CN117567571A - 一种抗新冠病毒的蛋白或mRNA疫苗及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗新冠病毒的蛋白或mRNA疫苗及其制备方法和应用。所述蛋白在如SEQ ID NO:18所示的氨基酸序列上具有一个或多个氨基酸残基的增加、缺失或替换。所述核酸编码所述的S蛋白突变体。临床前动物试验数据表明本发明的mRNA疫苗对目前新冠病毒主流变异株(variants of concern,VOC)具有良好保护效果,具有广泛的临床应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物医药领域,具体涉及一种抗新冠病毒的蛋白或mRNA疫苗及其制备方法和应用。
背景技术
冠状病毒(coronavirus,CoV)是一类有包膜的单股正链RNA病毒,宿主范围广泛,人和多种动物普遍易感,并且与许多疾病有关。已知的冠状病毒包括HCoV-OC43、HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV和/或MERS-CoV,研究表明,SARS-CoV-2病毒的基因序列(GenBank accession:MN908947)与SARS冠状病毒相比具有超过85%的序列相似度。
针对冠状病毒表面刺突蛋白抗原(S蛋白),主要研发了重组蛋白疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗、非复制型病毒载体疫苗、复制型病毒载体疫苗、多肽疫苗、病毒样颗粒疫苗、减毒疫苗和灭活疫苗。但是现有疫苗存在对细胞的转染率低,表达效率低,刺激的免疫应答弱,临床需要的剂量高的问题,一方面导致生产成本高、病人用药费用高、经济负担重,另一方面高剂量用药会引入更多的杂质,可能会导致毒副作用增大,从而增加临床风险。
采用脂质纳米颗粒(LNP)递送系统的mRNA疫苗取得了前所未有的成功。来自Moderna(mRNA-1273)和Pfizer-BioNTech(BNT162b2)的两种mRNA疫苗(编码新型冠状病毒的融合前稳定全长刺突S蛋白)目前正在广泛使用,其他几种候选mRNA疫苗正在临床试验中。然而,随着病毒的不断进化,产生了新的变体,这两种mRNA疫苗的效力正在显著减弱。因此亟待制备新型广谱的mRNA疫苗。
发明内容
为解决现有技术中缺乏有效或广谱性的预防和/或治疗SARS-CoV-2的疫苗的技术问题,本发明提供了一种抗新冠病毒的蛋白或mRNA疫苗及其制备方法和应用。
本发明技术方案的第一方面为提供一种S蛋白突变体,所述S蛋白突变体在如SEQID NO:18所示的氨基酸序列上具有一个或多个氨基酸残基的增加、缺失或替换。
本发明中,所述S蛋白突变体不包含如SEQ ID NO:6、7和18中任一所示的氨基酸序列。
在一些优选的实施例中,所述S蛋白突变体在如SEQ ID NO:18所示的氨基酸序列上包括以下一种或多种:
(i)去除了Furin蛋白酶识别位点,将RRAR突变至GSAS;
(ii)去除了C末端18个氨基酸;
(iii)所述替换包括以下的一种或多种:T19I、LPPA24S、V83A、G142D、H146Q、Q183E、V213E、G252V、G339H、R346T、L368I、S371F、S373P、S375F、T376A、D405N、R408S、K417N、N440K、V445P、G446S、N460K、S477N、T478K、E484A、F486P、F490S、Q498R、N501Y、Y505H、D614G、H655Y、N679K、P681H、N764K、D796Y、Q954H和N969K;
(iv)所述缺失为△Y144。
在一些更优选的实施例中,所述S蛋白突变体在如SEQ ID NO:18所示的氨基酸序列上包括:
(i)去除了Furin蛋白酶识别位点,将RRAR突变至GSAS;
(ii)去除了C末端18个氨基酸;
(iii)所述替换包括:T19I、LPPA24S、V83A、G142D、H146Q、Q183E、V213E、G252V、G339H、R346T、L368I、S371F、S373P、S375F、T376A、D405N、R408S、K417N、N440K、V445P、G446S、N460K、S477N、T478K、E484A、F486P、F490S、Q498R、N501Y、Y505H、D614G、H655Y、N679K、P681H、N764K、D796Y、Q954H和N969K;以及
(iv)所述缺失为△Y144。
优选地,所述S蛋白突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO:17所示;或,所述S蛋白突变体与如SEQ ID NO:17所示的氨基酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或100%的同一性,并且保留如SEQ ID NO:17所示的S蛋白突变体的功能。其具有上述同一性并保留如SEQ ID NO:17所示的S蛋白突变体的功能建立在其满足上述(i)、(ii)、(iii)和(iv)的一种或多种条件的基础上。
在一些优选的实施例中,所述S蛋白突变体还包括信号肽。
优选地,所述信号肽位于所述S蛋白突变体的N末端。
更优选地,所述信号肽的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
本发明技术方案的第二方面为提供一种S蛋白突变体的组合,所述组合包括第一突变体和第二突变体;所述第一突变体为如第一方面所述的S蛋白突变体,所述第一突变体与所述第二突变体不同。
本发明技术方案的第三方面为提供一种分离的核酸,所述核酸编码如第一方面所述的S蛋白突变体或如第二方面所述的S蛋白突变体的组合。
在一些优选的实施例中,编码所述组合的核酸中,编码第一突变体的核酸与编码第二突变体核酸包含在同一或不同的核酸分子中。
在一些优选的实施例中,所述核酸为RNA,例如mRNA。
优选地,当所述mRNA编码如第一方面所述的S蛋白突变体时,编码所述S蛋白突变体的mRNA的序列如SEQ ID NO:12-15任一所示;或,所述mRNA与如SEQ ID NO:12-15任一所示的核苷酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的同一性,并且保留如SEQ ID NO:12-15任一所示的mRNA的功能。其具有上述同一性并保留如SEQ ID NO:12-15任一所示的mRNA的功能建立在其满足上述S蛋白突变体(i)、(ii)、(iii)和(iv)的一种或多种条件的基础上。
本发明中,所述第一mRNA和所述第二mRNA在相同的mRNA链上或者不同的mRNA链上。
优选地,当所述第一mRNA和所述第二mRNA在不同的mRNA链上时,在所述第一mRNA的5’端包括5’UTR;和/或,在所述第一mRNA的3’端包括3’UTR和/或3’poly(A)。
优选地,当所述第一mRNA和所述第二mRNA在不同的mRNA链上时,在所述第二mRNA的5’端包括5’UTR;和/或,在所述第二mRNA的3’端包括3’UTR和/或3’poly(A)。
优选地,当所述第一mRNA和所述第二mRNA在相同的mRNA链上时,所述mRNA链的5’端包括5’UTR;和/或,3’端包括3’UTR和/或3’poly(A)。
优选地,所述5’UTR的核苷酸序列如SEQ ID NO:10所示。
优选地,所述3’UTR的核苷酸序列如SEQ ID NO:11所示。
在一些优选的实施例中,所述核酸在选自下组的一个或多个位置处包含修饰:5’UTR、开放阅读框、3’UTR和3’poly(A)。
优选地,所述修饰包括胞嘧啶核苷(cytidine,C)转换为5甲基胞苷(m5C),尿嘧啶核苷(uridine,U)转换为假尿苷(pseudouridine,Ψ)、N1甲基假尿苷(m1Ψ)、5-甲氧基尿苷(mo5U)或5甲基胞苷和假尿苷的整合(m5C/Ψ)。
