2023年7月，厦门大学夏宁邵教授及合作团队共同在Nature Communications上发表“Intranasal influenza-vectored COVID-19 vaccine restrains the SARS-CoV-2 inflammatory response in hamsters”的研究成果。本研究利用酶联免疫斑点实验(ELISpot)、流式细胞术(Flow Cytometry)、染色质可及性测序(ATAC-seq)、转录组测序(bulk RNA-seq)、单细胞转录组测序(scRNA-seq)等实验，综合分析新冠疫苗dNS1-RBD的广谱性免疫保护的构成属性。
新格元在该研究中提供了Singleron Matrix®自动化单细胞测序文库构建系统、GEXSCOPE®单细胞转录组测序服务等。
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研究背景
新型冠状病毒病(COVID-19)大流行给人类社会造成严重的公共卫生危害。目前，已有50多种疫苗获批使用，其中大部分通过肌肉注射方式接种，大规模的疫苗接种有效减少了SARS-CoV-2症状感染、住院和死亡。然而，新冠病毒表现出明显的免疫学逃逸和解剖学逃逸特征：一方面，层出不穷的变异株可以逃逸既往感染或疫苗诱导产生的保护性抗体；另一方面，人上呼吸道中的抗体水平比循环系统中的低了200-500倍，这导致SARS-CoV-2在上呼吸道发生“解剖学逃逸”。因此新冠病毒、流感病毒等非系统性感染类的呼吸道病毒易反复感染，需要多次加强接种疫苗。理论上，呼吸道中的局部保护性免疫应答比人体外周的系统性免疫应答能够更及时地应对SARS-CoV-2的感染。针对以上特点和挑战，亟需研发可在呼吸道局部诱导广谱保护性免疫、安全性良好、民众接受度高的疫苗。
2020年2月，我国前瞻性布局新冠疫苗应急科研攻关五条技术路线，由厦门大学、香港大学和万泰生物联合研制的鼻喷流感病毒载体新冠疫苗(简称“鼻喷苗”)位列其中。鼻喷苗经过大规模III期临床试验证实了该疫苗针良好的安全性和广谱功效，并于2022年12月2日在中国获批紧急使用[1]。鼻喷苗研发过程中的关键挑战包括作用机制和评价指标不同于常规疫苗等，深度解析鼻喷苗诱导的广谱保护性免疫构成和效应机制对于此类疫苗的理解、设计、评价和产品升级迭代具有重要意义。
研究思路与主要结果
为了阐明dNS1-RBD疫苗诱导的广谱保护性免疫构成属性，作者针对鼻喷苗免疫机制进行系列研究。作者通过对野生型流感病毒感染(CA04)以及鼻喷苗(dNS1-RBD)和载体组(dNS1-Vector)接种后不同时间点的小鼠肺组织进行单细胞测序。经过滤后经marker注释，共获得了肺中的14种主要细胞类型。结果显示疫苗组总体转录组特征与病毒感染组和对照组具有较大差异，表明dNS1-RBD和dNS1-Vector引起的肺组织应答在时间和功能上与野生型流感病毒不同。鼻喷苗接种后的小鼠肺组织增加了具有抗炎表型的巨噬细胞亚群和单核细胞亚群。及时的抗病毒响应和倾向于抗炎的细胞亚群构成阻止了过度的炎症反应。
(Day 0：对照，红色：dNS1-RBD，蓝色：dNS1-Vector，绿色：CA04)
并且通过进一步的研究，探索了疫苗诱导的四个维度的免疫属性构成：
1. 细胞免疫，在鼻相关淋巴组织和肺组织中可检出明显高于外周血中的新冠病毒特异性细胞免疫应答水平，并且在呼吸道局部检出组织驻留型T细胞，可提供中长期免疫保护；
2. 黏膜抗体，呼吸道局部样本可检出抗-RBD IgA抗体和抗-RBD IgG抗体[2]；
3. 固有免疫，接种24小时后，小鼠肺组织中多种免疫细胞被激活(如肺泡巨噬细胞、树突状细胞和NK细胞)，产生多种具有抗病毒功能或引发局部免疫反应的细胞因子和趋化因子；
4. 训练免疫，重塑抗感染相关基因染色质的开放性，实现固有免疫的记忆反应，表现为TLR3、TLR7等基因启动子区域的染色质开放性增加，在新冠病毒感染时第一时间迅速产生抗病毒反应，减少病毒复制和排毒。
呼吸道局部的多维度保护性免疫因子相较于外周的因子具有更佳的空间距离优势，可以更加及时地应对病毒感染。细胞免疫、固有免疫和训练免疫均属于不易受病毒逃逸突变影响的广谱免疫，这解释了鼻喷苗在临床前研究和III期临床试验中表现出的广谱有效性[1-2]。训练免疫作为固有免疫的记忆形式，可保留鼻喷苗诱导的部分免疫印迹。
经特定减毒改造的鼻喷苗诱导了及时有效的抗病毒固有免疫反应，通过对固有免疫细胞和呼吸道结构细胞的染色质开放性重编程，在一定时间范围内重塑了机体对抗病毒感染的免疫反应模式，在应对新冠病毒变异株攻毒时，表现出更快更强的抗病毒反应和炎症抑制效应。这种鼻内疫苗通过诱导特异性和非特异性保护性免疫代表了一种有效的广谱的COVID-19疫苗策略。
(红色：dNS1-RBD，蓝色：dNS1-Vector，灰色：对照)，对再感染病毒后肺组织基因表达的影响(红色：dNS1-RBD，灰色：病毒感染组)
结论
新冠疫苗dNS1-RBD通过细胞免疫、固有免疫、训练免疫与黏膜抗体四个维度实现广谱性免疫保护，从而防止感染后的过度炎症反应。
参考文献
[1] Xia, N. et al. The efficacy and safety of an intranasal spray COVID-19 vaccine in a randomized double-blind placebo-controlled phase Ⅲ trial during Omicron period. doi:10.21203/rs.3.rs-2407050/v1 (2022).
[2]Chen J, Wang P, Yuan L, et al. A live attenuated virus-based intranasal COVID-19 vaccine provides rapid, prolonged, and broad protection against SARS-CoV-2. Sci Bull (Beijing). 2022 Jul 15;67(13):1372-1387. doi: 10.1016/j.scib.
[3]Liang Zhang, Yao Jiang, Jinhang He, et al. Intranasal influenza-vectored COVID-19 vaccine restrains the SARS-CoV-2 inflammatory response in hamsters.Nat Commun. 2023 Jul 11;14(1):4117. doi: 10.1038/s41467-023-39560-9.
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