基于柔性区域改造的RSV F蛋白融合前构象稳定性突变设计

呼吸道合胞病毒（RSV）F 糖蛋白在预融合（pre-F）构象下具有高度免疫原性。然而，该蛋白不稳定，其构象必须被稳定化，以便作为疫苗中的免疫原有效发挥作用。一项发表在《Science》上的研究《Mutating a flexible region of the RSV F protein can stabilize the prefusion conformation》利用计算结构生物学交叉学科技术，提出了基于变构调控的RSV F蛋白融合前构象稳定性突变设计新策略，为更多疑难病原体疫苗的抗原优化设计提供了具有前景的新思路和新技术。

在 RSV F 蛋白重新折叠过程中发生局部结构变化

RSV F 最初以前体 F0 的形式产生，然后由类似 furin 的蛋白酶切割生成三个片段：F1、F2 和 p27。从 pre F 到 post-F 的构象转换过程中，F1 N 端的重折叠区域 1（RR1）和 F1 C 端的的重折叠区域 2（RR2）经历显著的结构重排。

图1 结构和计算导向的设计，用于通过阻止局部构象变化来抑制 RSV F 重新折叠的稳定突变设计。

pre-F三聚体可以通过界面处的突变稳定化

对于抗原设计，作者旨在通过突变蛋白亚基之间的相互作用来提高pre-F三聚体的稳定性。对构象转变关键调控部位的突变设计，构建了多个RSV F蛋白突变体，进一步验证了内互体突变对 RSV pre-F三聚体构象的重要稳定作用。

图2 在 RSV pre-F 三聚体的跨蛋白体界面设计突变以稳定其结构。

使用 TriM-5 突变体进行免疫接种在小鼠和棉鼠中诱导产生中和抗体

最终选择了 TriM-5 突变体作为进一步研究的代表，针对 RSV A 和 B 亚组的免疫原性和交叉反应性，对 TriM-5 进行了小鼠评估。TriM-5能产生高于 wt-F 的 RSV A2 株中和抗体水平。

图3 代表结构 TriM-5 在小鼠和棉鼠中的免疫原性评估。

使用 TriM-5 构建体进行免疫可以保护棉鼠免受 RSV 引起的肺损伤

将棉鼠用 TriM-5 与铝基复合佐剂结合进行两次肌肉内免疫评估其保护效果。在病毒感染后，接受 TriM-5 疫苗的棉鼠体重保持良好，相反，那些接受生理盐水而不是疫苗的动物体重严重下降，并且表现出严重的肺部病理变化。

图4 TriM-5 在棉鼠对抗 RSV A2 病毒挑战时的保护效果评估。

结论

综上所述，该研究通过多学科交叉融合，实现了RSV F蛋白融合前构象的稳定性突变设计，这一研究成果为计算结构生物学技术在疫苗抗原优化设计中的应用提供了新策略，有望进一步推动基于计算和结构的创新疫苗研发新进展。

参考资料：

[1] Liang Y, Shao S, Li XY, et al. Mutating a flexible region of the RSV F protein can stabilize the prefusion conformation. Science. 2024;385(6716):1484-1491. doi:10.1126/science.adp2362