HIV-1糖链屏障的异源糖基化促进跨进化枝中和及多样化人抗体谱系的产生
Xenoglycosylation of the HIV-1 Glycan Shield Promotes Cross-Clade Neutralization and Diverse Human Antibody Lineages
一句话在小鼠中，携带核心α(1,3)-岩藻糖的Env免疫原可诱导跨进化枝中和抗体应答。
研究问题
数据与样本
实验流程
- 1制备免疫原：在Hi5昆虫细胞中生产带有核心α(1,3)-岩藻糖的UFO三聚体和SApNPs。
- 2验证结构：解析Hi5来源BG505 UFO三聚体与bNAbs复合物的晶体结构，检查Env构象及表位呈递。
- 3评估初步免疫应答：在野生型小鼠中检测三聚体和SApNPs诱导的同源及异源NAb应答。
- 4改造生产细胞：使CHO细胞共表达3种昆虫及植物来源的核心α(1,3)-岩藻糖基转移酶，制备携带岩藻糖基化哺乳动物糖链的免疫原。
- 5评估跨进化枝应答：在小鼠中检测工程化免疫原诱导的跨进化枝NAb应答及Env特异性IgE应答。
- 6验证人抗体应答：在人源化ATX-Gx小鼠中使用核心α(1,3)-岩藻糖基化且经糖链修剪的Env，检测跨进化枝中和活性。
- 7解析抗体谱系：结合单细胞、抗体库及功能分析，鉴定人抗体谱系及其跨进化枝活性和Env识别特征。
关键方法与工具
- High Five (Hi5)
- 生产岩藻糖基化免疫原
- Chinese hamster ovary (CHO)
- 工程化生产糖基化免疫原
- Uncleaved prefusion-optimized (UFO) trimers
- 作为Env三聚体免疫原
- self-assembling protein nanoparticles (SApNPs)
- 作为纳米颗粒免疫原
- ATX-Gx
- 评估人抗体应答
- Single-cell analysis
- 鉴定人抗体谱系
设计思路
主要发现
- Hi5来源BG505 UFO三聚体与bNAbs复合物的晶体结构显示天然样Env构象及表位呈递，其三聚体和SApNPs在野生型小鼠中诱导强烈的同源及异源NAb应答。
- 共表达3种昆虫及植物来源核心α(1,3)-岩藻糖基转移酶的CHO细胞所产免疫原，可在小鼠中诱导跨进化枝NAb应答。
- Env特异性IgE应答提示疫苗接种期间相关免疫通路参与其中。
- 在ATX-Gx人源化小鼠中，核心α(1,3)-岩藻糖基化且经糖链修剪的Env在第11周时诱导出可检测的跨进化枝中和活性。
- 单细胞分析发现具有跨进化枝活性和非经典Env识别特征的人抗体谱系，抗体库及功能分析在同组2只动物间发现推测相关的谱系成员。
可借鉴之处
- 研究糖链修饰型疫苗时，可借鉴本文先验证抗原构象与表位呈递、再评估中和功能的证据链，避免仅凭抗体应答判断免疫原设计。
- 本文将昆虫细胞中的糖链特征迁移至工程化CHO生产体系，可作为检验特定糖链修饰作用的设计参考。
- 在人源化模型中结合单细胞谱系鉴定、抗体库分析与功能验证，有助于同时描述抗体来源及其跨进化枝活性。
数据与代码
局限
- 免疫应答证据来自野生型和人源化小鼠，不能直接推断人体疫苗接种效果。
摘要（中文翻译）
尽管基于HIV-1包膜糖蛋白（Env）的疫苗设计已取得进展，诱导广谱中和抗体（bNAbs）仍是一项核心挑战。在此，我们发现核心α(1,3)-岩藻糖是调节中和抗体（NAb）诱导及中和广度的关键因素。在High Five（Hi5）昆虫细胞中生产的未切割前融合优化（UFO）三聚体和自组装蛋白纳米颗粒（SApNPs），将核心α(1,3)-岩藻糖引入Env糖链屏障。Hi5细胞生产的BG505 UFO三聚体与bNAbs复合物的晶体结构证实，其具有天然样Env构象和表位呈递。在野生型小鼠中，这些三聚体和SApNPs可诱导强烈的同源及异源NAb应答。随后，我们对中国仓鼠卵巢（CHO）细胞进行工程改造，使其共表达3种源自昆虫和植物的核心α(1,3)-岩藻糖基转移酶。所得免疫原携带岩藻糖基化的哺乳动物糖链，并在小鼠中诱导跨进化枝NAb应答，支持核心α(1,3)-岩藻糖在拓宽中和广度方面具有重要作用。Env特异性IgE应答提示，疫苗接种期间相关免疫通路参与其中。在ATX-Gx人源化小鼠中，经过核心α(1,3)-岩藻糖基化及糖链修剪的Env在第11周时诱导出可检测的跨进化枝中和活性。单细胞分析鉴定出具有跨进化枝活性和非经典Env识别特征的不同人抗体谱系。抗体库及功能分析在同组的2只动物中发现了推测具有亲缘关系的谱系成员。综上，这些发现支持将异源糖基化作为一种有前景的、不依赖特定胚系的HIV-1疫苗设计策略。
英文原文摘要
Despite advances in HIV-1 envelope glycoprotein (Env)-based vaccine design, eliciting broadly neutralizing antibodies (bNAbs) remains a central challenge. Here, we identify core α(1,3)-fucose as a key modulator of neutralizing antibody (NAb) induction and breadth. Uncleaved prefusion-optimized (UFO) trimers and self-assembling protein nanoparticles (SApNPs) produced in High Five (Hi5) insect cells incorporate core α(1,3)-fucose into the Env glycan shield. Crystal structures of Hi5-produced BG505 UFO trimers in complex with bNAbs confirm native-like Env architecture and epitope presentation. In wild-type mice, these trimers and SApNPs elicit robust autologous and heterologous NAb responses. We then engineer Chinese hamster ovary (CHO) cells to co-express three insect- and plant-derived core α(1,3)-fucosyltransferases. The resulting immunogens carry fucosylated mammalian glycans and elicit cross-clade NAb responses in mice, supporting an important role for core α(1,3)-fucose in broadened neutralization. Env-specific IgE responses suggest engagement of associated immune pathways during vaccination. In ATX-Gx humanized mice, core α(1,3)-fucosylated, glycan-trimmed Env elicits detectable cross-clade neutralization by week 11. Single-cell analysis identifies distinct human antibody lineages with cross-clade activity and noncanonical Env recognition. Repertoire and functional analyses uncover putatively related lineage members across two animals within the same group. Together, these findings support xenoglycosylation as a promising, germline-agnostic strategy for HIV-1 vaccine design.
摘要来自 Europe PMC。翻译与解读由模型根据摘要生成，可能有误，不构成诊疗建议；数据以原文为准，版权归原出版方所有。