Les coronavirus (CoV) sont des virus enveloppés du Coronaviridae famille, composée d'un grand génome d'ARN simple brin, sens positif (de 26 à 32 kilobases de longueur) avec 5′-cap et 3 ′ poly-A queue.1 Alors que certains membres de la Coronaviridae famille pourrait provoquer des symptômes respiratoires légers (229E, OC43, NL63 et HKU1), trois membres dont le syndrome respiratoire aigu sévère-CoV (SRAS-CoV), le syndrome respiratoire du Moyen-Orient-CoV (MERS-CoV) et le nouveau coronavirus (SRAS-CoV) ‐2) sont hautement pathogènes chez l'homme.2, 3 Le SRAS ‐ CoV est apparu en Chine en 2002 et le MERS ‐ CoV en Arabie saoudite en 2012.4-8 Le nouveau coronavirus (2019 ‐ nCoV), détecté pour la première fois chez des patients atteints de pneumonie à Wuhan, Chine, en décembre 2019,3,9,10 a été nommée SARS ‐ CoV ‐ 2 et la maladie causée par le SRAS ‐ CoV ‐ 2 a été nommée Coronavirus Disease 2019 (Covid ‐ 19) .3, 11 Le SRAS ‐ CoV ‐ 2 aurait proviennent de chauves-souris, mais les pangolins sont proposés comme hôtes intermédiaires possibles.12 Bien que les taux de mortalité dans l'infection par le SRAS-CoV-2 ne soient pas aussi élevés que ceux du SRAS-CoV et du MERS-CoV, le SRAS-CoV-2 est plus transmissible et a donc coûté beaucoup plus de vies.1 De plus, le changement d'acide aminé D614G nouvellement signalé dans la protéine de pointe (S) semble avoir augmenté l'infectivité de le SRAS-CoV-2.13 Le développement d'un vaccin contre cette infection virale est la priorité de l'OMS et d'autres organisations de santé mondiales. Cependant, plusieurs médicaments sont en cours d'évaluation pour leur efficacité dans le traitement du SRAS ‐ CoV ‐ 2, parmi lesquels le remdesivir et la dexaméthasone ont montré de meilleurs résultats chez les patients très malades.14, 15 Les résultats d'essais cliniques randomisés (ECR) récents ont démontré que le remdesivir (qui a reçu L'autorisation par la FDA d'une utilisation d'urgence chez les patients sévères de Covid ‐ 19) 16-18 et de dexaméthasone19 peut réduire le temps de récupération des patients hospitalisés sous Covid ‐ 19 sous oxygénothérapie d'appoint. Des ECR en cours évaluent également l'innocuité et l'efficacité de l'immuno-modulateur interféron bêta-1a seul (NCT04385095) ou en association avec le remdesivir (NCT04492475).

Le génome du SARS ‐ CoV ‐ 2 code pour plusieurs protéines non structurelles (NSP1 ‐ NSP10 et NSP12‐16) et accessoires ainsi que quatre protéines structurelles, dont le pic (S), l'enveloppe (E), la membrane (M) et la nucléocapside (N ; Figure 1a). Parmi les protéines structurales, S est responsable de la liaison à l'enzyme de conversion cellulaire 2 de l'angiotensine (ACE2; qui agit comme récepteur cellulaire) et est donc un antigène candidat évident pour le développement de vaccins basé sur l'induction d'anticorps neutralisants (nAbs) contre le virus .11, 20

Candidats vaccinaux à base de protéines à pointe (S) du syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2 : état de l'art et perspectives d'avenir - Arashkia -

Composition génomique du SRAS-CoV-2. (a) La séquence codante des protéines SARS-CoV-2. L'orf1ab code la protéine pp1ab qui contient 15 nsps (nsp1-nsp10 et nsp12-nsp16). L'orf1a code la protéine pp1a qui contient dix nsps (nsp1-nsp10). Le SRAS-CoV-2 code pour quatre protéines structurales pic (S), enveloppe (E), membrane (M) et nucléocapside (N) et huit protéines accessoires 3a, 3b, p6, 7a, 7b, 8b, 9b et ORF14. 20 (b) Schéma de la protéine SARS-CoV-2 S. Semblable au SARS-CoV, la protéine S du SARS-CoV-2 se compose également (a) d'un peptide signal (SP; acides aminés 1–19) situé à l'extrémité N terminale, (b) d'un domaine extracellulaire (acides aminés 20–1213 ) contenant S1 (domaine N-terminal [NTD]: acides aminés 20–286; Domaine C-terminal [CTD]/ RBD: acides aminés 319-541) et S2 (peptide de fusion [FP] et Heptad répéter [HR1 and HR2]: acides aminés 686–1213), (c) un domaine transmembranaire (TM: acides aminés 1214–1236) et (d) un domaine cytoplasmique court (CT: acides aminés 1237–1273) .25, 32 Le changement d'acide aminé D614G dans La protéine S est causée par une mutation nucléotidique A-à-G en position 23,403 dans la souche de référence de Wuhan.13 Les nombres de résidus de chaque région indiquent leurs positions dans la protéine S du SRAS-CoV-2. CT, domaine cytoplasmique; FP, peptide de fusion; HR1 / 2, répétition heptade 1/2; NTD, domaine N-terminal; RBD, domaine de liaison au récepteur; SRAS-CoV-2, syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2; SP, peptide signal; TM, domaine transmembranaire. Les positions des séquons de glycosylation liés à N sont indiquées sous forme de branches

