导读
中科院生物物理所联合江苏瑞科生物,在Protein & Cell 发表最新研究成果,报道了一种基于人工智能序列重设计的新型I53cs纳米颗粒平台,并在流感疫苗场景中完成了从AI设计、结构解析到动物免疫评价的全链条验证(Liu et al., 2026)。
中科院生物物理所王祥喜研究员与瑞科生物CEO刘勇博士、中科院生物物理所王男副研究员为论文共同通讯作者;中科院生物物理所特别研究助理刘攀与瑞科生物郗永义博士为论文共同第一作者。
研究背景
流感病毒每年在全球造成约10亿例感染、29–65万例呼吸道相关死亡(World Health Organization, 2025)。现有季节性疫苗面临三重困境:抗原漂移频繁削弱疫苗匹配度(Bedford et al., 2015);可溶性抗原难以有效交联B细胞受体,生发中心反应不足(Bachmann & Jennings, 2010);而现有纳米颗粒平台又受限于骨架免疫原性干扰、组装效率不足及知识产权壁垒(Liu et al., 2026)。
蛋白纳米颗粒通过多价、规则、高密度的抗原展示,可显著增强BCR交联和生发中心应答。已获批的HPV疫苗(Koutsky et al., 2002)和韩国获批的新冠纳米颗粒疫苗GBP510(Walls et al., 2020; Song et al., 2023)均验证了这一路径的可行性。在流感领域,HA在纳米颗粒上的多价展示已被证实可增强免疫原性并拓宽中和抗体谱(Boyoglu-Barnum et al., 2021)。
核心策略:AI重写序列,IP自主
I53纳米颗粒是一种经典的双组分VLP,由20个三聚体和12个五聚体组装为二十面体架构(Bale et al., 2016)。研究团队的核心思路是:在保持高阶架构不变的前提下,对序列空间进行大幅重设计。
利用ProteinMPNN几何约束模式(Dauparas et al., 2022),团队生成4,500条候选序列,筛选出共识亚基csA(三聚体)和csB(五聚体),与原始序列一致性分别仅为64%和44%——相当于用完全不同的"文字"写出了同一篇"文章"。AlphaFold3预测界面置信度ipTM ≥ 0.88(Abramson et al., 2024),冷冻电镜解析结构分辨率达3.67 Å,证实序列虽大幅改变,二十面体架构和界面相互作用网络被完整保留。
这一重设计成功绕开了现有纳米颗粒平台的知识产权壁垒,为国产疫苗平台开辟了独立赛道。
▲【图1】 AI驱动的I53cs纳米颗粒设计、组装与结构表征(引自 Liu et al., 2026, Protein & Cell, Figure 1)。
免疫评价:四维优势,系统验证
研究团队将WHO推荐的2023–2024北半球三价疫苗株(H1N1、H3N2、B/Victoria)的HA融合至纳米颗粒上,在BALB/c小鼠中以prime-boost方案(第0、3周)进行评价。所有纳米颗粒组及IIV3+BFA03对照组均配制佐剂,IIV3另设无佐剂对照,各组按等摩尔剂量调整。
▲【图2】I53cs流感纳米颗粒疫苗的免疫原性、持久性与广谱性评价(引自 Liu et al., 2026, Protein & Cell, Figure 2)。快速
首针后3周,I53cs纳米颗粒的HI抗体滴度即超越:灭活疫苗(IIV3)约20倍、可溶性三聚体HA约13倍、铁蛋白纳米颗粒约3.9倍、佐剂化灭活疫苗约1.6倍。单次免疫即可建立保护性体液免疫。强效
加强免疫后,针对免疫原性通常最弱的H3N2亚型,I53cs仍持续诱导最高HI滴度,超越所有对照组2.2–9.0倍。
持久
加强后2个月追踪抗体衰减:I53cs组针对H1N1仅下降2.8倍,而佐剂化灭活疫苗下降4.8倍;针对BV,I53cs组下降2.8倍,对照组下降3.6倍。广谱
三价混合纳米颗粒和马赛克纳米颗粒(同一颗粒共展示三种HA)均诱导了跨越H1N1、H3N2、BV的强效交叉HI抗体,达到或超越佐剂化灭活疫苗对照组的水平。
重要意义
平台层面: I53cs具有自主知识产权,"可计算、可定制",既能快速搭载不同毒株,又能规避现有主流支架的专利限制。该策略可推广至冠状病毒、RSV等其他快速进化的呼吸道病原体。
方法学层面: 这项工作打通了"AI序列设计→冷冻电镜结构解析→动物免疫评价"的完整链条,展示了计算蛋白设计如何把"结构想象力"转化为"免疫保护力"。
作者与资助
共同通讯作者:王祥喜(中科院生物物理所)、刘勇(江苏瑞科生物)、王男(中科院生物物理所)。共同第一作者:刘攀、郗永义。
资助来源:新发突发与重大传染病防控国家科技重大专项(2025ZD01903800)、中科院战略性先导科技专项(XDB1310000)、国家自然科学基金(32325004, T2394482)等。参考文献
1.Liu P, Xi Y, Deng J, et al. Designed nanoparticles enable multivalent display of influenza HA to drive rapid, potent, durable, and cross-reactive antibody responses. Protein & Cell. 2026. doi: 10.1093/procel/pwag046.
2.Bale JB, Gonen S, Liu Y, et al. Accurate design of megadalton-scale two-component icosahedral protein complexes. Science. 2016;353(6297):389-394.
3.Dauparas J, Anishchenko I, Bennett N, et al. Robust deep learning–based protein sequence design using ProteinMPNN. Science. 2022;378(6615):49-56.
4.Abramson J, Adler J, Dunger J, et al. Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3. Nature. 2024;630(8016):493-500.
5.Bachmann MF, Jennings GT. Vaccine delivery: a matter of size, geometry, kinetics and molecular patterns. Nat Rev Immunol. 2010;10(11):787-796.
6.Walls AC, Fiala B, Schäfer A, et al. Elicitation of potent neutralizing antibody responses by designed protein nanoparticle vaccines for SARS-CoV-2. Cell. 2020;183(5):1367-1382.e17.
7.Boyoglu-Barnum S, Ellis D, Gillespie RA, et al. Quadrivalent influenza nanoparticle vaccines induce broad protection. Nature. 2021;592(7855):623-628.
8.Song JY, Choi WS, Heo JY, et al. Immunogenicity and safety of SARS-CoV-2 recombinant protein nanoparticle vaccine GBP510 adjuvanted with AS03. eClinicalMedicine. 2023;64.
9.Bedford T, Riley S, Barr IG, et al. Global circulation patterns of seasonal influenza viruses vary with antigenic drift. Nature. 2015;523(7559):217-220.
10.World Health Organization. Influenza (seasonal). 2025. Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/influenza-(seasonal).
11.Koutsky LA, Ault KA, Wheeler CM, et al. A controlled trial of a human papillomavirus type 16 vaccine. N Engl J Med. 2002;347(21):1645-1651.
原文链接:https://doi.org/10.1093/procel/pwag046
结构数据:EMDB: EMD-80668 | PDB: 26HY
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