全自动外泌体荧光检测分析技术助力开发出一种有效鼻腔新冠疫苗

    新冠疫情爆发以来，多种不同的疫苗(mRNA疫苗、慢病毒疫苗、灭活病毒等)在全世界的抗疫中发挥了重大作用。然而现有的疫苗也有一些局限性，如储存运输条件苛刻、需要接种加强针、对突变病毒不敏感等等。最近，bioRxiv发表了一篇基于细菌外泌体的新型新冠疫苗对疾病保护作用的文章，或许可以为新冠疫苗的研发提供新的思路。

    Jiang和Driedonks等^[1]通过对细菌来源的外囊泡表面修饰病毒S蛋白的受体结合结构域（RBD）制成了新型新冠疫苗。革兰氏阴性菌能够产生外膜囊泡（OMV），在哺乳动物体内具有免疫刺激作用，可诱导免疫应答发生并激活树突细胞、T细胞、B细胞等免疫细胞，而经过改造的工程菌产生的OMV内毒性非常低，避免了不良反应的发生。作者使用了一种鼠伤寒沙门氏菌株，通过Spycatcher/Spytag体系使该菌株分泌的OMV通过共价键稳定结合了病毒的RBD（图1）。

图1 （A）RBD重组抗原的设计，RBD连接到SpyTag的N端和C端；（B）RBD修饰的OMV示意图。

    研究人员在RBD-OMV制备完成后，使用全自动外泌体荧光检测分析系统Exoview检测OMV表面是否成功结合了病毒RBD。其中，检测芯片上包被了D001, D003, MM43三种病毒S蛋白以及LPS的抗体，分别用于捕获RBD-OMV和所有OMV；捕获完成后使用荧光抗体标记对D001, D003, MM43进行表型分析。最后，使用Exoview的SP-IRIS无标记成像技术检测了OMV是否被成功捕获，并通过荧光成像统计捕获的不同表型OMV的数量。

图2 RBD-OMV捕获数量及表型检测。A：SP-IRIS技术检测不同抗体捕获的OMV数量；B：荧光检测不同表型OMV数量。

图3 对照组捕获数量及表型检测。A：SP-IRIS技术检测不同抗体捕获的OMV数量；B：荧光检测不同表型OMV数量。

图4 RBD-OMV与对照组的捕获的不同表型OMV数量对比。

    图2A显示S蛋白抗体和LPS抗体均捕获到了数量相当的OMV，表示OMV以很高的效率成功结合了新冠病毒的RBD。图2B的荧光标记结果也证明了结合成功，但是结合D003的OMV数量相对较低。图3A和图3B的对照组结果表示仅有LPS抗体能够捕获到OMV，并且几乎没有荧光标记，表面对照组OMV上没有结合RBD，将RBD-OMV与对照组的数据统计对比（图4），说明RBD-OMV疫苗的特异性非常好。

    RBD-OMV疫苗制备完成后，研究人员使用仓鼠模型对疫苗接种的效果进行了检测。实验分为三组：接种疫苗的实验组（RBD-OMV），接种溶剂的溶剂对照组（mock）和接种未结合RBD的OMV的空白对照组（Ctrl-OMV）。研究人员对不同组别分别接种后，使用病毒感染仓鼠，并进行了一系列测试以验证疫苗效果。

图5 RBD-OMV与mock、Ctrl-OMV的体重。A&B：接种完成后，病毒感染前的体重记录；C&D：病毒感染后的体重变化。

    体重检测结果显示，在病毒感染前，三组仓鼠的体重，无论雄性和雌性，随时间均没有显著改变（图5A&B）；病毒感染后，RBD-OMV组体重没有下降，而mock与Ctrl-OMV组体重下降，在第三、四天达到显著（图5C&D）。

图6 A：接种后Day42的抗S-RBD IgG滴度；B：抗S-RBD   IgG滴度随时间的变化；C&D&E：Day48的BAL中抗S-RBD   IgG/IgM/IgA的滴度；F：病毒中和抗体测试的中和抗体滴度随时间的变化；G：Day35 WT和Delta病毒株的中和抗体滴度比较。

    血浆S-RBD IgG滴度测试结果显示，接种后42天，RBD-OMV组的血浆S-RBD   IgG滴度更高，而两个对照组的滴度位于检测限度以下（图6A）。为检测呼吸道黏膜的抗体水平，研究人员检测了肺泡灌洗液（BAL）的抗体滴度，RBD-OMV组中可检测到IgG/IgM/IgA，两个对照组则未检测到。中和抗体测试表明，WT病毒株感染的抗体滴度与14天开始上升，于28天达到峰值并可保持到35天（图6F）；抗体的中和活性在Delta和WT中没有显著差异（图6G）。

图7A：肺部组织中的病毒滴度；B：BAL中的病毒滴度

    TCID50检测结果显示，肺部组织（图7A）和BAL（图7B）中RBD-OMV组病毒滴度显著低于两个对照组，BAL组已达到检测最低限度。

图8 A：Day48不同组别仓鼠的肺部形态；B&C：H&E染色结果及病变积分。

    于48天处死仓鼠并分离肺部，肉眼观察可见RBD-OMV组的炎症和出血病灶少于两个对照组，具有更少的肺泡水肿（图8A）；肺组织切片的H&E染色结果也显示，RBD-OMV组的炎症、出血病灶和肺泡萎陷更少，且雄性的病变积分更低（图8B&C）。

    以上所有检测结果表明，这种RBD-OMV疫苗可诱导抗体分泌，分泌的抗体能够中和野生型和Delta亚种病毒，证明了疫苗具有保护作用。OMV等外泌体疫苗具有如下优势：

• 产量高：细菌复制快，且能够大量分泌OMV；

• 多功能：表面可修饰多种抗原；

• 组分构成简单：疫苗不需要其他佐剂；

• 稳定性高：在室温下也能够保持稳定，可以冻干粉末的形式在低温长期保存。

    以上结果说明，基于OMV的外泌体疫苗具有广泛的应用前景，可作为阻断新冠肺炎以及其他传染病传播的有效手段。

    在这项研究中，作者使用Exoview系统对结合了重组RBD的OMV进行了表征分析，确定OMV上成功结合了新冠病毒的RBD。Exoview在外泌体疫苗开发中，可快速准确地表征外泌体，并统计不同表型外泌体数量并计算其比例，适合作为多组分外泌体疫苗的标准检测手段。   

参考文献：

[1]. Linglei Jiang, Tom Driedonks, Maggie Lowman, Wouter S.P. Jong, ... & Kenneth W. Witwer. (2021). A bacterial extracellular vesicle-based intranasal vaccine against SARS-CoV-2 protects   against disease and elicits neutralizing antibodies to wild-type virus and Delta variant. bioRxiv. .

全自动外泌体荧光检测分析系统（ExoView R100）简介

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