更优选地,所述修饰为假尿苷修饰或N1甲基假尿苷修饰。
在一些优选的实施例中,所述3’poly(A)的序列如SEQ ID NO:9所示。
在一些优选的实施例中,所述核酸为DNA。
优选地,编码所述S蛋白突变体的DNA的核苷酸序列如SEQ ID NO:2-5任一所示;或,所述DNA与如SEQ ID NO:2-5所示的核苷酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的同一性,并且保留如SEQ ID NO:2-5所示的DNA的功能。其具有上述同一性并保留如SEQ ID NO:2-5任一所示的DNA的功能建立在其满足上述S蛋白突变体(i)、(ii)(iii)和(iv)的一种或多种条件的基础上。
在一些实施例中,编码信号肽的DNA序列如SEQ ID NO:8所示。
本发明技术方案的第四方面为提供一种重组表达载体,其包含第三方面所述的核酸。
优选地,所述重组表达载体的骨架为质粒或病毒。
所述质粒例如为pcDNA3.1。
在一些优选的实施例中,编码所述第一突变体的核酸和编码所述第二突变体的核酸包含在相同或不同的重组表达载体中。
本发明技术方案的第五方面为提供一种转化体,其包含如上所述的核酸,或如上所述的重组表达载体。
在一些优选的实施例中,包含编码所述第一突变体的核酸的重组表达载体的转化体与包含编码所述第二突变体的核酸的重组表达载体的转化体相同或不同。
优选地,所述的转化体的出发细胞为真核细胞,优选哺乳动物细胞,例如HEK 293T细胞。
本发明技术方案的第六方面为提供一种制备S蛋白突变体或S蛋白突变体的组合的方法,所述方法包括在适合所述的S蛋白突变体表达的条件下,培养如第五方面所述的转化体。
本发明技术方案的第七方面为提供一种组合物,其包含(1)编码如上所述的核酸,或如上所述的重组表达载体,或如上所述的转化体,和(2)递送载体。
在一些优选的实施例中,所述递送载体包括脂质体。
在一些优选的实施例中,所述递送载体包括脂质纳米颗粒(LNP)。
优选地,所述脂质纳米颗粒包括阳离子脂质和非阳离子脂质。
更优选地,所述阳离子脂质包括RL151和/或Dlin-MC3。
所述阳离子脂质的摩尔比例如为45%至55%。
所述非阳离子脂质的摩尔比例如为55%至45%。
优选地,所述非阳离子脂质包括磷脂和/或脂质缀合物。
更优选地,所述磷脂包括二硬脂酰基磷脂酰胆碱(DSPC)。
更优选地,在所述递送载体中,所述磷脂的摩尔比为9%至10%。
更优选地,所述脂质缀合物包括聚乙二醇修饰的脂分子。
进一步更优选地,所述聚乙二醇修饰的脂分子包括DMG-PEG2000。
在一些优选的实施例中,在所述递送载体中,所述脂质缀合物的摩尔比为1%至2%。
在一些优选的实施例中,所述递送载体包括胆固醇。
优选地,在所述递送载体中,所述胆固醇的摩尔比为35%至40%。
在一些优选的实施例中,所述递送载体包含阳离子脂质、胆固醇、磷脂和脂质缀合物。
优选地,所述递送载体包含RL151、胆固醇、DSPC和DMG-PEG2000;且所述RL151、胆固醇、DSPC和DMG-PEG2000的摩尔比为50:38.5:10:1.5。即以RL151、胆固醇、DSPC和DMG-PEG2000的总摩尔数为100%计,含有50%的RL151、38.5mol%的胆固醇、10mol%的DSPC以及1.5mol%的DMG-PEG2000。
在一些优选的实施例中,所述的组合物中,所述核酸为mRNA,且包载在所述递送载体中。
本发明技术方案的第八方面为提供一种药物组合物,其包含如第七方面所述的组合物,以及任选地药学上可接受的载体和/或辅料。
本发明技术方案的第九方面提供一种疫苗,其包含如第一方面所述的S蛋白突变体、如第二方面所述的S蛋白突变体的组合、如第三方面所述的核酸、如第四方面所述的重组表达载体、如第五方面所述的转化体、如第七方面所述的组合物和/或如第八方面所述的药物组合物,以及药学上可接受的载体和/或辅料。
优选地,所述的疫苗,其为蛋白疫苗。
优选地,所述的疫苗,其为核酸疫苗。
优选地,所述的疫苗,其为DNA疫苗或mRNA疫苗。
本发明中,当所述的疫苗为mRNA疫苗时,编码第一突变体的第一mRNA和编码第二突变体的第二mRNA在相同的mRNA链上或不同的mRNA链上。
本发明技术方案的第十方面为提供一种试剂盒或药盒,所述试剂盒或药盒包含如第一方面所述的S蛋白突变体、如第二方面所述的S蛋白突变体的组合、如第三方面所述的核酸、如第四方面所述的重组表达载体、如第五方面所述的转化体、如第七方面所述的组合物、如第八方面所述的药物组合物和/或如第九方面所述的疫苗。
本发明技术方案的第十一方面为提供一种如第一方面所述的S蛋白突变体、如第二方面所述的S蛋白突变体的组合、如第三方面所述的核酸、如第四方面所述的重组表达载体、如第五方面所述的转化体、如第七方面所述的组合物、如第八方面所述的药物组合物、如第九方面所述的疫苗和/或如第十方面所述的试剂盒或药盒在制备用于缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病的药物中的用途。
优选地,所述药物为疫苗。
更优选地,所述疫苗为蛋白疫苗。
更优选地,所述疫苗为核酸疫苗。
更优选地,所述疫苗为DNA疫苗或mRNA疫苗。
本发明技术方案的第十二方面为提供一种如第一方面所述的S蛋白突变体、如第二方面所述的S蛋白突变体的组合、如第三方面所述的核酸、如第四方面所述的重组表达载体、如第五方面所述的转化体、如第七方面所述的组合物、如第九方面所述的疫苗和/或如第十方面所述的试剂盒或药盒用于缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病。
本发明技术方案的第十三方面为提供一种缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病的方法,即向有需要的受试者施用有效量的如第一方面所述的S蛋白突变体、如第二方面所述的S蛋白突变体的组合、如第三方面所述的核酸、如第四方面所述的重组表达载体、如第五方面所述的转化体、如第七方面所述的组合物、如第八方面所述的药物组合物、如第九方面所述的疫苗和/或如第十方面所述的试剂盒或药盒。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
本发明的新冠病毒变异株mRNA疫苗临床前动物试验数据表明其对目前新冠病毒主流变异株(variants of concern,VOC)均具有良好保护效果,具有广泛的临床应用前景。
附图说明
图1显示了嵌合体E表达抗原的结构表征。
图2显示了本发明提供的对编码S蛋白抗原mRNA密码子和修饰核苷酸的筛选;其中,S codon(44)至S codon(62)表示序列中的GC含量从44%到62%。
图3显示了本发明对假尿苷修饰后密码子的最终优化方案;其中,S(44)至S(62)表示序列中的GC含量从44%到62%。
图4显示了嵌合体E的四款mRNA的表达水平。
图5显示了western blot检测细胞裂解液中S蛋白的含量;NC代表阴性对照,M代表marker。
图6为嵌合体E LNP在HEK293T细胞中的蛋白表达水平。
图7为嵌合体E(2μg和5μg剂量)在BALB/c小鼠中针对原型株和Omicron XBB.1.5株S蛋白的IgG抗体滴度。
图8为嵌合体E在BALB/c小鼠中针对Omicron突变株(BA.4/5、BQ.1.1、XBB.1.5、CH.1.1和XBB.1.16)的假病毒中和抗体滴度。
图9为嵌合体E(2μg和5μg剂量)在K18-hACE2小鼠中对原型株和Omicron XBB.1.5株S蛋白都产生了特异性IgG抗体。
图10的假病毒检测结果显示了嵌合体E疫苗在K18-hACE2小鼠中针对Omicron不同突变株(XBB.1.5和XBB.1.16)都产生了高滴度的中和抗体。
图11的真病毒中和抗体检测结果显示了嵌合体E疫苗在K18-hACE2小鼠中针对Omicron XBB.1.5株产生了高滴度的中和抗体。
