基于免疫信息学设计针对猪传染性胃肠炎病毒 S 蛋白的通用多表位纳米颗粒疫苗的研究

《Scientific Reports》：Immunoinformatics method to design universal multi-epitope nanoparticle vaccine for TGEV S protein

猪传染性胃肠炎病毒（TGEV）严重影响新生仔猪，现有疫苗难以应对其变异。研究人员运用免疫信息学方法和铁蛋白纳米颗粒递送系统，设计了针对 TGEV S 蛋白的候选纳米颗粒疫苗。该疫苗能有效表达，或可诱导强免疫反应，为猪冠状病毒疫苗研发提供新途径。

　　猪传染性胃肠炎病毒（Transmissible gastroenteritis virus，TGEV）是一种严重威胁全球集约化养猪业生物安全的致命病原体，主要感染新生仔猪，引发急性消化系统疾病，导致严重的水样腹泻、食欲不振、呕吐、脱水，甚至高死亡率。目前，针对 TGEV 感染尚无有效的治疗药物，传统疫苗存在免疫效果不可靠、易返强等缺陷，且疫苗研发滞后于病毒变异速度，难以应对快速变异和新出现的病毒。

为解决这些问题，浙江农林大学动物科学技术学院、兽医学院以及石河子大学动物科学技术学院的研究人员开展了一项旨在利用免疫信息学方法和铁蛋白纳米颗粒递送系统，构建猪冠状病毒疫苗快速研发平台，并设计针对 TGEV S 蛋白的候选纳米颗粒疫苗的研究。

研究人员采用了多种关键技术方法：首先，通过从 NCBI 数据库获取 TGEV-S 蛋白细胞表位预测模板序列，利用多个服务器对 T 细胞（包括细胞毒性 T 淋巴细胞（Cytotoxic T lymphocyte，CTL）和辅助性 T 细胞（Helper T lymphocyte，Th））和 B 细胞优势表位进行预测；其次，对预测出的候选表位进行筛选和保守性分析；然后，将 CTL、Th 和 B 细胞优势表位通过特定的柔性接头串联连接，并与铁蛋白 N 端相连构建候选纳米颗粒疫苗；之后，对疫苗的抗原性、溶解性、致敏性、疏水性等多种性质进行评估，还进行了二级结构预测、三级结构建模与优化、二硫键工程改造及验证；此外，分析构象 B 细胞表位并进行分子对接，通过分子动力学模拟考察疫苗对接复合物的稳定性；最后，进行免疫模拟和计算机克隆。

研究结果如下：

1. TGEV S 蛋白优势表位筛选结果：通过多服务器筛选，确定了 3 个 CTL 优势表位、3 个 Th 优势表位和 6 个 B 细胞优势表位。这些表位经评估均为非毒性且具有高免疫原性，部分线性 B 细胞优势表位和 Th 优势表位在不同序列中具有较高保守性。
2. TGE S 蛋白疫苗构建：选择上述筛选出的潜在表位，使用不同柔性接头连接，并与铁蛋白 N 端相连，成功构建了候选纳米颗粒疫苗。
3. 候选纳米颗粒疫苗评估：该疫苗抗原性得分 0.752474，过表达时溶解性得分 0.647714，且无致敏性。其具有亲水性和细胞外分泌功能，理化性质稳定，二级结构包含多种成分。
4. 候选纳米颗粒疫苗三级结构建模、优化和评估：通过同源建模生成的三级结构模型经优化后，质量得到提升，符合天然蛋白质构象。
5. 结构 B 细胞表位分析：在候选纳米颗粒疫苗中鉴定出 6 个线性表位和 6 个不连续表位，预测得分均超过阈值。
6. 候选纳米颗粒疫苗分子对接：疫苗能与 TLR-3 和 TLR-4 稳定对接，具有较强相互作用。
7. 分子动力学模拟分析：模拟结果显示疫苗与 TLR-3 和 TLR-4 的对接复合物结构稳定。
8. 候选纳米颗粒疫苗免疫模拟：免疫模拟表明该疫苗可诱导显著的免疫反应，产生免疫记忆，有效清除抗原。
9. 疫苗的密码子优化和计算机克隆：对疫苗氨基酸序列进行密码子优化后，成功插入 pET28-a (+) 表达载体。

研究结论和讨论部分指出，本研究成功结合多表位疫苗和纳米颗粒疫苗的优势，利用免疫信息学设计出的候选纳米颗粒疫苗具有高抗原性、非致敏性和非毒性。通过与免疫受体稳定结合，可触发机体强烈的细胞和体液免疫反应，并能在计算机克隆中高效表达。这为抗击 TGEV 提供了一种有潜力的疫苗，同时也为猪肠道冠状病毒新疫苗的研发提供了新方法和高效研究平台。然而，该研究存在局限性，未来需进一步开展体外和体内测试以确定其实际应用效果。