[发明专利]一种实现铁蛋白纳米颗粒可控自组装的方法以及基于该方法搭建的纳米颗粒抗原展示平台

说明书

本发明公开了一种实现铁蛋白纳米颗粒可控自组装的方法以及基于该方法搭建的纳米颗粒抗原展示平台，属于生物技术领域。本发明通过阻断幽门螺旋杆菌铁蛋白单体在铁蛋白纳米颗粒三重轴上的相互作用，阻断其自发组装过程的进行。本发明开发的调控铁蛋白纳米颗粒自组装过程的方法可用于设计多种铁蛋白可控自组装纳米颗粒，基于此方法开发的可控自组装纳米颗粒与共价连接技术相结合搭建的‘即插即用’型纳米颗粒抗原展示平台能够高效、可控、有序展示两种不同抗原，此纳米颗粒抗原展示平台是未来可用于通用疫苗研发的极具潜力的工具。

技术领域

本发明涉及一种实现铁蛋白纳米颗粒可控自组装的方法以及基于该方法搭建的纳米颗粒抗原展示平台，属于生物技术领域。

背景技术

频发的病毒性传染病不断对全球的公共卫生安全及世界经济造成巨大的威胁。

自18世纪末英国医生爱德华·詹纳发现感染过牛痘的牛奶工不会感染天花，发明‘牛痘接种术’并提出‘预防接种’的方法之后，疫苗学正式诞生。疫苗的发明及预防接种是人类公共卫生最伟大的成就之一，接种疫苗更是在对抗病毒性传染病时最有效的预防、控制手段¹。自疫苗学诞生200多年以来，疫苗不断发展，从第一代的传统减毒活疫苗及灭活疫苗，到第二代的重组亚单位蛋白疫苗，再到第三代的核酸疫苗，疫苗接种每年能够拯救多达数百万人的生命²。然而，过去常用的减毒活疫苗的开发过程需要将病毒进行特殊处理，并经多次传代后从后代中鉴定出可用的毒性较弱的毒株，前期的病原体传代及鉴定过程耗时耗力，很难在短期内完成早期产品的开发，并且减毒活疫苗可能出现毒力返祖现象，存在由于毒力恢复从而导致疾病爆发的安全风险。灭活疫苗的研发过程耗时周期较短，虽然经过物理或化学方法灭活的病毒无感染毒力、使用较为安全，但灭活的过程导致病毒仅能保留部分的免疫原性，导致灭活疫苗需要在使用佐剂辅助的情况下大剂量多次接种，且有可能造成抗体依赖增强(antibody-dependent enhancement,ADE)效应，导致病毒感染加重。重组亚单位疫苗成分简单、安全性较高，但免疫原性较弱，通常需要在佐剂辅助下多次接种。核酸疫苗具有研发周期短、生产技术简单、成本低廉等优点，但其有效性和潜在的安全风险及副作用还需要在实际临床应用中进一步观察验证。因此，近年来，在疫苗研发的过程中越来越多的目光聚焦于纳米技术的应用。由于纳米颗粒的大小、形状等理化性质特点有利于抗原的展示与递呈，基于纳米颗粒开发的纳米颗粒疫苗在具有较好的安全性的同时有着较强的免疫原性及稳定性，有望克服上述现有疫苗的缺点，为开发下一代疫苗提供了新的思路及可能性^3,4。

有研究表明，抗原高密度且有序的排布于纳米颗粒表面能诱导更加有效的体液免疫反应及广谱中和免疫应答⁵。在纳米颗粒中，具有良好的安全性、生物相容性并且易于工程化改造的蛋白质自组装纳米颗粒作为抗原展示平台被广泛应用于下一代疫苗的研发。蛋白质自组装纳米颗粒是一种能通过融合表达或共价连接方式高效展示抗原的有力工具，抗原装饰的纳米颗粒与天然病原体形状、大小相似，有利于抗原递呈及辅助性T细胞的活化⁶。

幽门螺旋杆菌铁蛋白是一种由24个相同的铁蛋白亚基组成的中空纳米蛋白笼，其与人铁蛋白同源性较低，被广泛关注和运用的蛋白自组装纳米颗粒抗原展示和递送平台⁷，目前，NCT03186781及NCT03814720这两种基于幽门螺旋杆菌铁蛋白开发的纳米颗粒疫苗已经完成了一期临床试验，另外还有数种基于幽门螺旋杆菌铁蛋白开发的纳米颗粒疫苗处于招募或一期临床试验阶段，由此可见，幽门螺旋杆菌铁蛋白在疫苗研发领域有着广阔的应用前景。

然而，基于铁蛋白的纳米颗粒疫苗设计也存在着比较明显的局限性：常用的将抗原展示于铁蛋白纳米颗粒表面的方法包括融合表达或共价连接，由于铁蛋白单体在表达后便自发组装为完整的24聚体纳米颗粒，关于铁蛋白自组装过程及其调控的研究甚少，目前还无法实现铁蛋白纳米颗粒的可控组装。因此，在基于铁蛋白的纳米颗粒疫苗设计过程中，铁蛋白自组装的特性使得将多种不同抗原在铁蛋白纳米颗粒表面进行可控和有序装配变得极为困难，导致基于铁蛋白的多价疫苗及通用疫苗的优化设计、研发受到阻碍。