TWI797603B - 免疫組合物 - Google Patents
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Abstract
提供一種免疫組合物、SARS-CoV-2疫苗及載體。該免疫組合物包含
重組蛋白或編碼該重組蛋白之核酸分子,該重組蛋白包括一段序列,該序列選自由SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4及由多核苷酸所編碼之與SEQ ID NO:1-4具有至少80%同源性的任何多胜肽所組成之群,其中該重組蛋白含有IgG1 Fc蛋白片段,該IgG1 Fc蛋白片段具有至少六個胺基酸的長度。SARS-CoV-2疫苗包含該重組蛋白或編碼該重組蛋白之核酸分子。該載體包含編碼該重組蛋白之核酸分子。藉由上述免疫組合物、SARS-CoV-2疫苗及載體,可以誘導針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體產生。
Description
本發明係關於一種免疫組合物,尤其是一種用於針對冠狀病毒的免疫組合物。
新冠肺炎(Coronavirus Disease 2019,COVID-19)為一種由嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒2(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2,以下簡稱SARS-CoV-2)所引起的傳染性疾病。由於SARS-CoV-2在全世界快速傳播,並且讓世界衛生組織(World Health Organization,WHO)在2020年1月30日宣告有全球性健康緊急事件發生,使得SARS-CoV-2所引發的健康緊急事件已經引起嚴重關注。因此,為了應付新冠肺炎的準備來開發有效的疫苗在當前為一種急迫需要。
SARS-CoV-2為一種正鏈單股RNA病毒,其屬於網巢病毒目中冠狀病毒科家族之正冠狀病毒子家族的beta亞科(betacoronavirus,beta-CoVs)((2018).Arch.Virol.163,2601-2631)。嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒(SARS-CoV)和中東呼吸道症候群冠狀病毒(MERS-CoV)也屬於beta-CoVs(N Engl J Med.2003 May 15;348(20):1967-76.;N Engl J Med.2012 Nov 8;367(19):1814-20)。特別是,SARS-CoV和SARS-CoV-2都是透過位於病毒外膜上的棘蛋白
(spike protein)中之受體結合域(receptor-binding domain,RBD)與細胞上的血管收縮素轉化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)交互作用的調節作用,使其能夠進入宿主細胞中。
為了開發出一種針對新冠肺炎的疫苗,本發明之目的即提供一種免疫組合物,其包含重組蛋白或編碼該重組蛋白之核酸分子,該重組蛋白包括一段序列,該序列選自由SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4及由多核苷酸所編碼之與SEQ ID NO:1-4具有至少80%同源性的任何多胜肽所組成之群,其中該重組蛋白含有IgG1 Fc蛋白片段,該IgG1 Fc蛋白片段具有至少六個胺基酸的長度。
如上所述的免疫組合物,其中該IgG1 Fc蛋白片段具有十二至十八個胺基酸的長度。
如上所述的免疫組合物,其中該重組蛋白與分泌訊號胜肽融合。
如上所述的免疫組合物,進一步包含免疫化合物、佐劑、藥學上可接受的載體、穩定劑或保存劑。
為達上述目的及其他目的,本發明提供一種SARS-CoV-2疫苗,其包含:重組蛋白或編碼該重組蛋白之核酸分子,該重組蛋白包括一段序列,該序列選自由SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4及由多核苷酸所編碼之與SEQ ID NO:1-4具有至少80%同源性的任何多胜肽
所組成之群,其中該重組蛋白含有IgG1 Fc蛋白片段,該IgG1 Fc蛋白片段具有至少六個胺基酸的長度。
如上所述的疫苗,其中該IgG1 Fc蛋白片段具有十二至十八個胺基酸的長度。
