PNAS打破传统 | 跳出 "多价叠加" 老路，新冠抗原几何重构设计新型泛冠状病毒疫苗

自新冠疫情暴发以来，SARS-CoV-2持续通过抗原漂移产生大量变异株，免疫逃逸问题始终是疫苗研发的核心痛点。现有初代mRNA疫苗可有效预防重症，但极易受毒株突变影响，诱导的广谱中和抗体（bnAbs）占比极低，仅约1%，难以应对病毒持续变异，广谱疫苗研发成为全球防疫的关键课题。

近日发表于《PNAS》的一项题为“Engineering antigenic breadth against SARS-CoV-2 by pairing divergent RBDs within a single mRNA immunogen”的突破性研究，跳出传统疫苗研发思路，通过单分子嵌合差异化RBD抗原设计，重塑B细胞筛选机制，无需依赖高强度体细胞高频突变即可高效诱导广谱交叉免疫，为泛冠状病毒疫苗研发提供了全新的模块化设计范式。

传统广谱疫苗研发多依托嵌合刺突、马赛克抗原、序列共识设计等策略，虽能一定程度拓宽免疫广度，但存在明显短板：多数方案需搭载多抗原体系，制备工艺复杂、量产成本高，且易强化毒株特异性免疫优势，掩盖病毒保守表位的免疫激活效应，导致广谱抗体筛选效率低下。更关键的是，传统疫苗诱导的广谱免疫，大多依赖B细胞后续持续的体细胞高频突变与亲和力成熟，过程随机、耗时长且稳定性差，难以形成高效、稳定的广谱免疫记忆。

针对这一核心瓶颈，该研究团队提出了一种全新的抗原几何调控设计理念，创新性构建了单开放阅读框（ORF）编码的膜锚定串联RBD-NTD mRNA免疫原。研究设计两组对照疫苗体系：实验组为Delta与Omicron BA.2亚型差异化嵌合结构（O-Δ），对照组为双Delta同源嵌合结构（Δ-Δ），通过纳米级空间排布差异，精准调控B细胞的抗原识别与筛选路径。为消除抗原表达偏差干扰实验结果，团队对Omicron RBD进行定点突变优化，恢复其蛋白折叠稳定性与细胞膜表达效率，确保两组疫苗抗原丰度一致，保障实验严谨性。

该设计的核心创新逻辑极具巧思：在同一多肽链中紧密串联两种抗原性差异显著的RBD结构，仅病毒跨毒株保守表位能形成重复排布，而各毒株特异性突变表位仅单拷贝存在。基于B细胞受体（BCR）多价结合的亲和力优势，只有识别保守表位的B细胞能实现高效交联激活，大幅提升广谱交叉反应B细胞的筛选优先级。反观同源嵌合对照疫苗，所有表位均双倍复制，毒株特异性B细胞与广谱B细胞获得同等激活优势，无法实现保守表位的定向富集，这也是传统疫苗广谱免疫低效的核心结构原因。

小鼠模型实验结果充分验证了该设计的优越性。免疫结果显示，差异化O-Δ疫苗可同时诱导针对Delta、Omicron及2002年原始SARS-CoV毒株的强效中和抗体，相较于对照组，多毒株交叉反应B细胞频率显著提升，且全程未牺牲抗体滴度与亲和力。长效追踪实验表明，该疫苗作为加强针可稳定维持高抗体水平至免疫后400天，具备优异的免疫持久性，有效解决了传统疫苗广谱性与免疫强度不可兼得的困境。

研究通过单细胞BCR测序与多色RBD四聚体分选技术，首次揭示了两种疫苗截然不同的广谱免疫生成机制，刷新了学界对广谱抗体生成路径的认知。同源Δ-Δ疫苗诱导的广谱免疫，源于现有B细胞克隆的体细胞高频突变与亲和力成熟，交叉反应B细胞与毒株特异性B细胞存在大量克隆重叠，突变负荷高、特异性杂乱，广谱性是后天迭代成熟的被动结果。

而创新O-Δ疫苗可直接招募生殖系偏向的全新广谱B细胞克隆，这类细胞与毒株特异性B细胞谱系完全独立，体细胞突变负荷极低，无需长期迭代成熟即可精准识别多毒株保守表位，实现了广谱免疫从“随机成熟”到“定向筛选”的质变。转录组分析进一步证实，O-Δ疫苗诱导的广谱B细胞更早进入记忆细胞分化状态，可快速构建稳定的广谱免疫记忆库，为长效防护奠定基础。

研究还通过对照实验与分子建模验证了抗原空间 proximity效应的关键作用。将两种单一流RBD疫苗混合递送、或拉大串联RBD的空间间距后，广谱B细胞富集效应完全消失，证明只有单分子内紧密嵌合的差异化RBD结构，才能实现BCR的双价同步结合，触发特异性广谱筛选信号，明确了抗原几何结构是该技术的核心要素。

相较于传统广谱疫苗方案，该创新设计优势显著：单ORF模块化结构精简、制备便捷，适配大规模量产；依托天然保守表位筛选，规避免疫显性偏差；低突变生殖系B细胞激活路径，大幅提升广谱免疫生成效率。同时，该设计有效规避了免疫印迹弊端，可在已有免疫基础上诱导全新广谱应答，为变异株常态化防控提供长效解决方案。

综上，这项2026年PNAS重磅研究，跳出了“多价抗原叠加”的传统研发思维，确立了抗原空间几何调控的全新疫苗设计原理，阐明了不依赖高体细胞突变的广谱免疫生成新机制。该模块化平台不仅适用于新冠病毒变异株防控，更为各类高变异RNA病毒的广谱疫苗研发提供了通用范式，为下一代泛冠状病毒疫苗的迭代升级开辟了全新路径。

参考文献：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2602574123

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