L'analyse phylogénétique des génomes pleine longueur a indiqué que le SRAS ‐ CoV ‐ 2 est plus étroitement lié à la chauve-souris ‐ SL ‐ CoV ZC45 et à la chauve-souris ‐ SL ‐ CoV ZXC21 (mais plus éloigné au SRAS ‐ CoV) 11 et à l'homologie maximale (96,2% de nucléotides identité de séquence) avec CoV RaTG13 isolé de Rhinolophus affinis Cependant, il est intéressant de noter que dans les analyses phylogénétiques basées sur le domaine de liaison au récepteur (RBD) des régions du gène S ou S, le SRAS-CoV-2 était plus étroitement lié au SRAS-CoV, indiquant la forte similarité de séquence du gène S entre Par conséquent, on pense généralement que l'origine du SRAS-CoV-2 se fait par la recombinaison de SRAS-CoV de chauve-souris avec les points de rupture de recombinaison les plus fréquents situés dans le gène "S ''22. À ce jour, il y a deux propositions pour expliquer l'origine du SRAS-CoV-2. Le premier scénario est basé sur une similarité de séquence génomique élevée (96%) entre le SARS ‐ CoV ‐ 2 et le CoV isolé d'une chauve-souris en 2013 (chauve-souris CoV RaTG13) et suggère une possible recombinaison homologue entre le chauve-souris CoV et un autre CoV d'origine inconnue .23 Le deuxième scénario est basé sur la sélection naturelle chez l'homme après transmission zoonotique.21, 24 En effet, la protéine S joue un rôle essentiel dans l'attachement viral, la fusion et l'entrée dans les cellules hôtes et pourrait être la protéine clé pour franchir la barrière des espèces pour évolution adaptative et transmission d'animal à humain du SRAS-CoV.25, 26 Il est démontré que les nAbs ciblant la protéine S bloquent l'interaction du virus avec l'ECA2, tandis que les réponses des lymphocytes T contre la protéine SARS-CoV-2 S sont corrélées aux IgG et IgA Par conséquent, la protéine S a attiré une attention particulière en tant qu'antigène cible le plus probable pour la réponse immunitaire à long terme et la conception du vaccin contre le SRAS-CoV-2.

Le présent manuscrit passe en revue les différentes caractéristiques de la protéine S, sa puissance et "l’état de l’art" des stratégies et des plates-formes de développement de vaccins utilisant cet antigène, pour la construction d’un vaccin anti-SRAS-CoV-2 sûr et efficace.

2 CARACTÉRISTIQUES STRUCTURELLES / FONCTIONNELLES DE LA PROTÉINE S

Le gène S code pour une protéine de 1273 acides aminés qui est fortement glycosylée lors de sa synthèse et s'assemble en trimères à la surface du virion, ce qui donne une apparence en forme de couronne ou corona.31 Le diagramme schématique de la protéine S et de ses différents domaines est présenté dans la figure 1b. Deux sous-unités fonctionnelles S1 et S2 issues du traitement protéolytique sont respectivement responsables de la liaison au récepteur et de la fusion de la cellule hôte. Bien que les sous-unités S1 du SRAS-CoV et du SRAS-CoV-2 puissent lier ACE2 pour infecter les humains, l'affinité de la RBD dans la sous-unité S1 avec ACE2 dans le SRAS-CoV-2 est 10 à 20 fois plus forte que celle du SRAS- CoV, qui peut contribuer au taux de propagation plus élevé du SRAS-CoV-2 d'humain à humain.32 Contrairement au SRAS-CoV, la protéine S du SARS-CoV-2 contient quatre résidus polybasiques à la frontière entre les sous-unités S1 et S2 (un site de clivage de la furine) qui pourrait contribuer au tropisme et à la transmissibilité du SRAS-CoV-2.21

Les données de cryo ‐ électron microscopie (Cryo ‐ EM) des protéines SARS ‐ CoV et MERS ‐ CoV S ont indiqué que la liaison de la sous-unité S1 au récepteur de la cellule hôte forme une conformation pré ‐ fusion métastable (conformation "up '' / "ouverte '' et / ou conformation "bas '' / "fermé '') qui permute une conformation post-fusion stable dans la sous-unité S2 pour faciliter les étapes de fusion. De telles conformations vers le haut et vers le bas pourraient être responsables respectivement d'états accessibles aux récepteurs et inaccessibles aux récepteurs. En conséquence, des études récentes sur le SRAS-CoV-2 (figure 2) ont indiqué la présence de trimères avec un seul protomère RBD up.25, 32 Cette découverte suggère que des états conformationnels instables et distincts pourraient conduire à l'initiation d'un changement conformationnel fusogène similaire à les CoV hautement pathogènes (SARS-CoV et MERS-CoV) .33, 34 Cela contraste avec les CoV courants liés au froid qui ont une conformation RBD down dans les trimères S.35-38 Il convient toutefois de noter qu'en cas de HCoV-NL63 et HCoV-229E avec trimères S fermés, les RBD cachés à l'interface entre les protomères pourraient devoir être exposés39, 40 Dans l'ensemble, ces résultats soulignent que les trimères de la protéine S dans les CoV hautement pathogènes semblent exister dans des zones partiellement ouvertes (up). état, alors qu'ils restent largement fermés (en baisse) dans les CoV associés au rhume.