如上所述的疫苗,其中該重組蛋白與SARS-CoV-2的核殼磷蛋白(nucleocapsid phosphoprotein protein)、封套蛋白(envelope protein)或膜蛋白(membrane protein)融合。
如上所述的疫苗,其中由該核酸分子編碼之重組蛋白與SARS-CoV-2的核殼磷蛋白、封套蛋白或膜蛋白融合。
如上所述的疫苗,進一步包含免疫化合物、佐劑、藥學上可接受的載體、穩定劑或保存劑。
為達上述目的及其他目的,本發明提供一種載體,其包含核酸分子,該核酸分子編碼重組蛋白,該重組蛋白包括一段序列,該序列選自由SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4及由該多核苷酸所編碼之與SEQ ID NO:1-4具有至少80%同源性的任何多胜肽所組成之群,其中該重組蛋白含有IgG1 Fc蛋白片段,該IgG1 Fc蛋白片段具有至少六個胺基酸的長度。
如上所述的載體,其中由該核酸分子編碼之重組蛋白與SARS-CoV-2的核殼磷蛋白、封套蛋白或膜蛋白融合。
如上所述的載體,其中該載體選自由桿狀病毒、痘瘡病毒、禽痘病毒、腺病毒、α病毒、棒狀病毒和疱疹病毒所組成之群。
如上所述的載體,其中該載體為桿狀病毒。
為達上述目的及其他目的,本發明提供一種免疫組合物,其包含核酸分子,該核酸分子包括一段序列,該序列選自由SEQ ID NO:6、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:8及SEQ ID NO:9所組成之群。
藉由如上所述的免疫組合物、疫苗及載體,可以誘導針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體產生,並且用於對抗新冠肺炎。
圖1示出RBD-Fc的胺基酸序列(SEQ ID NO:1)。
圖2示出S2△TM-Fc的胺基酸序列(SEQ ID NO:2)。
圖3示出S1-Fc的胺基酸序列(SEQ ID NO:3)。
圖4示出S△TM-Fc的胺基酸序列(SEQ ID NO:4)。
圖5示出分泌訊號胜肽的胺基酸序列(SEQ ID NO:5)。
圖6示出RBD-Fc、S2△TM-Fc、S1-Fc和S△TM-Fc的DNA膠體電泳影像。
圖7示出被病毒感染的細胞增生趨勢。
圖8示出呈現於西方墨點法分析影像中之感染後第三天、第四天及第五天的疫苗候選物表現量。(A)RBD-Fc;(B)S2△TM-Fc;(C)S1-Fc;(D)S△TM-Fc。
圖9示出已純化疫苗候選物之SDS-PAGE(左)和西方墨點法分析(右)的影像。箭頭指出所表現蛋白的預期位置。(A)RBD-Fc;(B)S2△TM-Fc;(C)S1-Fc;(D)S△TM-Fc;(S)樣本液體;(FT)流經液體;(W)清洗液體;(E)沖提液。
圖10示出血清中的中和抗體效價,該血清來自於已免疫化的小鼠之血液樣本。
圖11示出以來自於已免疫化的小鼠其針對新冠肺炎病毒的抗血清進行病毒溶斑抑制中和試驗(plaque reduction neutralization test,PRNT)之結果。
圖12示出SARS-CoV-2之核殼磷蛋白的氨基酸序列(SEQ ID NO:10)、封套蛋白的氨基酸序列(SEQ ID NO:11)或膜蛋白的氨基酸序列(SEQ ID NO:12)。
圖13示出RBD-Fc的DNA序列(SEQ ID NO:6)。
圖14示出S2△TM-Fc的DNA序列(SEQ ID NO:7)。
圖15示出S1-Fc的DNA序列(SEQ ID NO:8)。
圖16示出S△TM-Fc的DNA序列(SEQ ID NO:9)。
為幫助瞭解本揭示內容之目的、特徵及功效,提供用於詳細描述本揭示內容之實施例及所附圖式。
疫苗候選物的表現
首先,設計四個疫苗候選物的DNA序列,該等DNA序列分別編碼重組蛋白RBD-Fc、重組蛋白S2△TM-Fc、重組蛋白S1-Fc和重組蛋白S△TM-Fc。圖13示出RBD-Fc的DNA序列。圖14示出S2△TM-Fc的DNA序列。圖15示出S1-Fc的DNA序列。圖16示出S△TM-Fc的DNA序列。
疫苗候選物是根據SARS-CoV-2棘蛋白(spike protein)(存取編號:NC_045512)的胺基酸序列所設計的。在此,RBD-Fc代表SARS-CoV-2的棘蛋白之受體結合域與IgG1恆定重鏈2和恆定重鏈3(Fc蛋白)融合,