图12为嵌合体E疫苗(5μg和25μg剂量)在金黄地鼠中对原型株S蛋白和OmicronXBB.1.5株S蛋白都产生了特异性IgG抗体。
图13的假病毒检测结果显示了嵌合体E疫苗在金黄地鼠中针对Omicron不同突变株(XBB.1.5和XBB.1.16)都产生了高滴度的中和抗体。
图14的真病毒中和抗体检测结果显示了嵌合体E疫苗在金黄地鼠中针对OmicronXBB.1.5株产生了高滴度的中和抗体。
图15显示了嵌合体E疫苗免疫新西兰兔后的组织病理变化。
图16显示了BALB/c小鼠序贯后血清IgG抗体滴度。
图17显示了BALB/c小鼠序贯后血清假病毒中和抗体滴度。
图18显示了BALB/c小鼠序贯后血清真病毒中和抗体滴度。
图19显示了BALB/c小鼠二免后36天及75天脾脏抗原特异性T细胞免疫应答结果。
图20显示了嵌合体E疫苗-20℃保存条件下的长期稳定性。
图21显示了嵌合体E疫苗的长期免疫原性评价结果。
具体实施方式
如无特殊指出,本发明的术语如下文定义。
本文中,术语“多肽”、“肽”和“蛋白质”在此可互换使用,指任何长度的氨基酸的聚合物。该聚合物可以包括改性氨基酸。这些术语还包括已经自然或通过干预进行修饰的氨基酸聚合物;例如,二硫键形成、糖基化、脂化、乙酰化、磷酸化或任何其他操作或修饰,如与标记成分的结合。例如,定义中还包括含有一种或多种氨基酸类似物的多肽(例如包括非天然氨基酸,如高半胱氨酸、鸟氨酸、对乙酰苯丙氨酸、D-氨基酸和肌氨酸),以及本领域已知的其他修饰。
术语“多肽”是指任何大小、结构或功能的蛋白质和肽。多肽包括编码的多核苷酸产物、天然的多肽、合成的多肽、同源物、正源物、旁系物、片段和其他等价物、变体以及前述的类似物。多肽可以是一个单体,也可以是一个多分子复合物,如二聚体、三聚体或四聚体。它们也可以包括单链或多链的多肽。最常见的是在多链多肽中发现二硫化物连接。术语多肽也可适用于氨基酸聚合物,其中一个或多个氨基酸残基是相应的自然发生的氨基酸的人工化学模拟物。在一些实施方案中,“多肽”的长度可以小于或等于50个氨基酸,例如,大约5、10、15、20、25、30、35、40、45或50个氨基酸。
术语“信号肽”包括蛋白质的N端15-60个氨基酸,通常需要在分泌途径上进行跨膜转运,因此,在真核生物和原核生物中普遍控制大多数蛋白质进入分泌途径。信号肽通常包括三个区域:一个不同长度的N端区域,通常包括带正电的氨基酸;一个疏水区域;和一个短的羧基端肽区域。在真核生物中,新生前体蛋白的信号肽将核糖体引导到粗糙的内质网(ER)膜上,并将生长中的肽链输送到膜上进行加工,产生成熟的蛋白质后信号肽从前体蛋白中被裂解。信号肽也可以促进蛋白质在细胞膜上的定位。然而,信号肽不负责成熟蛋白的最终目的地。在其序列中没有额外地址标签的分泌性蛋白被默认为分泌到外部环境中。
术语“序列优化”是指一个过程或一系列过程,通过这些过程,参考核酸序列中的碱基被替换成替代碱基,从而产生具有改进特性的核酸序列,例如,改进蛋白质表达或降低免疫原性。一般来说,序列优化的目标是产生一个同义的核苷酸序列,与编码参考核苷酸序列所编码的多肽序列相同。因此,在由密码子优化的核苷酸序列编码的多肽中,相对于由参考核苷酸序列编码的多肽而言,没有氨基酸的取代。
在序列优化的背景下,术语“密码子替换”是指用另一个密码子替换参考核酸序列中的密码子。一个密码子可以在参考核酸序列中被替换,例如,通过化学肽合成或通过本领域已知的重组方法。因此,提及在核酸序列(如mRNA)的某一位置或在核酸序列(如mRNA)的某一区域或子序列中的“替换”或“取代”是指在该位置或区域的密码子被替代。如本文所用,术语“编码区”,是指多核苷酸中的开放阅读框(ORF),其在表达时产生多肽或蛋白质。
如本文所使用的,术语“分离的”是指已经从与之相关的至少一些成分中分离出来的物质或实体(无论是在自然界还是在实验环境中)。分离的物质(如多核苷酸或多肽)相对于它们被分离出来的物质,可以有不同程度的纯度。分离的物质和/或实体可以与最初与之相关的其他成分中的至少约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、约90%,或更多的成分分离。在一些实施方案中,分离的物质纯度超过约80%、约85%、约90%、约95%、约96%、约97%、约98%、约99%,或超过约99%。如本文所用,如果物质基本上不含其他成分,则为“纯"。
如本文所使用的,术语“分离的”多核苷酸、载体、多肽、细胞或任何组合物是指多核苷酸、载体、多肽、细胞或组合物,其形式在自然界中没有发现。分离的多核苷酸、载体、多肽或组合物包括那些已经被纯化到不再以自然界中的形式存在的多核苷酸、载体、多肽或组合物。在某些方面,被分离的多核苷酸、载体、多肽或组合物基本上是纯的。
术语“核酸”包括任何由核苷酸聚合物组成的化合物和/或物质。这些聚合物通常被称为多核苷酸。示例性的核酸或多核苷酸包括但不限于核糖核酸(RNA)、脱氧核糖核酸(DNA)、苏糖核酸(TNA)、糖核酸(GNA)、肽核酸(PNA)、锁核酸(LNA)、乙烯核酸(ENA)、环己基核酸(CeNA)或其混合体或组合。“多核苷酸”包括三链、双链和单链的DNA或RNA。它还包括改性的,例如通过烷基化,和/或通过盖帽,以及未改性形式的多核苷酸。更具体地说,术语“多核苷酸”包括多脱氧核苷酸(含2-脱氧-D-核糖),多核苷酸(含D-核糖),包括tRNA、rRNA、hRNA、siRNA和mRNA。
在特定方面,“多核苷酸”包括mRNA。在一个方面,该mRNA是一种合成mRNA。在某些方面,合成的mRNA包括至少一个非天然碱基。在某些方面,某一类的所有核碱基都被替换为非天然碱基(例如,本文公开的多核苷酸中的所有尿苷可以被替换为非天然碱基,例如,5-甲氧基尿苷)。在某些方面,多核苷酸(例如,合成RNA或合成DNA)仅包括天然碱基,即在合成DNA的情况下为A(腺苷)、G(鸟苷)、C(胞苷)和T(胸苷),或者在合成RNA的情况下为A、C、G和U(尿苷)。
本领域技术人员将理解,本文披露的密码子图谱(codon map)中的T存在于DNA中,而T在相应的RNA中会被U取代。例如,本文披露的DNA形式的密码子核苷酸序列,如载体或体外翻译(IVT)模板,其T将在其相应的转录的mRNA中被转录为U。在这方面,密码子优化的DNA序列(包括T)和其相应的mRNA序列(包括U)都被视为密码子优化的核苷酸序列。此外,还可以通过用非天然碱基替换一个或多个碱基来产生等效的密码子图谱。因此,例如,TTC密码子(DNA图谱)对应于UUC密码子(RNA图谱),而UUC密码子又对应于ΨΨC密码子(RNA图谱,其中U被替换为假尿苷)。
术语“核苷酸序列编码”是指编码多肽的核酸(例如mRNA或DNA分子)编码序列。编码序列可以进一步包括与调节元件可操作地连接的起始和终止信号,包括启动子和多腺苷酸化信号,能够指导在被施用核酸的个体或哺乳动物的细胞中表达。编码序列可以进一步包括编码信号肽的序列。
此外,在mRNA的ORF(Open Reading Frame,开放阅读框)两端各存在一段非翻译区,分别称为5’UTR与3’UTR。“5’非翻译区”(5’UTR)是指从起始密码子(即由核糖体翻译的mRNA转录本的第一个密码子)直接上游(即5’)的mRNA区域,该区域不编码多肽。“3’非翻译区”(3’UTR)是指从终止密码子(即mRNA转录本中发出翻译终止信号的密码子)直接下游(即3’)的mRNA区域,该区域不编码多肽。“开放阅读框”是以起始密码子(例如甲硫氨酸(ATG))开始,以终止密码子(例如TAA、TAG或TGA)结束并编码多肽的一段连续的DNA。非翻译区不能翻译氨基酸,但是可以结合RNA结合蛋白,从而调控mRNA产品的降解和翻译效率。5’-UTR或3’UTR可以与多核苷酸中的开放阅读框同源或异源。多个5’-UTR或3’UTR可以包括在侧翼区域,可以是相同的或不同的序列。
