在与病毒这场持久战中,疫苗作为人类的强大武器之一,始终在保护我们的健康。无论是曾经肆虐全球的天花病毒,还是现在依然困扰人类的流感病毒,疫苗都在其中扮演着至关重要的角色。病毒的结构简单,仅由蛋白质外壳和内部的遗传物质(DNA或RNA)组成。蛋白质不仅保护遗传物质免受宿主免疫系统的攻击,还帮助病毒进入宿主细胞,完成复制等过程。没有遗传物质的病毒蛋白质则无法感染,但可通过免疫系统进行识别,进而激发免疫反应。基于此,科学家们研发了病毒疫苗,为免疫系统的提前训练铺平道路。
基于蛋白结构的疫苗设计理念
传统疫苗设计大多依赖经验,但随着结构生物学和免疫学的进步,基于蛋白抗原结构的疫苗设计理念逐渐兴起。这种新方法能够提供病毒表面蛋白的原子级结构信息,并快速筛选单克隆抗体,设计出更有效、更稳定且针对性强的疫苗。高分辨率的结构能够揭示与中和抗体结合的电荷表面及相应结合位点。通过对病毒蛋白结构的分析,科研人员能够确定哪些亚结构必须保持完整,哪些可以优化改进。以流感疫苗为例,主要针对病毒的三种表面蛋白:血凝素(HA)、神经氨酸酶(NA)和基质蛋白2(M2),利用结构疫苗学进行抗原设计,力求获得稳定、高效且具备跨亚型保护作用的重组抗原。
成功案例:呼吸道合胞病毒(RSV)疫苗
呼吸道合胞病毒疫苗的研发成功见证了结构学设计理念的应用。目前已经获得许可的RSV疫苗,其免疫原为F蛋白。早在20世纪60年代,科研人员便开始探索RSV疫苗,但由于早期反应疾病(ERD)影响,进展缓慢。结构性疫苗的提出和RSV F蛋白稳定结构的成功,推动了近十年来RSV疫苗的显著突破。F蛋白存在于两种主要构象:融合前构象(pre-F)和融合后构象(post-F)。2013年,科学家McLellan利用X射线晶体学确定了F蛋白的精确形状,发现其在细胞内的表现变化。
通用流感疫苗的前景
通用流感疫苗的研发重点包括HA、NA及基质蛋白M2的胞外区等。血凝素(HA)作为流感病毒表面的糖蛋白,较易发生抗原漂移,而不同亚型间HA的茎部则高度保守,因此去掉HA顶部区域能够引起广泛的免疫反应,适用于通用流感疫苗的研发。此外,神经氨酸酶(NA)作为流感病毒的另一种表面糖蛋白,它的保守性让其成为抗病毒药物开发的重要靶点。基质蛋白M2的外部区域M2e含有23个高度保守的氨基酸,因而成为研发通用流感疫苗的热门靶点。
截至2025年1月7日,根据明尼苏达大学传染病研究与政策中心(CIDRAP)的数据,全球已有165款通用流感疫苗在临床前研究阶段,42款进入临床阶段。其中16款、18款和8款分别处于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期临床试验中,但目前尚无通用流感疫苗产品上市。随着科学技术的不断发展以及科学家们不懈的努力,我们有充分的理由相信,未来可望研发出通用流感疫苗,从而更有效地预防流感与应对流感大流行。
尊龙凯时的疫苗研发解决方案
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