Structure de la protéine SARS-CoV-2 S dans la conformation pré-fusion. Dans la rangée du haut, le diagramme en ruban montre un seul protomère du SRAS-CoV-2 S se compose du RBD (vert) dans la conformation vers le bas (RBD fermé; à gauche) et les diagrammes de surface montrent les vues latérale (centre) et apicale (droite) du structure du trimère SARS-CoV-2 S avec trois RBD (vert et gris) dans la conformation descendante (trimère SARS-CoV-2 S fermé). Dans la rangée du bas, le diagramme en ruban montre un seul protomère du SRAS-CoV-2 S comprend le RBD (vert) dans la conformation ascendante (RBD ouvert; à gauche) et les diagrammes de surface montrent les vues latérale (centre) et apicale (droite) de la structure du trimère SARS-CoV-2 S avec un seul RBD (vert) dans la conformation ascendante (trimère SARS-CoV-2 S ouvert). La structure de la protéine SARS-CoV-2 S (PBD ID: 6VSB) 32 a été analysée et modélisée avec le logiciel de visualisation moléculaire VMD (Version 1.9.3). RBD, domaine de liaison au récepteur; SRAS-CoV-2, syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2

La protéine SARS-CoV-2 S contient 22 séquons de glycosylation N-liés par protomère qui contiennent de l'oligomannose et des glycanes complexes (Figure 1b). La glycosylation est essentielle au repliement de la glycoprotéine S et à l'évasion immunitaire en protégeant des épitopes spécifiques de la neutralisation des anticorps. Il est à noter que plusieurs sites de glycosylation proximaux (N165, N234, N343) sont capables de masquer la RBD sur le trimère S, en particulier dans la conformation RBD fermée ou vers le bas.25, 41

3 CORRÉLÉS POTENTIELS DE L'IMMUNITÉ PROTECTRICE CONTRE LE SRAS ‐ CoV ‐ 2 ET LE RÔLE DES PROTÉINES

Malgré l'incertitude concernant les corrélats immunologiques de la protection du Covid-19, la corrélation des titres de nAbs spécifiques au virus et du nombre de cellules T spécifiques du virus au SRAS-CoV-2 (en particulier contre la protéine S) avec une clairance efficace du virus est rapportée dans plusieurs études. (décrit ci-dessous).

1 Réponses immunitaires des cellules B et nAbs contre le SRAS-CoV-2

Il est bien connu que la réponse immunitaire humorale est le principal effecteur critique de l'immunité protectrice contre l'infection virale naturelle et les vaccins. En cas de Covid-19, la séroconversion chez la plupart des personnes infectées survient entre 7 et 14 jours après l'apparition des symptômes, en commençant par la détection des anticorps IgM et IgA (qui peuvent être détectés tôt au cours de la première semaine ou des 3 semaines de apparition) suivie de la détection des IgG environ 14 jours après le début des symptômes28, 42, 43 (figure 3). L'augmentation des taux d'Ab s'accompagne également de l'augmentation des lymphocytes T CD4 + / CD8 + activés et des plasmocytes dans les cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) 44, 45 tandis que des cellules mémoire IgG spécifiques de la RBD ont également été détectées dans le sang de Covid ‐19 patients.46 De même, la prévention de la réinfection chez les macaques rhésus infectés par le SRAS ‐ CoV ‐ 2 était corrélée à l'augmentation des anticorps chez les animaux récupérés.47 En parallèle, plusieurs études chez des patients infectés ont montré la présence d'IgA sériques contre le SRAS ‐ CoV. ‐2 avec un potentiel neutralisant42, 48 comme indiqué précédemment dans des études précliniques sur des animaux (dans des lavages bronchoalvéolaires) avec des candidats vaccins contre le SRAS ‐ CoV49, 50

Réponse immunitaire au SRAS-CoV-2. Les cellules dendritiques comme APC présentent des antigènes viraux aux cellules T CD4 + et induisent la production d'IgG, d'IgM et d'IgA pour empêcher l'entrée virale. En outre, la tempête de cytokines commence dans les cas graves qui pourraient être corrélés à la gravité de la maladie. Il a été démontré que des anticorps et des cellules T CD4 + étaient générés chez 100% des patients atteints de Covid-19 en convalescence. Les cellules T CD8 + ont également été détectées chez 70% des patients atteints de COVID en convalescence, qui sécrètent de la perforine et de la granzyme pour tuer les cellules infectées par le virus. Il a été constaté que les réponses des lymphocytes T CD4 + à la protéine S, la principale cible de la plupart des efforts de vaccination, étaient robustes et corrélées à l'ampleur des titres d'IgG et d'IgA anti ‐ SRAS ‐ CoV ‐ 2. Les réponses des lymphocytes T se concentrent non seulement sur S mais également sur M, N et d'autres ORF. APC, cellule présentatrice d'antigène; Covid ‐ 19, maladie à coronavirus 2019; SRAS-CoV-2, syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2