“polyA”或“poly(A)”是mRNA的一个区域,它位于3’UTR的下游,例如,直接下游(即3’),包含多个连续的腺苷单磷酸。一个polyA尾可以包含10到300个单磷酸腺苷。例如,一个polyA尾可以包含10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290或300个腺苷单磷酸。在一些实施方案中,一个poly(A)尾含有50至250个单磷酸腺苷。在相关的生物环境中(例如在细胞中,在体内),poly(A)尾的功能是保护mRNA不被酶降解,例如在细胞质中,并帮助转录终止、mRNA从核中输出和翻译。
术语“阳离子脂质”在本领域具有普通意义,可指包含一个或多个带正电基团的脂质。如本文所用,“带正电基团”是指带有正电子电荷的化学基团,例如,一价(+1)、二价(+2)、三价(+3),等等。正电子电荷基团的例子包括胺基、铵基、吡啶基、胍基和咪唑基。在某些实施方案中,可电离的脂质分子可包括一个胺基,并可称为可电离的氨基脂质。本发明中,阳离子脂质包括但不限于RL151和/或Dlin-MC3。
如本文所用,术语“聚乙二醇化脂质”或“PEG化脂质”是指聚乙二醇(PEG)修饰的脂质(PEG-脂质)。PEG-脂质的非限制性例子包括PEG修饰的磷脂酰乙醇胺和磷脂酸、PEG-神经酰胺共轭物(如PEG-CerC14或PEG-CerC20)、PEG修饰的二烷基胺和PEG修饰的1,2-二氰氧丙烷-3胺。例如,PEG-脂质可以是PEG-c-DOMG、PEG-DMG、PEG-DLPE、PEG-DMPE、PEG-DPPC,或PEG-DSPE脂质。
在一些实施方案中,PEG-脂质包括但不限于1,2-dimyristoyl-sn-甘油甲氧基聚乙二醇(PEG-DMG)、1,2-distearoyl-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[氨基(聚乙二醇)](PEG-DSPE)、PEG-disteryl glycerol(PEG-DSG)、PEG-dipalmetoleyl、PEG-dioleyl、PEG-distearyl、PEG-diacylglycamide(PEG-DAG)、PEG-dipalmitoylphosphatidylethanolamine(PEG-DPPE)或PEG-1,2-dimyristyloxlpropyl-3amine(PEG-c-DMA)。
在一些实施方案中,PEG-脂质选自包括PEG修饰的磷脂酰乙醇胺、PEG修饰的磷脂酸、PEG修饰的神经酰胺、PEG修饰的二烷基胺、PEG修饰的二酰基甘油、PEG修饰的二烷基甘油以及其混合物的组。在一些实施方案中,PEG-脂质的脂质分子包括那些具有从约C14到约C22的长度,优选从约C14到约C16的长度。在一些实施方案中,PEG分子,例如mPEG-NH2,其大小约为1000、2000、5000、10000、15000或20000道尔顿。在一些实施方案中,PEG-脂质是PEG2000-DMG。
本文中,“脂质纳米颗粒”或“LNP”(lipid nanoparticle)用于mRNA的递送。在一些实施方案中,LNP基本上包括(i)至少一种阳离子脂质;(ii)选自DSPC、DPPC、POPC、DOPE和SM的中性脂质;(iii)甾醇,例如胆固醇;以及(iv)PEG-脂质,例如PEG2000-DMG,摩尔比为45-55%阳离子脂质:35-40%中性脂质:8-12%甾醇:1-2%PEG-脂质。
如本文所用,术语“合成”是指通过人工生产、准备和/或制造。多核苷酸或其他分子的合成可以是化学的或酶的。如本文所用,核酸序列的“表达"是指多核苷酸(如mRNA)翻译成多肽或蛋白质和/或多肽或蛋白质的翻译后修饰。转染的方法包括但不限于化学方法、物理处理和阳离子脂质或混合物。
术语“转录”是指从DNA(例如,DNA模板或序列)产生mRNA(例如,mRNA序列或模板)的方法。“转染”则是指将多核苷酸(例如,外源核酸)引入细胞,其中多核苷酸编码的多肽被表达(例如,mRNA)或多肽调节细胞功能(例如,siRNA,miRNA)。例如,转染可在体外、体外或体内发生。
“修饰”是指以某种方式改变任何物质、化合物或分子。分子可以经历一系列的修饰,每个修饰的分子都可以作为后续修饰的“未修饰”起始分子。本文中,所述修饰包括将胞嘧啶核苷(cytidine,C)转换为5甲基胞苷(m5C),尿嘧啶核苷(uridine,U)转换为假尿苷(pseudouridine,Ψ)、N1甲基假尿苷(m1Ψ)、5-甲氧基尿苷(mo5U)或5甲基胞苷和假尿苷的整合(m5C/Ψ)。
术语“变体”或“突变体”包括天然变体(如多态性、异构体等)和人工变体,其中本地或起始序列(如野生型序列)中的至少一个氨基酸残基已被移除,并在相同位置插入不同的氨基酸。这些变体可以被描述为“替换性变体”。替换可以是单一的,即分子中只有一个氨基酸被替换,也可以是多个,即同一分子中有两个或多个氨基酸被替换。如果氨基酸被插入或删除,产生的变体将分别是“插入性变体”或“删除性变体”。
如本文所用,术语“免疫反应”是指例如淋巴细胞、抗原呈递细胞、吞噬细胞、粒细胞和上述细胞或肝脏产生的可溶性大分子(包括抗体、细胞因子和补体)的作用,其结果是对入侵的病原体、感染病原体的细胞或组织、癌细胞,或在自身免疫或病理性炎症的情况下对正常人的细胞或组织进行选择性损伤、破坏或从人体内排除。在某些情况下,服用由脂质成分和封装的治疗剂组成的纳米粒子可以引发免疫反应,这可以由(i)封装的治疗剂(如mRNA),(ii)这种封装的治疗剂的表达产物(如mRNA编码的多肽),(iii)纳米粒子的脂质成分,或(iv)其组合引起。
如本文所用,术语“疫苗”是一种生物制剂,可激发免疫系统对某种制剂或抗原产生反应,通常是一种传染性病原体或其一部分,以非传染性或非致病性的形式进入人体或动物体内。一旦免疫系统被激发,以后免疫系统接触到该病原体,就会产生快速和强大的免疫反应,在该病原体能够繁殖和感染宿主生物体中的足够细胞以引起疾病症状之前将其消灭。用于激发免疫系统的制剂或抗原可以是传染性较低的整个生物体,即所谓的减毒生物体,或者在某些情况下是生物体的组成部分,如代表生物体各种结构成分的碳水化合物、蛋白质或肽。因此根据本发明,疫苗可以是蛋白疫苗,也可以是核酸疫苗。所述核酸疫苗可以是DNA疫苗,也可以为mRNA疫苗。当为蛋白疫苗时,所述疫苗可以由本发明的多核苷酸或mRNA编码。
单一剂量的疫苗(初次免疫)所引起的免疫反应往往不足以有效和/或持续地提供有效的保护。反复给药(加强)可以大大增强对疫苗抗原的体液和细胞反应(例如,Estcoat等人,见2002年)。本发明所述的“加强”均是指在第一次免疫过后的某天,对相应的动物采用与第一次免疫接种完全相同的样品进行第二次免疫接种。
本发明中使用的“组合”是指包含本发明的成分,即S蛋白突变体和/或编码S蛋白突变体的核酸、编码S蛋白突变体的DNA和/或mRNA的任何物质组成。应理解的是,所述组合可以配制成单一组分,或者,它可以作为分离的制剂,然后可以组合以联合给药。所述组合可以作为组合物的有效活性成分(或者有效成分、活性成分)。本发明的所述组合在用于制备药物组合物时,所述药物组合物中还可包含本领域技术人员熟知的药学上可接受的辅料和/或载体。本发明的组合或药物组合物也可以以成套试剂盒的形式提供,其中各组分分别配制但包装在单个容器中。
如本文所用,术语“治疗”是指部分或完全减轻、改善、改进、缓解、推迟发病、抑制进展、降低严重程度和/或减少特定感染、疾病、紊乱和/或条件的一个或多个症状或特征的发生率。例如,“治疗”癌症可能是指抑制肿瘤的生存、生长和/或扩散。可以对没有表现出疾病、紊乱和/或病症迹象的受试者和/或仅表现出疾病、紊乱和/或病症早期迹象的受试者进行治疗,以降低与疾病、紊乱和/或病症相关的病理发展风险。
术语“治疗剂”或“预防剂”是指任何在对受试者施用时具有治疗、诊断和/或预防作用和/或引起所需生物和/或药理学效应的药剂。治疗剂包括但不限于细胞毒素、放射性离子、化学治疗剂、小分子药物、蛋白质和核酸。
