文章题目：A comprehensive synthetic library of poly-N-acetyl glucosamines enabled vaccine against lethal challenges of Staphylococcus aureus

发表期刊：Nature Communications（2024.04）

影响因子：16.6

通讯单位：密歇根州立大学

        抗生素耐药菌株，特别是金黄葡萄球菌对抗生素的耐药性不断提高，一些病原体几乎对所有已开发的抗生素都产生了耐药性。面对越来越严峻的耐药菌感染形式菌，人类迫切需要开发预防和治疗的新策略。

        接种疫苗可能是应对耐药菌感染的一种重要补充手段，目前已针对破伤风梭菌、百日咳博德特氏菌和肺炎链球菌等感染开发了多种抗微生物疫苗；但是，针对许多其他致命病原体的疫苗仍未获批准，其中包括金黄色葡萄球菌（S. aureus），特别是耐甲氧西林金黄葡萄球菌（MRSA）的流行进一步凸显了对此类疫苗的需求。

        聚-β-(1-6)-N-乙酰氨基葡萄糖（PNAG）广泛存在于金黄葡萄球菌以及多种其他细菌、真菌和原生动物寄生虫的细胞表面，并可帮助病原体实现免疫逃逸，是开发耐药菌疫苗的有效靶标。

        在这篇文章中，作者构建了一个包含32个PNAG五糖的综合糖库，这些五糖包含了游离氨基与乙酰氨基数量和位置的所有可能组合。通过糖库可以筛选出抗金黄色葡萄球菌的疫苗表位，利用筛选的疫苗表位构建的抗菌疫苗可为小鼠提供近乎完全的保护，使其免受MRSA的感染。

Figure 1. Structures of the comprehensive library of PNAG pentasaccharides.

        首先，作者通过化学法构建了两种五糖中间体1和2，它们葡萄糖胺单元A、B、C 和 D上的游离氨基分别被Boc、Alloc、Troc和Fmoc选择性保护（Figure 2A and B）。

Figure 2. Structures and syntheses of key intermediates.

        随后通过正交脱保护和选择性乙酰化，成功获得了包含所有可能乙酰化模式的五糖糖库(Figure 3)。

Figure 3. Synthesis of the 32 membered comprehensive PNAG pentasaccharide library.

        获得五糖糖库后，作者通过聚糖微阵列检测了单抗F598对不同乙酰化糖单元的识别能力，发现乙酰化的数量对单抗的识别至关重要，高度乙酰化的 PNAG30和PNAG31与F598结合能力最强，乙酰化的位置也会对F598的识别造成影响，例如：PNAG23虽然拥有四个乙酰氨基，但其与F598结合能力较低(Figure 4A)。为了更好地解释结合数据，作者通过计算每个五糖的偏好指数来量化F598 对GlcNAc结合偏好。结果显示，B位点的P值最高，为0.91；位点A、C和E的P值介于0.31和0.54之间，表明对N-乙酰化的总体偏好程度适中。位点F的P值接近0，说明该位点对N-乙酰化几乎没有偏好(Figure 4B)。

Figure 5. Determination of the epitope profile of F598 mAb with the glycan microarray.

        在筛选获得合适的五糖表位之后，作者将五糖抗原PNAG0、PNAG10、PNAG26与Qβ载体通过共价键连接获得糖抗原疫苗（Figure 6），并通过ELISA检测其在小鼠和兔子体内诱导的特异性抗体滴度。

Figure 6. Syntheses of conjugates.

        疫苗mQβ-PNAG10和mQβ-PNAG26能够诱导高滴度的抗鲍曼不动杆菌中纯化的原生PNAG多糖抗体（Figure 7B）。进一步研究发现，免疫过后的兔子血清能够通过CDC实现对金黄葡萄球菌的有效杀伤（Figure 8A and B）。

Figure 7. Immunization of rabbits with mQβ–PNAG conjugate induced significant anti-PNAG IgG antibodies.

Figure 8. Deposition of C1q onto purified PNAG polysaccharide and analysis of opsonic killing activities.

        在体外确定疫苗免疫后血清能够有效杀伤金黄葡萄球菌之后，作者在两种小鼠菌血症挑战模型中测试了疫苗在防止细菌感染方面的作用。在金黄葡萄球菌感染的主动防御模型中，mQβ-PNAG0疫苗几乎为小鼠提供了完全保护（Figure 9）。而在被动防御模型中，mQβ-PNAG0和mQβ-PNAG26的组合免疫后血清，为小鼠提供最高的保护效力，这说明多种mQβ-PNAG 疫苗的结合可以扩大细菌识别范围，增强对细菌感染的保护（Figure 10A and B）。

Figure 9. Protective effects of vaccination.

        最后，作者评估了免疫后血清能否被动防御MRSA的感染，发现mQβ-PNAG26免疫后的血清保护效力最高，并且显著降低了小鼠体内的病毒量（Figure 10C and D）。

Figure 10. Protective effects of antisera from immunized rabbits.

        原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47457-4

作者：汪浩

审核：李全才、吕友晶

编辑：邵萌

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