En général, les anticorps dirigés contre les protéines N et S sont couramment détectables, parmi lesquels ceux élevés contre la RBD de la protéine S peuvent être fortement neutralisants et pourraient être détectés chez la plupart des patients Covid-19 testés.28, 46, 51 Les patients convalescents Covid-19 ni les anticorps monoclonaux neutralisants spécifiques du SARS-CoV-2 RBD (Acm) ont montré une quelconque réactivité croisée avec celle du SARS-CoV ou du MERS-CoV. Cependant, celui du SARS-CoV a montré une neutralisation croisée avec le SARS-CoV-226,52-54 indiquant la possibilité d'utiliser le SARS-CoV S (RBD) comme antigène pour induire des nAbs contre le SARS-CoV-2. En effet, plusieurs mAbs et nanocorps dérivés contre les S1-RBD, S1-NTD et S2 du SARS-CoV et du MERS-CoV pourraient conférer une activité croisée contre l'entrée virale du virus SARS-CoV-2.27, 52, 55-59 It Il a été rapporté que les mAb humains spécifiques du SARS-CoV, s30960 et CR3022,52,54 étaient capables de se lier efficacement au SARS-CoV-2.61 En conséquence, les sérums de patients récupérés de Covid-19 (en tant que source potentielle de nAbs) ont été utilisés pour générer des mAbs contre le SARS-CoV-2. Quatre des mAb générés (31B5, 32D4, P2C-2F6 et P2C-1F11) ont indiqué une activité neutralisante élevée in vitro en inhibant efficacement la liaison ACE2-RBD.25, 46, 62, 63 Alternativement, les mAbs 47D11 et n3130 produits à partir du SARS-CoV et le SRAS-CoV-2 respectivement neutralisaient le SRAS-CoV-2 sans inhiber la liaison de l'ACE2-RBD.64, 65 Dans plusieurs autres études récentes, les ABS de patients convalescents Covid-19 (qui sont corrélés avec les valeurs S1, RBD et S2 régions) ont été utilisées pour traiter l'infection par le SRAS-CoV-2.27, 28 Des modèles animaux ont également été utilisés pour générer des nAbs contre le SRAS-CoV-2. À cet égard, des nanocorps, contenant une chaîne lourde variable (VH) contre les protéines SARS-CoV-2 66 ou SARS-CoV et MERS CoV S fusionnées à un fragment Fc humain (VHH-72-Fc), ont été développés chez des camélidés immunisés. 66 En outre, la construction de fragments recombinants ACE2-Fc et RBD-Fc67, 68 avec une activité de neutralisation croisée in vitro pour le SRAS-CoV et le SRAS-CoV-2 a également été rapportée.

Il convient de noter qu'en dépit de preuves solides sur la corrélation des titres d'anticorps anti ‐ SRAS ‐ Cov ‐ 2 avec des taux plus élevés de neutralisation virale (in vitro) et une baisse de la charge virale chez les patients (in vivo), 63, 69, 70 certains sévères les cas cliniques de Covid ‐ 19 ont persisté malgré la présence de titres d'anticorps plus élevés.69-71 Ce scénario qui a également été signalé lors des précédentes épidémies de SRAS ‐ CoV et de MERS ‐ CoV, 72-75 a soulevé des inquiétudes quant à l'amélioration dépendante des anticorps (EMA). Ce phénomène se produit lorsque les non ‐ nAbs contre les protéines d'un virus améliorent l'entrée du virus dans les cellules hôtes, en particulier les macrophages et les monocytes, améliorant également l'infectivité du virus et l'activation inflammatoire.76 Il convient de noter qu'à ce jour, il n'y a pas de rapport sur la contribution de l'anti ‐ SRAS -CoV-2 anticorps dirigés contre les caractéristiques pathologiques observées chez les patients Covid-19.

Pris dans leur ensemble, à partir des résultats d'études récentes, il pourrait être conclu que S1 et en particulier la RBD pourraient être considérés comme les principaux candidats antigènes dans les formulations de plates-formes vaccinales pour induire des nAbs spécifiques du virus pour prévenir l'infection par le SRAS-CoV-2.