在一些实施方案中,治疗剂是一种多核苷酸或核酸(例如,核糖核酸或脱氧核糖核酸)。根据本公开内容使用的示例性多核苷酸包括但不限于脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)包括信使mRNA(mRNA)或其杂交物、RNAi诱导剂、RNAi剂、siRNA、shRNA、miRNA、反义RNA、核酶、催化DNA、诱导三螺旋形成的RNA、适配体和载体等的一种或多种。在一些实施方案中,治疗性和/或预防性药物是一种RNA。在本文所述的组合物和方法中有用的RNA包括但不限于核酶、小干扰RNA(siRNA)、不对称干扰RNA(aiRNA)、microRNA(miRNA)、Dicer-底物RNA(dsRNA)、小发夹RNA(shRNA)、转移RNA(tRNA)、信使RNA(mRNA),以及它们的混合物。在某些实施方案中,该RNA是mRNA。
在某些实施方案中,治疗和/或预防措施是一种mRNA。mRNA可以编码任何感兴趣的多肽,包括任何自然或非自然发生的或以其他方式修改的多肽。由mRNA编码的多肽可以是任何大小,可以有任何二级结构或活性。在一些实施方案中,由mRNA编码的多肽在细胞中表达时可具有治疗效果。
本文使用的“和/或”应被视为具体披露两个特定特征或组件中的每一个,无论是否有另一个。因此,本文在诸如“A和/或B”这样的短语中使用的术语“和/或"旨在包括“A和B”、“A或B”、“A”(单独)和“B”(单独)。同样,在诸如“A、B和/或C”这样的短语或“A、B和C中的一种或多种”中使用的术语“和/或”或“一种或多种”意在包括以下各方面:A、B和C;A、B或C;A或C;A或B;B或C;A和C;A和B;B和C;A(单独);B(单独);以及C(单独)。
还应注意到,术语“包括”的目的是开放和允许的,但不要求包括额外的元件或步骤。当使用术语“包括”时,术语“基本由…组成”和“由…组成”也包括在内。当组合物被描述为具有、包括或包含特定的成分时,可以考虑组合物也基本上由或由所述的成分组成。同样,当方法或工艺被描述为具有、包括或包含特定的步骤时,该方法或工艺也基本上包括或由所述的步骤组成。此外,应该理解的是,只要本发明保持可操作性,步骤的顺序或执行某些行动的顺序是不重要的。此外,两个或多个步骤或行动可以同时进行。
术语“同一性”是指两个或多个多肽或多核苷酸的序列之间的相似性或一致性,通过比较这些序列确定。适用于多肽或多核苷酸序列的“同一性百分比”被定义为一氨基酸或核酸序列中与另一氨基酸序列或核酸序列中的残基(氨基酸残基或核酸残基)相同的百分比,通过对准序列并引入间隙(如有必要)以达到最大的同一性百分比。用于比对的方法和计算机程序在本领域是众所周知的。同一性取决于对同一性百分比的计算,但由于计算中引入的间隙和惩罚,其数值可能不同。“同一性”是由本领域技术人员使用比对工具和特定的参数确定的。这样的比对工具包括BLAST套件中的工具(Stephen F.Altschul,等(1997),特定的参数设置为本领域技术人员所熟知。
如果其它多肽或多核苷酸分子与本文中的多肽或多核苷酸分子具有一定程度的同一性,则也属于本发明的保护范围。具体地,其它多核苷酸或多肽的变体与本发明所保护的特定多核苷酸或多肽具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或100%的序列同一性,或在核心序列或氨基酸残基相同的基础上具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或100%的序列同一性,则可以视为与本发明保护的特定多肽或多核苷酸分子等同或相同。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1:mRNA的序列设计
本发明嵌合体E用于制备针对2022年末全球流行的奥密克戎亚变种XBB.1、XBB.1.5和XBB.1.5.1序列设计的单链mRNA嵌合体疫苗。如图1所示,嵌合体E的氨基酸序列以原型株序列(SEQ ID NO:18)为骨架,在NTD区具有△Y144(△表示该位点被敲除)突变,在NTD区还具有T19I、LPPA24S、V83A、G142D、H146Q、Q183E、V213E、G252V突变,在RBD区具有G339H、R346T、L368I、S371F、S373P、S375F、T376A、D405N、R408S、K417N、N440K、V445P、G446S、N460K、S477N、T478K、E484A、F486P、F490S、Q498R、N501Y、Y505H突变,在SD2区具有D614G、H655Y、N679K、P681H突变,在其他区域具有N764K、D796Y、Q954H和N969K突变。此外,嵌合体E的序列中突变了Furin蛋白酶识别位点,将RRAR突变至GSAS;去除了C末端18个氨基酸,保留了跨膜区,稳定抗原构象;从而保持了mRNA疫苗在体内表达S蛋白的完整性,提高了抗原表位的稳定性和疫苗免疫原性。
实施例2:mRNA的深度优化与筛选
本实施例对所用S蛋白的mRNA序列进行了密码子和修饰核苷酸的深度优化,以期降低体内的免疫原性及达到最强的体内抗原表达效果。
具体地,本发明设计了10种不同密码子的S蛋白编码序列,测试了6种不同的修饰核苷酸,包括胞嘧啶核苷(cytidine,C)转换为5甲基胞苷(m5C),尿嘧啶核苷(uridine,U)转换为假尿苷(pseudouridine,Ψ)、N1甲基假尿苷(m1Ψ)、5-甲氧基尿苷(mo5U)或5甲基胞苷和假尿苷的整合(m5C/Ψ)。
图2显示了在HEK293细胞中转入具有不同GC含量与修饰的mRNA的表达量。其中:SCodon后面括号里的数字表示编码的GC含量(本发明所述的GC含量是指在DNA的4种碱基中,鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比率),WT表示原型株(wild type,未经密码子优化和核苷酸修饰),数字1至6分别表示:1表示尿苷U,2表示m5C/Ψ,3表示Ψ,4表示mo5U,5表示m1Ψ,6表示m5C。图2的结果表明Ψ和m1Ψ修饰的mRNA表达量最大。
因此本发明测定了从GC含量44%(即图3中的“S(44)”)至62%(即图3中的“S(62)”)的假尿苷修饰,图3的结果说明无论使用的密码子序列的GC含量,假尿苷修饰均可改善S蛋白的表达;其中含有60%GC含量的S蛋白序列为最优序列,能得到最优的体外表达效果。因此确定嵌合体E的序列使用假尿苷的修饰,并将S(60)的密码子基本确定为最优的密码子序列。由此本发明针对嵌合体E,设计了60%GC含量的多条mRNA序列,例如SEQ ID NO:12至SEQ ID NO:15所示。其中四条mRNA表达的western结果如图4所示:其中三条mRNA(SEQID NO:13-15,分别对应密码子不同的v2、v3和v4)的表达都满足mRNA疫苗的表达标准。
本发明的mRNA还包括5’UTR与3’UTR,例如分别如SEQ ID NO:10与SEQ ID NO:11所示。数据表明本发明选择的UTR序列有利于提高S蛋白表达效率。
为提高mRNA的翻译效率和稳定性,本发明的mRNA的3’端还具有poly(A)尾,其核苷酸序列例如SEQ ID NO:9所示。
在此基础上,对原型株、嵌合体E和Omicron亚变异株XBB.1.5.1的mRNA分子进行了体外转录制备,分别转染到293T细胞中,19hr后收集细胞,用western blot方法检测细胞裂解液中S蛋白的含量(图5),结果表明,嵌合体E在两种未经改造的Omicron亚变异株(XBB.1(氨基酸序列如SEQ ID NO:16所示,DNA序列如SEQ ID NO:6所示)、XBB.1.5.1(DNA序列如SEQ ID NO:7所示))以及嵌合体E的其余三种不同密码子(嵌合体E(v2)、嵌合体E(v3)和嵌合体E(v4))中的表达量最高,故最终选择嵌合体E(SEQ ID NO:12)进行进一步的动物实验以验证其药效。
实施例3:脂质纳米颗粒制备
