计算设计突破株特异性局限——Epigraph表位优化疫苗实现猪流感跨谱系通用防护

背景知识

猪是人流感病毒的重要中间宿主和“基因混合器”，其呼吸道同时表达禽源（α-2,3）和人源（α-2,6）唾液酸受体，使得猪源、禽源和人源流感病毒可在猪体内发生基因重配，产生具有大流行潜力的新型病毒（如2009年H1N1猪流感大流行）。当前养猪业主要依赖全病毒灭活疫苗（WIV）防控IAV-S，但此类疫苗存在明显局限：仅诱导株特异性免疫、交叉保护能力差、保护期短、生产周期长，且在某些情况下可能诱发疫苗相关增强呼吸道疾病（VAERD）。此外，H1亚型是猪群中流行率最高且遗传多样性最大的亚型，分为1A、1B等多个抗原性差异显著的谱系，现有疫苗难以提供广谱覆盖。因此，开发能够诱导广泛交叉反应性体液和细胞免疫、且保护期足以覆盖商品猪全生命周期（约6个月）的新型疫苗平台，对保障养猪业经济和公共卫生安全具有重要意义。

研究方法

研究首先利用Epigraph算法对6047条非冗余猪H1 HA序列进行表位优化，设定9聚体表位长度和三价鸡尾酒参数，生成Epigraph 1-3号免疫原，并选取3条与Epigraph序列最接近的天然WT序列作为对照。所有HA基因经密码子优化后克隆至HAdV-5载体，在HEK293细胞中制备高滴度病毒颗粒。在小鼠实验中，采用两剂次免疫（间隔3周），随后分别用属于α（1A.1）、γ（1A.3.3.3）和δ1（1B.2.2）谱系的20倍半数致死剂量（20 MLD₅₀）病毒进行鼻腔攻击，监测体重变化、存活率及肺组织病毒载量（RT-qPCR和TCID₅₀）。在猪实验中，3–4周龄商品猪随机分组，肌肉注射10¹¹病毒颗粒的Epigraph、WT或FluSure XP®，通过血凝抑制（HI）试验、ELISA和IFN-γ酶联免疫斑点（ELISpot）检测血清抗体和T细胞应答；随后用γ谱系代表株MN/2015进行异源攻毒，记录直肠温度、鼻拭子病毒脱落、肺大体及组织病理学病变、支气管肺泡灌洗液（BAL）病毒载量及局部抗体水平；另设纵向研究组，在6个月内定期采血监测HI抗体动态变化。

研究结果

小鼠攻毒结果显示，Epigraph疫苗对三种遗传差异显著的IAV-S毒株均提供完全保护（无体重下降、100%存活），而WT疫苗仅对遗传相近的γ和δ1谱系完全保护，对远缘α谱系保护不完全（20%死亡率），FluSure XP®保护更差（α攻击下60%死亡）。Epigraph组小鼠肺内病毒RNA和感染性病毒滴度显著低于其他各组。在猪模型中，单次免疫后Epigraph即可对58%（7/12）的测试毒株（涵盖猪、人、禽源H1）诱导保护性HI滴度（≥1:40），而WT和FluSure XP®分别仅覆盖33%和0%；加强免疫后，Epigraph对全部12株（100%）产生保护性滴度，WT为67%，FluSure XP®仅50%。Epigraph还诱导了更高水平的交叉反应性IgG、IgA、IgM及更广泛的IFN-γ⁺ T细胞应答，表位映射证实其识别表位的广度和幅度均优于WT。攻毒保护方面，Epigraph和WT均完全阻止了宏观和微观肺病变，但Epigraph显著降低了鼻拭子中病毒脱落的持续时间和载量；FluSure XP®组虽肺内无感染性病毒，却出现明显肺病理损伤，提示存在免疫病理现象。纵向研究表明，Epigraph在首免后14–21天即快速达到保护水平，且保护性抗体持续维持6个月（覆盖商品猪全生命周期），而FluSure XP®在加强后30–60天即降至保护阈值以下。

图1 Epigraph疫苗在小鼠模型中对多谱系H1猪流感病毒的交叉保护效力评价

结论与意义

本研究证实，基于Epigraph算法的表位优化策略能够克服天然HA序列的遗传局限性，在不依赖多价混合的前提下，诱导针对猪、人、禽源H1流感病毒的广泛交叉反应性中和抗体和T细胞免疫。该疫苗在目标动物（猪）中表现出优于市售WIV疫苗的免疫原性、交叉保护广度和抗体持久性，能够有效预防临床疾病、显著降低病毒脱落和肺部病变，并可能减少猪作为流感病毒“混合器”的公共卫生风险。此外，腺病毒载体平台具备生产成本低、易于快速放大、且不受母源抗体干扰等优势，适合在养猪业中推广应用。这些结果为开发通用型猪H1流感疫苗乃至跨物种通用流感疫苗提供了重要的理论依据和实验支撑，支持对该计算设计疫苗平台的进一步临床转化研究。

参考来源：Petro-Turnquist, E.M., Madapong, A., Pekarek, M. et al. Epitope-optimized vaccine elicits enduring immunity against swine influenza A virus. Nat Commun 16, 4046 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59182-7.