2 Réponse des lymphocytes T

Bien que les réponses anticorps spécifiques soient le principal effecteur de l'immunité protectrice contre les infections virales, les réponses des lymphocytes T semblent jouer un rôle vital dans l'élimination de plusieurs virus.77 Concernant l'infection Covid-19, survenue d'une lymphocytopénie (baisse du nombre de lymphocytes) dans les deux CD4. et les lymphocytes T CD8 et une diminution des taux de lymphocytes B circulants, de monocytes tueurs naturels (NK), d'éosinophiles et de basophiles dans les cas graves14, 78-80 De plus, la plupart des cas graves de Covid-19 (en particulier chez les patients en soins intensifs) ont présenté augmentation significative des taux sériques de cytokines pro ‐ inflammatoires et de chimiokine (appelée "tempête de cytokines '': par exemple, IL ‐ 6, IL ‐ 1β, IL ‐ 2, IL ‐ 8, IL ‐ 17, G ‐ CSF, GMCSF, IP‐ 10, MCP-1, CCL3 et TNFα) qui étaient en corrélation avec le nombre réduit de lymphocytes T et la gravité de la maladie78, 79, 81 Dans la pneumonie sévère induite par Covid-19, des taux plus élevés de cytokines / chimiokines presque similaires étaient corrélés à lésion pulmonaire, indiquant que la tempête de cytokines et inflamm exacerbée Les réponses atories se manifestaient cliniquement par le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) 82 (figure 3). Ces tempêtes de cytokines (ou réactions de libération de cytokines) représentent une réaction d'hypersensibilité (HSR) via l'activation de diverses cellules immunitaires par des médiateurs HSR (c.-à-d.: IL-6) .83 De plus, dans les réactions de tempête de cytokines, les composants du complément C3a et C5a se lient pour compléter les récepteurs entraînant la libération d'histamine, de leucotriènes et de prostaglandines et contribuer aux principaux symptômes tels que rougeurs, urticaire, hypoxie, vasodilatation et hypotension. En effet, les ssRNA représentatifs du SRAS ‐ CoV ont de puissantes activités immuno ‐ stimulatrices en libérant des cytokines pro ‐ inflammatoires (TNF ‐ α, IL ‐ 6 et IL ‐ 12) .83 Niveaux élevés de certaines cytokines pro ‐ inflammatoires (MCP ‐ 1, TGF ‐ β1, TNF-α, IL-1 et IL-6) produits par des cellules infectées par le SRAS-CoV, peuvent provoquer des lésions pulmonaires aiguës (ALI). En conséquence, dans l'infection virale de la grippe A H5N1, les cytokines inflammatoires telles que l'IL-1β, l'IL-8 et l'IL-6 jouent un rôle majeur dans la médiation et l'amplification de l'ALI et du SDRA en stimulant la chimiotaxie C5a. Le C5a induit des cellules immunitaires innées (mastocytes, neutrophiles et monocytes / macrophages) pour libérer des cytokines pro ‐ inflammatoires telles que l'IL ‐ 12, le TNF ‐ α et les protéines inflammatoires des macrophages ‐ 1α. En outre, C5a stimule également les cellules immunitaires adaptatives telles que les cellules T et B pour libérer des cytokines telles que TNF-α, IL-1β, IL-6 et IL-8. Des études similaires ont également montré que les patients infectés par le H7N9 ont des niveaux significativement plus élevés de cytokines telles que l'IL-6, l'IP-10, l'IL-10, l'IFN-γ et le TNF-α par rapport aux volontaires sains. Ces observations indiquent que la réaction de tempête de cytokines pourrait jouer un rôle important dans l'ALI.83

Parmi les principales protéines du SRAS-CoV (S, N et M, ainsi que ORF3), les réponses des lymphocytes T contre les protéines S et N ont été documentées comme étant les plus dominantes et les plus durables.84, 85 Malgré l'anticorps de courte durée réponses chez les patients convalescents Covid-19, les réponses des lymphocytes T induisent une protection à long terme.86-88 Plusieurs épitopes de lymphocytes T prédits dans la protéine S du SRAS-CoV sont complètement identiques au SRAS-CoV-289, 90 impliquant le potentiel pour susciter des réponses de protection croisée. Récemment, la validation des épitopes de lymphocytes T prédits est entreprise par MegaPools, en utilisant des PBMC de patients guéris de la maladie Covid-19 ainsi que d'individus non exposés20.Les résultats indiquent que des lymphocytes T CD8 + et CD4 + spécifiques ont été générés dans environ 70% et 100% des Patients Covid-19, respectivement.29 Les réponses des cellules T CD4 + identifiées étaient fortes et associées à l'induction d'anticorps IgG et IgA. Il convient de noter que 50% des réponses totales des cellules T CD4 + étaient contre la protéine S, tandis que les cellules T CD8 + spécifiques contre la protéine S ont également été trouvées chez la plupart, sinon tous les participants.29, 91 Dans une autre étude, 13 sur 14 ont récupéré. Les patients Covid ‐ 19 ont montré une forte corrélation entre les titres nAb et le nombre de cellules T spécifiques du virus.92 Par conséquent, les résultats d'une étude sur dix patients Covid ‐ 19 atteints de SDRA modéré à sévère ont montré des cellules CD4 + et CD8 + fortes et spécifiques, principalement contre S. 100% et 80% des patients, respectivement.93 Ces réponses cellulaires étaient principalement biaisées vers Th1, bien que des cytokines Th2 et Th17 aient également été trouvées. En outre, de faibles niveaux de lymphocytes T spécifiques ont été trouvés chez 20% des individus non exposés comme un indicateur potentiel de lymphocytes T réactifs croisés entre le SRAS-CoV-2 et les coronavirus causant le rhume commun.93 En parallèle, les résultats d'une étude de cohorte ont indiqué Cellules T CD4 + et CD8 + spécifiques au SRAS-CoV-2 avec une activité cytotoxique élevée dans la phase aiguë de la maladie94 (en particulier la protéine S spécifique) impliquant le rôle de la réponse cellulaire dans un vaccin potentiel.