RBD-Fc的胺基酸序列在圖1中示出;S2△TM-Fc代表SARS-CoV-2的棘蛋白之刪除跨膜蛋白的S2次單元與Fc蛋白融合,S2△TM-Fc的胺基酸序列在圖2中示出;S1-Fc代表SARS-CoV-2的棘蛋白之S1次單元與Fc蛋白融合,S1-Fc的胺基酸序列在圖3中示出;S△TM-Fc代表SARS-CoV-2之刪除跨膜蛋白的棘蛋白與Fc蛋白融合,S△TM-Fc的胺基酸序列在圖4中示出。基於疫苗生產的目的,所有疫苗候選物的構築體皆與分泌訊號胜肽(secreted signal peptide)融合,分泌訊號胜肽位於重組蛋白的N端,Fc序列位於重組蛋白的C端。分泌訊號胜肽的胺基酸序列在圖5中示出。然而,在其他實施例中,分泌訊號胜肽並非必要。
其次,上述四個疫苗候選物的DNA序列分別轉殖到pFastBac 1載體中。在其他實施例中,該載體可以選自痘瘡病毒(vaccinia virus)、禽痘病毒(avipoxvirus)、腺病毒(adenovirus)、α病毒(alphavirus)、棒狀病毒(rhabdovirus)、疱疹病毒(herpesvirus)或其他已知適合的載體系統。
四個分別含有各個上述疫苗候選物DNA序列之pFastBac 1載體被轉型(transformed)到大腸桿菌菌株DH10Bac中,用以產生含有上述四個疫苗候選物的DNA序列之重組Bacmid DNA。重組Bacmid DNA透過PCR分析鑑別。如圖6所示,M表示分子量標記,數字「1」、「2」及「3」表示大腸桿菌菌株的編號,上述重組Bacmid DNA由上述大腸桿菌菌株中獲得,RBD-Fc、S2△TM-Fc、S1-Fc和S△TM-Fc的理論重組Bacmid DNA大小分別為3,809bps、4,700bps、5,159bps和6,743bps。經確定之RBD-Fc、S2△TM-Fc、S1-Fc和S△TM-Fc的重組Bacmid DNA大小則分別為3,900bps、4,800bps、5,200bps和6,800bps,其與上述理論重組Bacmid DNA大小相對應。上
述重組Bacmid DNA轉型及PCR分析是根據Bac-to-BacTM桿狀病毒表現系統使用者指引(Bac-to-BacTM Baculovirus Expression System USER GUIDE)進行。
接著,分別將含有各個上述四個疫苗候選物的DNA序列之重組Bacmid DNA轉染(transfected)到秋行軍蟲(S.frugiperda)細胞中(sf9細胞)用於桿狀病毒生產。桿狀病毒由DNA序列鑑別。上述重組Bacmid DNA的轉染是根據Bac-to-BacTM桿狀病毒表現系統使用者指引進行。
最後,以分別具有0.1、0.001和0.0001的病毒感染劑量(multiplicity of infection,MOI)之含有上述四個疫苗候選物DNA序列的桿狀病毒感染sf9細胞持續五天,被病毒感染的細胞增生趨勢於圖7中示出。在感染後的第三天、第四天及第五天的時間點,收集被感染的sf9細胞以確認疫苗候選物的表現量,在被感染的sf9細胞中合成之蛋白透過西方墨點法偵測,結果示於圖8,蛋白質基準點位置和以千道耳頓(kilodaltons,kda)表示的蛋白質大小指出,55kda(A:RBD-Fc)的重組蛋白、110kda(B:S2△TM-Fc)的重組蛋白、130kda(C:S1-Fc)的重組蛋白和170kda(D:S△TM-Fc)的重組蛋白部分為細胞中主要合成的蛋白。上述的西方墨點法分析根據參考文獻「A Guide to Polyacrylamide Gel Electrophoresis and detection(Bio-Rad)」進行。
疫苗候選物的生產
準備sf9細胞,sf9細胞在insect-XPRESS無蛋白培養基(insect-XPRESS Protein-free media(Lonza Ltd))中,27℃環境下,生長到3.5~5×106細胞/mL的密度。sf9細胞被具有0.1~0.0001的病毒感染劑量(MOI)之含有上述四個疫苗候選物DNA序列的桿狀病毒表現載體感染,用以生產疫苗候選物。在感染sf9細胞期間,疫苗候選物在桿狀病毒多角體蛋白啟動子的轉錄控制下生
產疫苗候選物。sf9細胞在感染後72~96小時透過以6,000 x g離心15分鐘被收取。sf9細胞的懸浮液儲存在4℃環境中。
疫苗候選物RBD-Fc的純化
