病毒样颗粒疫苗(VLP)由于具有类似病毒的结构，在新冠肺炎大流行期间显示出巨大的潜力，被认为是下一代抗病毒疫苗技术。目前基于重组蛋白的病毒样颗粒疫苗虽然能够提供更高的蛋白活性和更精确的表位刺激，但存在制备耗时较长和工艺复杂的问题，这限制了其在大流行爆发时的快速投放。根据WHO于2023年3月30日公布的数据，临床期SARS-CoV-2候选疫苗中只有4%是VLP疫苗。而新开发的模块化分子组装方法，如基于Spy-Tag技术组装的VLP，还需要进一步对亚基蛋白进行遗传设计和修饰，无法实现从亚基蛋白到VLPs的直接转变。

为此，长春应化所的会员提出了基于合成聚合物纳米颗粒和点击化学偶联的两步法制备VLP纳米颗粒疫苗的方法。使用FDA批准的聚乙二醇-b-聚乳酸(PEG-b-PLA)组装制备纳米颗粒载体，使用SARS-CoV-2亚基受体结合域(RBD)蛋白作为抗原，两步法重构病毒样颗粒疫苗(VPNVax)。该VPNVax平台不需要基因改造修饰即可将RBD蛋白快速稳定地装载到纳米颗粒载体表面，与基于重组蛋白技术的病毒样颗粒疫苗相比，聚合物纳米载体具有较低的异质免疫原性，可以快速批量生产，并且具有更大的灵活性，使得在出现不同病毒变体时快速替换抗原并构建匹配的疫苗成为可能（图1）。

图1. 基于合成材料的仿病毒纳米颗粒疫苗（VPNVax）的制备方法

利用纳米沉淀法组装制备稳定的PEG-b-PLA胶束颗粒，在其表面加载抗原制备得到VPNVax；参考Fibonacci球点阵算法对纳米疫苗建立了三维球晶格模型，根据球半径R和分布点数N计算出疫苗实际价数，并证明斐波那契球格拟合模型的准确性；根据此模型，可得出不同抗原加载下VPNVax的价态分布规律；透射电子显微镜观察到所制备的纳米颗粒疫苗具有非常类似于病毒颗粒的形貌（图2）。

图2. VPNVax纳米颗粒疫苗的制备及表征

使用Delta变异株RBD作为抗原，选择最优价数制备VPNVax疫苗。研究人员对游离RBD抗原和VPNVax疫苗组进行比较，证明在单针和两次给药后，相同剂量下VPNVax疫苗激活了显著优于游离RBD组的体液免疫响应，且能在低剂量下获得高抗体反应。增强注射后，VPNVax疫苗组平均滴度可达等剂量游离RBD组的30倍，并保持长达180天的高滴度水平（图3）。

图3. VPNVax负载SARS-CoV-2变异株RBD蛋白制备得到疫苗的体内免疫水平测试。

进一步探究VPNVax对淋巴结的长时和强效刺激，研究人员对抗原在淋巴结中的滞留情况进行追踪，证实与快速清除的游离抗原组以及铝佐剂组相比，VPNVax组可实现抗原在淋巴结内长达14天的滞留。这种延长的抗原保留和分布模式有利于其被滤泡树突状细胞捕获，生成快速且强大的生发中心反应，增加抗原与B细胞的接触时间，从而诱导更为强烈的体液免疫响应（图4）。

图4. VPNVax纳米颗粒疫苗的淋巴结驻留及引起的生发中心反应。

研究人员利用以PLA为核心的聚合载体的灵活性和可设计性，进一步优化VPNVax以提升其免疫效力。首先，在疏水聚乳酸纳米核上加载免疫佐剂，进一步增强免疫效果；其次，作为合成材料，通过手性调控等明确可控的化学分子设计，可以赋予PLA载体更多的功能。结果证明，在聚乳酸纳米核中装载TLR7/8激动剂R848或IMDQ后，oVPNVax@R848-RBD和oVRNVax@IMDQ-RBD诱导的抗原特异性抗体滴度水平比单独的oVPNVax-RBD组高约10倍，并能同时激活Th1介导的细胞免疫响应。证实了该纳米疫苗平台具有优越的可开发性和免疫效力潜力（图5）。

图5. VPNVax担载免疫激动剂或采用手性PLA制备的纳米颗粒疫苗的体内免疫活性测试。

该研究成果以Modularized viromimetic polymer nanoparticle vaccines (VPNVaxs) to elicit
durable and effective humoral immune responses为题在线发表于National Science Review（doi: 10.1093/nsr/nwad310）。中国科学院长春应用化学研究所黄子超博士为本文第一作者，长春兽医研究所田明尧副研究员，中国科学院长春应用化学研究所宋万通研究员(第十批会员)和陈学思院士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会、长春市科技局等项目的支持。