4 CANDIDATS AU VACCIN BASÉ SUR LES PROTÉINES DE SPIKE (S)

Les résultats d'études antérieures sur des animaux avec des vaccins de première génération (vaccins inactivés et atténués à base de virus entiers) contre le SRAS-CoV76, 95, 96 ou MERS-CoV75, 97-99 ont indiqué la possibilité d'effets indésirables tels qu'une infectivité accrue et une immuno-potentialisation ( sous forme d'infiltration éosinophile) et / ou ADE chez les animaux immunisés. Étant donné que le SRAS-CoV-2 et le SRAS-CoV partagent un degré élevé d'identité génétique et pathologique, il est raisonnable de penser qu'un vaccin anti-SRAS-CoV-2 à base de virus entier pourrait également induire les mêmes effets indésirables. Par conséquent, le développement de vaccins plus sûrs de deuxième et troisième générations (en utilisant des plates-formes vaccinales modernes) utilisant une protéine virale appropriée comme antigène vaccinal est activement recherché pour l'infection par le SRAS-CoV-2.

Sur la base des informations fournies pour la protéine S (étant le principal déterminant de l'entrée cellulaire et du tropisme, contenant des épitopes protecteurs des cellules B et T), 29, 100 cette protéine de surface du SRAS-CoV-2 pourrait être un antigène candidat idéal pour les plates-formes vaccinales modernes et des modaux pour produire un vaccin sûr (figure 4). À cette fin, diverses plates-formes, y compris des vecteurs viraux (réplicants et non réplicatifs), des acides nucléiques (ADN et ARN), des protéines recombinantes et des particules de type viral dans diverses stratégies de formulation, y compris des nanoparticules à base de polymère et de lipide (pour l'encapsulation d'acide nucléique ) et des adjuvants à base d'aluminium ou de saponine ainsi que des agonistes des récepteurs de type Toll (TLR) ont été étudiés pour déclencher des réponses immunitaires puissantes contre la glycoprotéine du SRAS-CoV-2 S101, 102

Candidats potentiels et en développement des plateformes vaccinales contre le SRAS-CoV-2. SRAS-CoV-2, syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2

Il convient de noter que, malgré les rapports sur l'innocuité des vaccins codant pour la protéine S (pleine) du SRAS chez des souris immunisées ou des primates non humains103-106 et des souris immunisées passivement par des anticorps anti-S, 107, 108 mais des EAD ont été observées chez les chats vaccinés par le virus de la vaccine recombinant exprimant la protéine S fusogène.109 En outre, une immunopathologie pulmonaire et une hépatite ont été trouvées dans des modèles animaux stimulés par le SRAS-CoV après vaccination avec des vaccins codant pour la protéine SRAS-S (complète), le même que celui de vaccin viral entier.95, 96, 110, 111 Ces observations ont abouti à l'application de divers segments de la protéine SRAS-CoV-2 S, y compris RBD, NTD, S1 et S2 (en plus du fragment S complet). Il est rapporté que la sous-unité S1 ou RBD de la protéine S induit des nAbs sans potentiel de développement d'ADE.76, 112

1 Les vaccins à base de protéine S pleine longueur

Dans plusieurs études précédentes, la protéine S pleine longueur a été utilisée pour développer des vaccins candidats contre le SRAS-CoV et le MERS-CoV. Il a été démontré que les vaccins à ADN codant pour la protéine S de la souche SARS-CoV Urbani induisaient des réponses immunitaires qui protégeaient le modèle de souris contre la provocation virale.103, 113 De plus, le vaccin à ADN codant pour la protéine MERS-CoV S était efficace pour déclencher à la fois les nAbs et les réponses immunitaires cellulaires ont protégé les primates non humains immunisés contre la provocation virale.104 En parallèle, plusieurs études d'immunisation animale utilisant des plates-formes virales exprimant la protéine S pleine longueur du SRAS-CoV, ont rapporté des résultats de protection prometteurs contre l'infection virale. Le virus de la vaccine modifié fortement atténué Ankara (MVA) a induit le nAb contre la protéine S et une diminution de l'excrétion du virus dans les voies respiratoires des souris ou des singes après une provocation virale.105, 106 De même, un virus parainfluenza atténué recombinant exprimant la protéine S pleine longueur du SRAS-CoV Protégé les singes immunisés contre une épreuve ultérieure du SRAS-CoV homologue.107 Par conséquent, l'administration de trimère de protéine S pleine longueur à des souris ou à des hamsters induisait également une protection significative contre l'excrétion de virus homologues.108 De même, l'immunisation animale avec le baculovirus, exprimant la totalité -Longueur et domaine extracellulaire de la protéine S de la souche SARS-CoV Urbani induisent des nAbs contre des pseudovirus homologues et hétérologues du SARS-CoV.114 Récemment, il a été montré que les nanoparticules de SARS-CoV et MERS-CoV S produites dans le baculovirus le système d'expression induit des titres élevés de nAbs contre le virus homologue mais pas contre le virus hétérologue (c'est-à-dire pas de protection croisée). 115