在此實施例中,將純化RBD-Fc,RBD-Fc為非變性的且適於作為將進行蛋白A親和性層析(protein A affinity chromatography)之用於人類用途的冠狀病毒疫苗成分。將使用下列流程來從被重組桿狀病毒感染的sf9細胞中純化出RBD-Fc。
根據上述「疫苗候選物的表現」流程,準備2L的含有RBD-Fc之受感染sf9細胞的培養液,將被感染的sf9細胞的初始細胞濃度為1.0 x 106細胞/mL,sf9細胞接著被感染持續三天,直到sf9細胞的被感染細胞濃度達到4.0 x 106細胞/mL(存活率40-60%,MOI=0.1)。受感染sf9細胞的培養液以9,000 x g離心20分鐘,以獲得上清液,以過濾器(0.22μm的孔徑)過濾該上清液以獲得樣本液體。
準備填有20mL蛋白A樹脂(Eshmuno A,Merck Millipore)的pharmacia XK 16/40管柱,並將其安裝到AKTA純化層析系統上。上述樣本液體以20mL/分鐘的流速(精確度(PreC):0.30Mpa)加入到管柱中,收集流經的液體。在將上述樣本液體倒入到管柱中後,以PBS(pH 7.3)進一步清洗管柱,直到清洗液體在280nm的UV吸光值返回到基準線。流經管柱的清洗液體也被收集。在清洗管柱之後,將作為沖提液的檸檬酸溶液(0.3M)倒入管柱中以獲得與蛋白A結合之含有RBD-Fc的沖提液。
由於雜質蛋白也會流經管柱進到沖提液中,因此將先前含有RBD-Fc的沖提液再一次利用大約5倍管柱體積的100mM檸檬酸(pH 3.0)從
蛋白A樹脂管柱中沖提出,並且該沖提液以1M Tris-HCl(pH 9.0)中和。樣本液體、流經液體、清洗液體和沖提液透過SDS-PAGE分析如下。將樣本液體、流經液體、清洗液體和沖提液中的蛋白置於存在有2%的十二烷基硫酸鈉和5%的β-巰基乙醇之滾水浴中持續10分鐘以打斷(disrupte)蛋白質,接著透過SDS-PAGE(存在有0.1% SDS之10%的聚丙烯醯胺凝膠)分析樣本液體、流經液體、清洗液體和沖提液中的蛋白,最後以考馬斯藍(Coomassie blue)染色。SDS-PAGE分析是根據參考文獻「A Guide to Polyacrylamide Gel Electrophoresis and detection(Bio-Rad)」進行。
S2△TM-Fc、S1-Fc和S△TM-Fc的純化以與RBD-Fc純化流程相同之流程進行。
四個疫苗候選物的純化結果如圖9所示。純化的疫苗候選物透過上述流程獲得。
在其他實施例中,其他已知的蛋白質純化技術也可以應用於純化上述疫苗候選物。
來自於已免疫化的小鼠其針對SARS-CoV-2病毒的抗血清之病毒溶斑抑制中和試驗(plaque reduction neutralization test,PRNT)
首先,準備十二組C57BL/6小鼠(7周大,雌性,重量為18~22克),各組含有十隻小鼠,透過肌肉內注射20μg的疫苗候選物(溶於50μl的PBS)使五組小鼠被免疫化三次;透過肌肉內注射20μg的疫苗候選物(溶於50μl的PBS,PBS中含有作為佐劑的氫氧化鋁)使五組小鼠被免疫化三次;一組小鼠被肌肉內注射含有氫氧化鋁之50μl的PBS三次;一組小鼠僅被肌肉內注射50μl的PBS三次。上述免疫化條件在表1中列出。
其次,在免疫化的時間點,第1、6及7組的小鼠被採血以偵測中和抗體效價。結果示出於圖10中,被施予RBD-Fc和佐劑的第7組小鼠具有較高抗體效價。
最後,將十二組單層vero E6細胞預先接種於一24孔盤中的12孔內作為實驗組。將獲自上述被免疫化三次的12組小鼠之0.1mL的測試血清分別與100PFU/0.1mL的SARS-CoV-2病毒(由國立台灣大學醫學院醫學檢驗暨生物技術學系Sui-Yuan Chang教授提供)混合,並且在37℃下培養60分鐘。接著,十二組SARS-CoV-2病毒和測試血清的混合物分別加入十二組實驗組中。同時,設立用於各個檢驗的十二組正控制組孔(vero E6細胞與100PFU的SARS-CoV-2病毒在不加入上述血清的條件下於37℃環境中共同培養60分鐘)作為正控制組,以確定上述細胞單層的感染度。隨後,去除十二個實驗組和十二個正控制組中的培養基,接著將覆蓋培養基(overlay medium)加入十二個實驗組和十二個正控制組中。具有十二個實驗組和十二個正控制組的24孔盤