将实施例2的嵌合体E的mRNA分别在低pH下离子化(阳离子),由两种辅助脂质DSPC(二硬脂酰磷脂酰胆碱,货号:B90536,厂家:日本精化株式会社)和胆固醇(货号:C00373,厂家:日本精化株式会社),以及聚乙二醇化脂质(DMG-PEG2000,货号:M-DMG-2000,购自:JenKem)包被成纳米颗粒。通过将溶解在超纯水中的mRNA,与pH 4.0的100mM(毫摩尔每升,或记作mmol/L)的柠檬酸盐缓冲液按1:1的体积比混合,制备了mRNA的水溶液。调节四种脂质组分比例(例如,阳离子脂质RL151(货号:W211-YB211202,购自:浙江神州药业):胆固醇:DSPC:DMG-PEG2000=50:38.5:10:1.5),在99.5%的乙醇中溶解为脂质溶液。将mRNA和脂质溶液在NanoAssemblr(厂家:Precision Nanosystems)微流体混合系统中以H2O:EtOH=3:1的体积混合比和恒定的12mL/min的总流速混合,得到包含mRNA的脂质纳米颗粒(LNP)。脂纳米颗粒经过透析、浓缩、过滤后保存,即得到嵌合体E疫苗。
实施例4:LNP的蛋白表达以及动物学实验
1.LNP的表达检测
在HEK293T细胞中测试了嵌合体E LNP的蛋白表达水平(图6)。将5μg LNP与HEK293T细胞在12孔板的一个孔中孵育18小时,收集细胞通过蛋白质印迹检测蛋白质表达。简而言之,收集细胞并用PBS(磷酸盐平衡生理盐水)洗一遍,并用含有蛋白酶抑制剂的裂解缓冲液(pH为7.4的20mM的Tris-HCl、150mM的NaCl、3mM的MgCl2、1%的Triton X-100)裂解细胞。所有样品与SDS(十二烷基硫酸钠)上样缓冲液混合,在4~20%梯度SDS凝胶中分离,并通过Trans-Blot Turbo转移系统(全能型蛋白转印系统,购自BioRad)转移到PVDF膜(聚偏二氟乙烯膜)。将PVDF膜用含有5%脱脂奶粉的PBST(磷酸缓冲液)封闭,然后与一抗(厂家:义翘神州;货号40589-T62)孵育。使用HRP偶联二抗和增强化学发光(ECL)检测系统检测信号。
2.动物疫苗接种和血清采集
BALB/c小鼠:对于小鼠疫苗接种,使用嵌合体E疫苗对6至8周龄雌性BALB/c小鼠(购自:斯贝福(苏州)生物技术有限公司)进行肌内免疫接种(以下简称为“免疫”),并在接种后的第21天给予第二剂以增强免疫反应。各组BALB/c小鼠数量为10(n=10)。
K18-hACE2小鼠:对于小鼠疫苗接种,使用嵌合体E疫苗对6至8周龄雌性K18-hACE2小鼠(购自:江苏集萃药康生物科技有限公司)进行肌内免疫接种(以下简称为“免疫”),并在接种后的第21天给予第二剂以增强免疫反应。各组K18-hACE2小鼠数量为10(n=10)。
金黄地鼠:6至8周龄的雌性金黄地鼠(购自:北京维通利华实验动物技术有限公司)在第0周(指第一剂免疫的7天内)用嵌合体E疫苗或安慰剂(PBS)进行肌内免疫。在第3周,所有金黄地鼠都接受了加强。各组金黄地鼠数量为10(n=10)。
新西兰兔:对于新西兰兔(购自:青岛康大爱博生物科技有限公司)的疫苗接种,对8只7-8月的雄性或雌性新西兰兔,雌雄各半,4只/性别,左侧均给予安慰剂(氯化钠注射液),右侧给予嵌合体E疫苗,单点注射,间隔两周免疫两次。新西兰兔总数为8(n=8)。
收集上述经过免疫的小鼠和金黄地鼠的血清,并在56℃下灭活0.5小时,以检测SARS-CoV-2S蛋白特异性IgG和中和抗体,如下所述。
3.特异性IgG酶联免疫吸附试验
通过酶联免疫吸附试验(ELISA)测定免疫血清中的SARS-CoV-2S蛋白特异性抗体反应。简言之,96孔板在4℃下用50μL的包被缓冲液包被,该包被缓冲液含有100ng(纳克)/孔的重组SARS-CoV-2刺突或RBD抗原(厂家:Sino Biological)过夜。在室温下用含有2%牛血清白蛋白的PBST溶液将板封闭1小时。将免疫小鼠血清稀释10000倍作为初始浓度,然后在PBS缓冲液中进行2倍连续稀释,一共稀释11个梯度。PBST洗涤板与连续稀释的血清在37℃下孵育1小时。为了确定S特异性抗体反应,将板与山羊抗小鼠IgG HRP(用于小鼠血清,货号:115-035-003,购自:Proteintech)或山羊抗叙利亚仓鼠IgG HRP(用于仓鼠血清,货号:ab6892,购自abcam)在37℃下孵育1小时,然后使用底物四甲基联苯胺(TMB)溶液(货号:00-4201-56,购自:Invitrogen)显色。约10分钟后,用1M的硫酸终止显色反应,并通过酶标仪(microplate reader,型号:VARIOSKAN LUX,购自赛默飞)在450nm波长下测量吸光值。
4.假病毒中和试验
用细胞培养基连续稀释从本实施例第3项所述的免疫动物收集的血清样品。将稀释的血清与假病毒悬浮液以按1:1的比例混合在96孔板中,然后将Opti-HEK293/ACE2细胞添加到前述96孔板中的血清与假病毒的混合物中,并将板在37℃的环境下在含有5%CO2的培养箱(即培养箱中含有5%的CO2和95%的空气)中培养。48小时后,使用荧光素酶检测试剂盒测量反映SARS-CoV-2假病毒转染程度的荧光素酶活性。NT50定义为稀释倍数,与对照组相比,其对假病毒感染的抑制超过50%。
5.真病毒中和试验
使用空斑形成分析方法(Focus forming assay,FFA)对本实施例第3项所述的免疫动物收集的血清样品进行真病毒中和抗体检测。用不含FBS的DMEM将抗体自1:8开始进行2倍系列稀释,之后加入真病毒稀释液均匀混合,37℃5%CO2培养箱中孵育。然后将抗体-病毒孵育混合物对应转移至预先铺好的Vero E6细胞板中,在37℃、5%CO2孵育。之后加入PFA对细胞进行灭活固定。BSA封闭后清洗细胞,然后加入稀释好的一抗,37℃孵育。清洗细胞后加入稀释好的二抗,37℃孵育。清洗细胞,加入KPL True-blue显色液,室温避光孵育。清水冲洗细胞后晾干,用酶联免疫斑点分析仪扫板斑点计数。计算抑制率=100%×(1-样品斑点数/阳性孔斑点数)。FRNT50=高于50%抑制率病毒稀释度的对数+比距×(低于50%抑制率病毒稀释度的对数-高于50%抑制率病毒稀释度的对数)。其中:比距=(对照阳性孔50%抑制率斑点数-高于50%抑制率病毒稀释度斑点数)/低于50%抑制率病毒稀释度斑点数-高于50%抑制率病毒稀释度斑点数),查对应反对数,即为FRNT50。
6.疫苗安全性评价
嵌合体E疫苗的安全性在新西兰兔(购自:青岛康大爱博生物科技有限公司)中进行了评估。8只新西兰兔雌雄各半,4只/性别/组。采用同体左右侧自身对比法,每只动物左右侧股四头肌进行肌肉注射给药,所有动物左侧注射阴性对照品,右侧注射供试品(嵌合体E疫苗),供试品剂量为30μg/只,单点注射。间隔14天进行两次免疫。前2只/性别动物于末次药后48h(D17)实施安乐死,剩余动物于末次药后14天(D29)实施安乐死。收集所有给药动物的给药部位进行组织病理学分析和安全性评估。
7.统计分析
使用GraphPad Prism8.0执行所有统计数据并绘制图表。EC50(半最大效应浓度,concentration for50%of maximal effect)值通过非线性回归计算。当分析数量为两组时通过t检验(Student's t test)进行统计分析,当分析数量为两组以上时通过方差分析进行统计分析。
实施例5:嵌合体E疫苗在BALB/c小鼠中的免疫原性评价
本实施例评估嵌合体E疫苗在BALB/c小鼠中的免疫原性。将小鼠分为三组,每组有10只小鼠,于第0天分别用2μg或5μg的嵌合体E疫苗或者PBS通过肌肉注射给药。所有组在第21天都进行加强免疫。整个实验过程中未观察到局部炎症或其他不良反应。对第28天采集的血清的结合抗体和中和抗体(Nab,neutralizing antibody)水平进行了评估。结果显示嵌合体E疫苗免疫的小鼠血清中产生了高滴度的针对原型株S蛋白和XBB.1.5突变株S蛋白的高滴度结合抗体(图7)。假病毒中和实验表明,在接种疫苗的BALB/c小鼠中可以产生针对Omicron突变株(BA.4/5、BQ.1.1、XBB.1.5、CH.1.1和XBB.1.16)的高滴度NAb(图8)。