Actuellement, plusieurs développeurs utilisent la protéine S pleine longueur comme antigène dans diverses plates-formes pour construire un vaccin candidat efficace contre le SRAS-CoV-2 qui sont actuellement en phase d'essai clinique ou préclinique (Tableau 1: basé sur le projet de paysage de l'OMS de Covid-19 candidats vaccins – 28 septembre 2020) .116 Quatre types bien connus de ces vaccins sont ChAdOx1 nCoV-19 (Université d'Oxford / AstraZeneca), vecteur Ad5 (CanSino Biological Inc./Beijing Institute of Biotechnology), ARNm-1273 (Moderna / NIAID) et BNT162b2 (BioNTech / Fosun Pharma / Pfizer), 117-121 et protéine recombinante NVX-CoV2373 (Novavax) 122 qui, sur la base de résultats prometteurs sur l'induction de nAbs protecteurs dans des modèles animaux, sont entrés dans les essais cliniques de phase I et sont maintenant en phase III évaluation.

TABLEAU 1.

Types de vaccins et plates-formes avec la protéine S pleine longueur (divulguée) en tant que formulation d'antigène qui sont engagés aux stades cliniques (sur la base des données de la mise à jour du 28 septembre 2020)

Plate-forme

Spécifications des vaccins

Développeur

Phase d'évaluation clinique

Vecteur viral non réplicatif

Adénovirus de chimpanzé

Université d'Oxford / AstraZeneca

Phase 3

Annonce5

Cansino Biological Inc./Institut de biotechnologie de Pékin

Phase 3

Annonce26

Sociétés pharmaceutiques Janssen

Phase 3

Ad5 et Ad26

Institut de recherche Gamaleya

Phase 3

Simien

ReiThera / LEUKOCARE / Univercells

La phase 1

Adénovirus

Annonce5

Institut de biotechnologie, Académie des sciences médicales militaires, PLA de Chine

La phase 1

Ad5 (plateforme de vaccin oral)

Vaxart

La phase 1

Répliquer le vecteur viral

Basé sur le vecteur rougeole

Institut Pasteur / Themis / Univ. de Pittsburg CVR / Merck Sharp & Dohme

La phase 1

ARNm

Encapsulé LNP

Moderna / NIAID

Phase 3

Encapsulé LNP

BioNTech / Fosun Pharma / Pfizer

Phase 3

Encapsulé LNP

Curevac

Phase 2

SAM

Encapsulé LNP

Arcturus / Duke-NUS

Phase 1/2

Basé sur le vecteur VEEV

collège impérial de Londres

La phase 1

ADN

ADN plasmidique avec électroporation

Produits pharmaceutiques Inovio

Phase 1/2

ADN plasmidique

Consortium Genexine

Phase 1/2

Sous-unité protéique

Adjuvant avec Matrix M

Novavax

Phase 3

S-trimère adjuvant avec MF59

Université du Queensland / CSL / Seqir

La phase 1

S-trimère adjuvant avec AS03 et CpG 1018

Clover Biopharmaceuticals Inc./GSK/Dynavax

La phase 1

S ‐ 2P adjuvant avec CpG 1018

Produits biologiques du vaccin Medigen

La phase 1

Société / NIAID / Dynavax

Adjuvant avec Advax ™

Vaxine Pty Ltd / Medytox

La phase 1

  • Abréviations: Ad5, adénovirus humain de type 5; Ad26, adénovirus humain de type 26; LNP, nanoparticule lipidique; SAM, ARNm auto-amplificateur; VEEV, virus de l'encéphalite équine vénézuélienne

Le vaccin ChAdOx1 nCoV-19 (AZD1222) est un vecteur d'adénovirus simien déficient en réplication, contenant la séquence codante optimisée pour les codons pleine longueur de la protéine SARS-CoV-2 S ainsi qu'une séquence leader de l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA). L'immunogénicité préclinique du ChAdOx1 nCoV-19 a été évaluée chez deux souches de souris (BALB / c et CD1 consanguines) et de macaques rhésus. L'injection intramusculaire (IM) de 6 × 109 particules virales (VP) chez les souris a induit des titres d'IgG totaux détectables et des nAb spécifiques du virus chez toutes les souris vaccinées et le profilage des sous-classes d'IgG a montré une réponse principalement Th1. La réponse de type Th1 était également soutenue par des niveaux élevés d'IFN-γ et de TNF-α et de faibles niveaux d'IL-4 et d'IL-10 après la vaccination. Chez les macaques rhésus, des réponses de nAb et de lymphocytes T spécifiques du virus ont été induites chez tous les animaux testés 14 jours après l'injection IM de 2,5 × 1010 VP. Les macaques vaccinés qui ont été infectés par le SRAS-CoV-2 avaient significativement réduit la charge virale dans le liquide de lavage bronchoalvéolaire et les tissus des voies respiratoires, et ne présentaient aucune pneumonie ni signe de maladie immunitaire renforcée après une provocation virale.118 Essai clinique de phase 1/2 de ChAdOx1 nCoV ‐19 a été réalisée par une injection IM unidose ou deux doses de 5 × 101⁰ VPs. Les réponses humorales à la protéine S ont été maximisées au jour 28 après la première dose, et les réponses cellulaires ont été induites chez tous les participants au jour 14. Après deux doses, des nAbs et de puissantes réponses immunitaires cellulaires et humorales ont été induites chez tous les participants. Le vaccin était sûr et bien toléré, et aucun événement indésirable grave n'a été noté.117

