作用。因此，迫切需要开发一种安全、高效、低剂量和稳定性高的疫苗。
本研究提出了一种简单高效的二聚体疫苗设计策略，并以CSFV E2为例验证疫苗设计的可行性 （图1）。通过水稻胚乳表达ht-rE2 dimer，并在小鼠，兔子和猪的动物实验中验证疫苗的免疫应答水平和疫苗效力。结果显示，接种两次284 ng ht-rE2 dimer疫苗或一次接种 5.12 μg ht-rE2 dimer疫苗均可有效保护实验动物猪免受病毒攻击。值得注意的是，低剂量284 ng ht-rE2 dimer疫苗免疫诱导产生的中和抗体滴度是减毒活疫苗的32倍，且E2特异性抗体的免疫持续期长达180天以上。进一步研究表明，该疫苗诱导的免疫应答不受动物母源抗体的影响（图2）。通过晶体结构和小角度X-线散射的方法，验证ht-rE2 dimer“人字形”二聚体排布符合预期，且该结构具有两个完全暴露的双受体结合域（图3）。由于瘟病毒与HCV在结构和功能上有许多相似之处，因此瘟病毒常被用作HCV的替代模型被广泛研究。综上所述，该研究为HCV和其他黄病毒科病毒疫苗的设计提供理论基础，同时论证了水稻生产平台在获得绿色健康药物中具有良好的应用前景。
图1. 水稻源“人字形”二聚体ht-rE2 dimer的设计和表达
图2. 水稻源ht-rE2 dimer疫苗诱导猪产生体液免疫应答
图3. ht-rE2 dimer二聚体晶体结构的特征
许倩茹博士和马凡舒博士为本文的共同第一作者。河南农业大学、龙湖现代免疫实验室、北京大学现代农学院张改平院士和河南农业大学动物医学院的张二芹副教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了河南省重大科技专项等项目的资助。