实施例6:嵌合体E疫苗在K18-hACE2小鼠中的免疫原性评价
本实施例评估嵌合体E疫苗在K18-hACE2小鼠中的免疫原性。将小鼠分为三组,每组有10只小鼠,于第0天分别用2μg或5μg的嵌合体E疫苗或者PBS通过肌肉注射给药。所有组在第21天都进行加强免疫。对小鼠血清中的针对原型株S蛋白和Omicron XBB.1.5株S蛋白的结合抗体水平进行了评估。如图9所示,嵌合体E疫苗免疫的小鼠针对S蛋白产生了高滴度的结合抗体。用假病毒中和实验对第28天采集的血清的中和抗体水平进行了评估。结果显示,嵌合体E疫苗的小鼠针对Omicron各变异株(XBB.1.5和XBB.1.16)均产生了高滴度的中和抗体(图10)。在二免后三周对血清进行真病毒中和检测,结果显示(图11),低剂量组嵌合体E疫苗即可产生针对XBB.1.5毒株的有效的真病毒中和抗体,且具有剂量效应。以上结果均表明嵌合体E疫苗具备针对当前流行奥密克戎变异株的较好的保护效果。
实施例7:嵌合体E疫苗在金黄地鼠中的免疫原性评价
具有ACE2受体的金黄地鼠对SARS-CoV-2高度敏感,并发展出与COVID-19患者相似的肺炎,使其成为评估疫苗的合适模型。三组金黄地鼠分别在第0天和第21天接种PBS(安慰剂)、5μg嵌合体E疫苗或25μg的嵌合体E疫苗,在二免后收集血清并评估免疫原性,结果显示实验组产生了高滴度的针对原型株S蛋白和Omicron XBB.1.5株S蛋白的高滴度结合抗体(图12)。假病毒中和实验表明,在接种疫苗的金黄地鼠中可以产生针对Omicron各变异株(XBB.1.5和XBB.1.16)的高滴度NAb,并具有剂量依赖效应(图13)。在二免后三周对血清进行真病毒中和检测,结果显示(图14),低剂量组嵌合体E疫羁即可产生针对XBB.1.5毒株的有效的真病毒中和抗体,表明嵌合体E疫苗具备针对当前流行奥密克戎变异株的较好的保护效果。
实施例8:嵌合体E疫苗在新西兰兔中的安全性评价
本实施例评估了嵌合体E疫苗在新西兰兔中的肌肉刺激反应。8只新西兰兔雌雄各半,4只/性别/组。采用同体左右侧自身对比法,每只动物左右侧股四头肌进行肌肉注射给药,所有动物左侧注射阴性对照品,右侧注射嵌合体E疫苗,供试品剂量为30μg/只,单点注射。间隔14天进行两次免疫。前2只/性别动物于末次药后48h(D16)实施安乐死,剩余动物于末次药后14天(D28)实施安乐死。收集所有给药动物的给药部位进行组织病理学分析和安全性评估。在末次药后48小时(±2小时)(D16)及末次药后14天(D28)安乐死动物给药部位大体观察均未见异常病理改变。这些数据表明了嵌合体E疫苗在新西兰兔中肌肉注射是安全的,为临床试验提供了数据支撑(图15)。
实施例9:安慰剂、嵌合体E疫苗在BALB/c小鼠中序贯免疫后血清的IgG抗体滴度
考虑到灭活疫苗等疫苗广泛完成基础免疫的背景(本发明的实施例主要考虑灭活疫苗已接种2剂的情况),我们在BALB/c小鼠模型上进行了灭活疫苗基础免疫的序贯研究。按照实施例5对小鼠血清中的针对原型株S蛋白和Omicron XBB.1.5株S蛋白的结合抗体水平进行了评估。如图16所示,嵌合体E疫苗免疫的小鼠针对S蛋白产生了高滴度的结合抗体。
实施例10:安慰剂、嵌合体E疫苗在BALB/c小鼠中序贯免疫后血清的中和抗体滴度
按照实施例5对小鼠血清中针对Omicron各亚型突变株的假病毒和真病毒中和抗体水平进行了评估。如图17所示,嵌合体E疫苗免疫的小鼠针对各变异株产生了高滴度的假病毒中和抗体,能够产生较高的针对目前流行的Omicron株亚变种BA.4/5,XBB.1.5和XBB.1.16的高滴度中和抗体。同时,真病毒中和试验显示(图18),实验组的小鼠血清针对Omicron XBB.1.5株也能产生高滴度的真病毒中和抗体。以上结果均显示出嵌合体E疫苗针对Omicron各流行变异株都具有优异的中和能力。
实施例11:嵌合体E疫苗激发的细胞免疫应答的时效性评价
本实施例评估了嵌合体E疫苗二次免疫BALB/c小鼠后36天和75天的细胞免疫应答水平。将36只小鼠随机分为3组,每组12只小鼠。3组小鼠分别在第0天和第21天接种安慰剂或嵌合体E疫苗。二免后分别于第36天和第75天每组取6只小鼠测脾脏抗原特异性T细胞应答。结果显示嵌合体E疫苗在二免后36天和75天均产生了高水平的CD4+及CD8+T细胞应答(图19)。以上结果表明嵌合体E疫苗能激发高水平的细胞免疫应答,且具有长效性。
实施例12:嵌合体E疫苗的长期稳定性评价
本实施例评估了嵌合体E疫苗在-20℃保存条件(PBS缓冲液:氯化钠、磷酸二氢钾、十二水合磷酸氢二钠、氯化钾、蔗糖、注射用水)下的长期稳定性。嵌合体E疫苗-20℃保存0、1、3个月后对疫苗的粒径、包封率、抗原表达进行评估。结果显示0-3个月间,包封率没有明显改变,保存3个月后包封率维持在90%水平;抗原表达在0-3个月没有明显变化(图20,横坐标M表示自然月)。以上结果表明嵌合体E疫苗在-20℃保存条件下具有长期稳定性。
实施例13:嵌合体E疫苗的长期免疫原性评价
本实施例对嵌合体E疫苗免疫BALB/c小鼠后针对XBB.1.5的长期中和抗体水平以及结合抗体水平进行了监测,结果显示,嵌合体E疫苗免疫BALB/c小鼠后6-14周中和抗体仍处在较高水平,其中高剂量组针对XBB.1.5的假病毒中和抗体滴度在免疫后14周仍高达34330。结合抗体在免疫后6-10周略有下降,10-14周保持稳定,免疫后14周嵌合体E疫苗高低剂量结合抗体滴度分别为242515和160000,表明嵌合体E疫苗具有长效的保护能力(图21)。
以下为本发明涉及的序列:
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以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明实施的范围,故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰,皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。
Claims (27)
1.一种S蛋白突变体,其特征在于,所述S蛋白突变体在如SEQ ID NO:18所示的氨基酸序列上具有一个或多个氨基酸残基的增加、缺失或替换。
2.如权利要求1所述的S蛋白突变体,其特征在于,
所述S蛋白突变体在如SEQ ID NO:18所示的氨基酸序列上包括以下一种或多种:
(i)去除了Furin蛋白酶识别位点,将RRAR突变至GSAS;
(ii)去除了C末端18个氨基酸;
(iii)所述替换包括以下的一种或多种:T19I、LPPA24S、V83A、G142D、H146Q、Q183E、V213E、G252V、G339H、R346T、L368I、S371F、S373P、S375F、T376A、D405N、R408S、K417N、N440K、V445P、G446S、N460K、S477N、T478K、E484A、F486P、F490S、Q498R、N501Y、Y505H、D614G、H655Y、N679K、P681H、N764K、D796Y、Q954H和N969K;
(iv)所述缺失为△Y144。
3.如权利要求1或2所述的S蛋白突变体,其特征在于,所述S蛋白突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO:17所示;或,所述S蛋白突变体与如SEQ ID NO:17所示的氨基酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的同一性,并且保留如SEQ ID NO:17所示的S蛋白突变体的功能。
4.如权利要求1-3任一项所述的S蛋白突变体,其特征在于,所述S蛋白突变体还包括信号肽;