在37℃、5%的CO2中持續培養六天,並且在第六天計算病毒溶斑。病毒溶斑抑制中和試驗的結果示於圖11中,其證實當實驗組含有與Fc蛋白融合的RBD結構域時(第1、3-5、7和9-10組),可以有效地誘導針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體產生,含有與Fc蛋白融合的RBD結構域及佐劑之實驗組的功效更好,並且與Fc蛋白融合的S2△TM-Fc及佐劑的組合也可以誘導針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體產生。
此外,用於SARS-CoV-2的SARS-CoV-2重組蛋白片段也可以被設計成與RBD、S1蛋白、S2蛋白或棘蛋白具有至少80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的相似度;用於SARS-CoV-2的Fc蛋白片段也可以被設計成具有至少六個胺基酸的長度,並且較佳地具有在12至18個胺基酸之間的長度。Fc蛋白片段的長度。Fc蛋白片段的長度可以是6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18個胺基酸。
圖12示出SARS-CoV-2的核殼磷蛋白(nucleocapsid phosphoprotein protein)、封套蛋白(envelope protein)和膜蛋白(membrane protein)。為了新冠肺炎疫苗的應用,SARS-CoV-2的核殼磷蛋白、封套蛋白和膜蛋白也能夠被設計成新冠肺炎疫苗的一部分,亦即,SARS-CoV-2的核殼磷蛋白、封套蛋白和膜蛋白可以與上述疫苗候選物融合。
如在本文中所使用的,兩個胺基酸序列之間的「同源性百分比(percent homology)」是使用在參考文獻(Karlin and Altschul,Proc,Natl.Acad.Sci.USA 87:2264-2268,1990)中描述的,並且如參考文獻(Karlin and Altschul,Proc,Natl.Acad.Sci.USA 90:5873-5877,1993)進行修改的演算法來確定的。這種演算
法整合於參考文獻(Altschul et al.,J.Mol.Biol.215:403-410,1990)的NBLAST和XBLAST程式中。BLAST蛋白質搜尋以XBLAST程式執行,分數=50,字長度=3,以獲得與參考多胜肽同源的胺基酸序列。為了用於比對目的之間隔對準,使用在參考文獻(Altschul et al.,Nucleic Acids Res.25:3389-3402,1997)中描述之間隔的BLAST。當使用NBLAST和XBLAST程式時,使用各別程式的除錯參數(例如,XBLAST和NBLAST)。見www.ncbi.nlm.nih.gov網站。
如上所述,與Fc蛋白融合的SARS-CoV-2重組蛋白誘導針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體產生,並且其可以被用於作為針對新冠肺炎的疫苗(COVID-19)
當本揭示內容已經以具體實施例的方式描述,本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以在不脫離在請求項中說明之本揭示內容的範圍和精神情況下,進行多種修改和變體。
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Claims (9)
- 一種免疫組合物,包含:重組蛋白,其由一段序列組成,該序列為SEQ ID NO:1;或編碼該重組蛋白之核酸分子。
- 如請求項1所述的免疫組合物,其中該重組蛋白與分泌訊號胜肽融合。
- 如請求項1所述的免疫組合物,進一步包含免疫化合物、佐劑、藥學上可接受的載體、穩定劑或保存劑。
- 一種新冠肺炎疫苗,包含:重組蛋白,其由一段序列組成,該序列為SEQ ID NO:1;或編碼該重組蛋白之核酸分子。
- 如請求項4所述的疫苗,進一步包含免疫化合物、佐劑、藥學上可接受的載體、穩定劑或保存劑。
- 一種載體,其包含核酸分子,該核酸分子編碼重組蛋白,該重組蛋白由一段序列組成,該序列為SEQ ID NO:1。
- 如請求項6所述的載體,其中該載體選自由桿狀病毒、痘瘡病毒、禽痘病毒、腺病毒、α病毒、棒狀病毒和疱疹病毒所組成之群。
- 如請求項7所述的載體,其中該載體為桿狀病毒。
- 一種免疫組合物,包含:核酸分子,其由一段序列組成,該序列為SEQ ID NO:6。
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