8.1. Актуальные антигены SARS-CoV-2
Высокопатогенные коронавирусы SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 имеют высокую контагиозность и способны эффективно передаваться от человека к человеку. Инфицирование клеток человека этими вирусами обеспечивается взаимодействием S-белка с поверхностными рецепторами клетки-хозяина. Вирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 используют в качестве рецептора ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2) [105, 115], тогда как MERS-CoV в качестве рецептора использует дипептидилпептидазу 4 (DPP4; CD26) [95]. Как уже указывалось, дополнительными низкоаффинными рецепторами для вирусов SARS-CoV-2 и SARS-CoV могут служить CD209L, CD147 и рецептор тирозинкиназы AXL [59, 117]. Распределение соответствующих рецепторов и их аффинность к S-белкам определяют тканевый тропизм коронавируса и интенсивность его передачи от человека к человеку.
S-белок представляет собой трансмембранный гликопротеин, образующий на поверхности вирусной частицы тримерную структуру — шип. С помощью криоэлектронной микроскопии была исследована ультраструктура тримера эктодомена S-белка SARS-CoV-2, что дало новые возможности для рационального дизайна вакцин и препаратов-ингибиторов проникновения вируса в клетку-мишень [125]. В состав S-белка входят 2 функциональные субъединицы: N-концевая S1-субъединица содержит сигнальный пептид (SP) и рецептор-связывающий участок (RBD); C-концевая S2-субъединица включает в себя пептид слияния и 2 гептапептидных повтора (H1 и H2), которые способствуют слиянию вируса с клеткой хозяина. На границе между субъединицами S1/S2 вируса SARS-CoV-2 расположен участок, чувствительный к протеолитическому расщеплению фурином. Этот участок отсутствует в S-белке SARS-CoV и родственных ему коронавирусов [115].
RBD опосредует связывание вируса с клеточным рецептором, что приводит к конформационным изменениям S-белка, при этом на S2-субъединице открываются участки H1 и H2. Они формируют 6-спиральную структуру слияния, которая обеспечивает слияние мембран вируса и клетки-мишени c последующим попаданием РНК вируса в цитоплазму [13, 14, 118, 125].
Для результативного противодействия новой инфекции, вызываемой вирусом SARS-CoV-2, требуется разработка и широкое внедрение средств специфической иммунопрофилактики — эффективных вакцин. Потенциальные мишени противовирусного иммунного ответа можно выбирать, используя базу данных Immune Epitope Database and Analysis Resource (IEDB), в которой содержится информация о других родственных коронавирусах. К ним относится вирус SARS-CoV, который имеет высокую степень сходства последовательности с вирусом SARS-CoV-2 и является наиболее хорошо охарактеризованным коронавирусом с точки зрения эпитопов, против которых направлен иммунный ответ. В последовательности SARS-CoV-2 выявлены многочисленные специфические участки, которые имеют высокую степень гомологии с SARS-CoV. Биоинформационный анализ позволяет идентифицировать потенциальные Т- и В-клеточные эпитопы SARS-CoV-2. Независимая идентификация одних и тех же районов с применением двух подходов отражает высокую вероятность, что эти участки окажутся высокоиммуногенными. Получаемые данные могут существенно облегчить конструирование эффективных вакцин для борьбы с распространением новой коронавирусной инфекции и смягчения негативных последствий COVID-19 [45].
Гликопротеины шипов коронавируса являются основной мишенью вирус-специфических антител. S-белок содержит В-клеточные эпитопы, против которых образуются нейтрализующие антитела, обеспечивающие защиту против коронавирусной инфекции [119]. Показано, что поликлональные антитела мыши против S-белка эффективно ингибируют проникновение SARS-CoV-2 в клетки-мишени [115].
Учитывая, что S-белок является основным участником вирусной инфекции и одновременно основным индуктором иммунного ответа хозяина и образования вирус-нейтрализующих антител, он рассматривается как ключевая мишень при конструировании вакцин. В качестве антигенов-мишеней рассматриваются полноразмерный S-белок, S1- и S2-субъединицы, RBD-домен. В гликопротеине шипа (S) выявлено 5 участков, потенциально перспективных в качестве мишеней иммунного ответа. Они соответствовали аминокислотным остаткам 274–306, 510–586, 587–628, 784–803, 870–893. Все эти участки ассоциированы с высоким уровнем иммунного ответа. 3 иммунодоминантных участка локализованы в С-концевых доменах CTD2 и CTD3 S1-субъединицы, 2 других — в HR1-домене S2-субъединицы. На основании сходства с SARS-CoV в последовательности SARS-CoV-2 выявлено 10 потенциальных участков, содержащих В-клеточные эпитопы. 6 из них имели ≥90% гомологии, 2 — 80–89% гомологии, 2 — 69–78% гомологии между двумя вирусами. Также потенциальные В-клеточные эпитопы выявлены в мембранном белке (М) и нуклеопротеине (N). Наиболее консервативные Т-клеточные эпитопы в основном выявлены в гликопротеине шипа и нуклеопротеине (8 из 10 и 2 из 3 соответственно имели 85% гомологии между двумя вирусами). Эпитопы гликопротеина шипа и белка Orf1ab были менее консервативны (10 из 23 и 3 из 7 соответственно имели 85% гомологии между двумя вирусами).
Последовательности S-белка, содержащие В-клеточные эпитопы, в значительной степени схожи у SARS-CoV и SARS-CoV-2. 5 участков содержат эпитопы, распознаваемые нейтрализующими антителами, которые выявлены в сыворотках пациентов, переболевших SARS [46, 101]. Среди них представляет интерес участок 587–628, содержащий пептид 604–625, который выявлен у SARS-переболевших пациентов и способен индуцировать образование антител, которые эффективно предотвращают инфекцию у обезьян [57, 119].
Относительно высокий уровень гомологии последовательностей SARS-CoV и SARS-CoV-2 позволяет обоснованно предполагать, что иммунодоминантные участки SARS-CoV также будут иммунодоминантными у SARS-CoV-2, даже при наличии некоторых различий. Эта гипотеза согласуется с данными криоэлектронномикроскопических исследований, где была показана сходная структура S-гликопротеина вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 [125]. Однако в том же исследовании не было обнаружено перекрестной реактивности SARS-CoV-специфических моноклональных антител, распознающих рецептор-связывающий домен (RBD), в отношении S-белка SARS-CoV-2. При этом оба вируса обладали сходной способностью связывать рецептор ACE2. Таким образом, В-клеточные эпитопы RBD-домена SARS-CoV-2 требуют дополнительного изучения.