较佳地,所述信号肽位于所述S蛋白在变体的N末端;和/或,所述信号肽的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
5.一种S蛋白突变体的组合,其特征在于,所述组合包括第一突变体和第二突变体;所述第一突变体为如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体,所述第一突变体与所述第二突变体不同。
6.一种分离的核酸,其特征在于,所述核酸编码如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体;
较佳地,编码所述组合的核酸中,编码第一突变体的核酸与编码第二突变体核酸包含在同一或不同的核酸分子中。
7.如权利要求6所述的核酸,其特征在于,所述核酸为RNA,例如mRNA。
8.如权利要求7所述的核酸,其特征在于,编码所述S蛋白突变体或者第一突变体的mRNA的序列如SEQ ID NO:12-15任一所示;或,所述mRNA与如SEQ ID NO:12-15任一所示的核苷酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的同一性,并且保留如SEQ ID NO:12-15任一所示的mRNA的功能。
9.如权利要求7或8所述的核酸,其特征在于,所述mRNA的5’端包括5’UTR;和/或,所述mRNA的3’端包括3’UTR和/或3’poly(A);
较佳地,所述5’UTR的核苷酸序列如SEQ ID NO:10所示;和/或,所述3’UTR的核苷酸序列如SEQ ID NO:11所示;和/或,所述3’poly(A)的序列如SEQ ID NO:9所示。
10.如权利要求6-9任一项所述的核酸,其特征在于,其在选自下组的一个或多个位置包含修饰:5’UTR、开放阅读框、3’UTR和3’poly(A);
较佳地,所述修饰包括胞嘧啶核苷转换为5甲基胞苷,尿嘧啶核苷转换为假尿苷、N1甲基假尿苷、5-甲氧基尿苷或5甲基胞苷和假尿苷的组合;和/或,所述修饰为假尿苷修饰或N1甲基假尿苷修饰。
11.如权利要求6所述的核酸,其特征在于,所述核酸为DNA;
较佳地,编码所述S蛋白突变体或所述第一突变体的DNA的核苷酸序列如SEQ ID NO:2-5任一所示;或,所述DNA与如SEQ ID NO:2-5任一所示的核苷酸序列具有至少80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的同一性,并且保留如SEQ IDNO:2-5任一所示的DNA的功能。
12.一种重组表达载体,其特征在于,其包含权利要求6-11任一项所述的核酸;
较佳地,所述重组表达载体的骨架为质粒或病毒,所述质粒例如为pcDNA3.1。
13.一种转化体,其特征在于,其包含权利要求6-11任一项所述的核酸,或权利要求12所述的重组表达载体;
较佳地,所述转化体的出发细胞为真核细胞,优选哺乳动物细胞例如HEK293 T细胞。
14.一种制备S蛋白突变体或S蛋白突变体的组合的方法,其特征在于,所述方法包括在适合所述的S蛋白突变体表达的条件下,培养如权利要求13所述的转化体。
15.一种组合物,其特征在于,其包含(1)如权利要求6-11任一项所述的核酸,或如权利要求12所述的重组表达载体,或如权利要求13所述的转化体,和(2)递送载体。
16.如权利要求15所述的组合物,其特征在于,所述递送载体包括脂质体;和/或,所述递送载体包括脂质纳米颗粒(LNP);
较佳地,所述脂质纳米颗粒包括阳离子脂质和非阳离子脂质;
更佳地,所述阳离子脂质包括RL151和/或Dlin-MC3,所述阳离子脂质的摩尔比例如为45%至55%;和/或,所述非阳离子脂质包括磷脂和/或脂质缀合物,所述非阳离子脂质的摩尔比例如为8%至12%;
进一步更佳地,所述磷脂包括二硬脂酰基磷脂酰胆碱(DSPC);和/或,在所述递送载体中,所述磷脂的摩尔比为9%至10%;和/或,所述脂质缀合物包括聚乙二醇修饰的脂分子,例如DMG-PEG2000;和/或,在所述递送载体中,所述脂质缀合物的摩尔比为1%至2%。
17.如权利要求15或16所述的组合物,其特征在于,所述递送载体还包括胆固醇;
较佳地,在所述递送载体中,所述胆固醇的摩尔比为35%至40%。
18.如权利要求15-17中任一项所述的组合物,其特征在于,所述递送载体包含阳离子脂质、胆固醇、磷脂和脂质缀合物;
和/或,所述递送载体包含RL151、胆固醇、DSPC和DMG-PEG2000;且所述RL151、胆固醇、DSPC和DMG-PEG2000的摩尔比为50:38.5:10:1.5。
19.如权利要求15-18任一项所述的组合物,其特征在于,所述核酸为mRNA,且包载在所述递送载体中。
20.一种药物组合物,其特征在于,其包含权利要求15-19任一项所述的组合物,以及
任选地药学上可接受的载体和/或辅料。
21.一种疫苗,其特征在于,其包含如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体、如权利要求5所述的S蛋白突变体的组合、如权利要求6-11任一项所述的核酸、如权利要求12所述的重组表达载体、如权利要求13所述的转化体、如权利要求15-19任一项所述的组合物和/或如权利要求20所述的药物组合物,以及药学上可接受的佐剂。
22.如权利要求21所述的疫苗,其特征在于,所述疫苗为蛋白疫苗;
和/或,所述疫苗为核酸疫苗;
和/或,所述疫苗为DNA疫苗或mRNA疫苗。
23.一种试剂盒或药盒,其特征在于,所述试剂盒或药盒包含如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体、如权利要求5所述的S蛋白突变体的组合、如权利要求6-11任一项所述的核酸、如权利要求12所述的重组表达载体、如权利要求13所述的转化体、如权利要求15-19任一项所述的组合物、如权利要求20所述的药物组合物和/或如权利要求21或22所述的疫苗。
24.一种如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体、如权利要求5所述的S蛋白突变体的组合、如权利要求6-11任一项所述的核酸、如权利要求12所述的重组表达载体、如权利要求13所述的转化体、如权利要求15-19任一项所述的组合物、如权利要求20所述的药物组合物、如权利要求21或22所述的疫苗、和/或如权利要求23所述的试剂盒或药盒在制备用于缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病的药物中的用途。
25.如权利要求24所述的用途,其特征在于,所述药物为疫苗;
较佳地,所述疫苗为蛋白疫苗;和/或,所述疫苗为核酸疫苗;和/或,所述疫苗为DNA疫苗或mRNA疫苗。
26.一种如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体、如权利要求5所述的S蛋白突变体的组合、如权利要求6-11任一项所述的核酸、如权利要求12所述的重组表达载体、如权利要求13所述的转化体、如权利要求15-19任一项所述的组合物、如权利要求20所述的药物组合物、如权利要求21或22所述的疫苗和/或如权利要求23所述的试剂盒或药盒用于缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病。
27.一种缓解、预防和/或治疗新型冠状病毒引起的疾病的方法,其特征在于,所述方法包括向有需要的受试者施用有效量的如权利要求1-4任一项所述的S蛋白突变体、如权利要求5所述的S蛋白突变体的组合、如权利要求6-11任一项所述的核酸、如权利要求12所述的重组表达载体、如权利要求13所述的转化体、如权利要求15-19任一项所述的组合物、如权利要求20所述的药物组合物、如权利要求21或22所述的疫苗和/或如权利要求23所述的试剂盒或药盒。
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