Le vaccin vecteur Ad5 développé par CanSino Biological Inc est un vecteur Ad5 délété E1 et E3 contenant une protéine S pleine longueur optimisée de SARS-CoV-2, avec le peptide signal tPA. Dans l'essai clinique de phase 1, trois doses comprenant une faible dose (5 × 1010 VPs), une dose moyenne (1 × 1011 VPs) et une dose élevée (1,5 × 1011 VPs) ont été administrées à différents groupes de participants en une seule injection IM. Les réponses humorales ont culminé au jour 28, et des réponses spécifiques des lymphocytes T ont été détectées à partir du jour 14 après la vaccination chez des adultes en bonne santé. Dans l'essai de phase 2, des doses uniques de 1 × 1011 VP ou 5 × 1010 VP ont été administrées de manière similaire par voie IM. Les deux doses du vaccin ont induit des réponses nAb significatives. Le vaccin a induit des réponses immunitaires dans les 14 jours, et 95% des participants recevant 1 × 1011 VP et 91% des receveurs recevant 5 × 101⁰ VPS ont présenté des réponses immunitaires cellulaires ou humorales au jour 28 après la vaccination. Une augmentation des lymphocytes T producteurs d'IFN-γ a été trouvée chez 90% et 88% des participants recevant respectivement 1 × 1011 et 5 × 1010 VP. Bien qu'aucun effet indésirable grave n'ait été signalé, certains événements indésirables ont été documentés chez 9% des participants du groupe recevant 1 × 1011 VPs et 1% des participants du groupe recevant 5 × 1010 VPs. Par conséquent, le vaccin à base de vecteur Ad5 a été considéré comme sûr à la dose de 5 × 1010 VPs et était capable d'induire des réponses immunitaires considérables chez la majorité des receveurs après une seule immunisation. Despite presence of high and low pre‐existing anti‐Ad5 nAb in 52% and 48% of participants, respectively (as one shortcoming of the vaccine) that along with increasing age could partially hinder the humoral immune responses,120 the vaccine has recently received military specially needed drug approval in China.

Moderna's LNP‐encapsulated mRNA vaccine candidate (mRNA‐1273) encodes the pre‐fusion conformation of S glycoprotein with a transmembrane anchor that has been stabilized by two consecutive proline substitutions (S‐2P) of residues 986 and 987. In preclinical evaluation, BALB/c, C57BL/6 and B6C3F1 mice strains were immunized by two‐dose IM injection of 0.01, 0.1 or 1 μg of mRNA‐1273. The antibody titres increased with dose level, and a potent neutralizing activity was induced by 1 μg of the vaccine, while the 10 μg dose elicited robust neutralizing activity. The IgG and cytokine profiles demonstrated that immunization with mRNA‐1273 induced a balanced Th1/Th2 response.120 In phase 1 clinical trial, 25, 100 or 250 μg of the vaccine was injected as either single‐dose or two‐dose intramuscularly. After the first vaccination, antibody responses were higher with the higher dose, and after the second vaccination, the titres increased, and serum neutralizing activity was detected in all participants. The Th1‐skewed CD4 T cell response supported by high expression of TNFα, IL‐2 and IFN‐γ, and minimal expression of IL‐4 and IL‐13, was detected in 25 and 100 μg dose groups. The 100 μg dose elicited low levels of specific CD8 T cell responses after the second vaccination. Among the three doses, the 100‐μg dose induced high neutralization responses and Th1‐biased CD4 T cell responses, along with a safety profile that was more favourable than that of the higher dose. No serious adverse events were documented, but systemic adverse reactions were more common after the second vaccination, predominantly with the 250 μg dose. In the phase 2 trial, each participant has been allocated to receive a double IM injection of 50 μg or 100 μg doses.123

BNT162b2 is a 1‐methylpseudouridine (m1Ψ)‐modified mRNA encapsulated in LNP (m1Ψ–mRNA‐LNPs) that encodes S‐2P mutant form of the full‐length S protein. In preclinical evaluation, BALB/c mice were injected intramuscularly once with 0.2, 1 or 5 µg of the antigen, and rhesus macaques (Macaca mulatta) were immunized by two‐dose IM injection of 30 or 100 µg of BNT162b2 on Days 0 and 21. A single injection of BNT162b2 in mice elicited high neutralizing titres and strong Th1 and Tfh type CD4+ and IFNγ+ IL‐2+ CD8+ T‐cell responses. The immunogenicity of BNT162b2 in rhesus macaques was parallel to the immunogenicity in mice. The rhesus macaques that had received two immunizations with 100 µg BNT162b2 were challenged with 1.05 × 106 plaque‐forming units of SARS‐CoV‐2 USA‐WA1/2020 isolate that was performed 55 days after the second immunization. The BNT162b2 vaccine candidate fully protected the lungs of immunized rhesus macaques from the SARS‐CoV‐2 challenge.124 In phase I clinical trial, 10, 20 or 30 μg of the vaccine was injected intramuscularly as two‐dose, 21 days apart. Data on immune responses or safety beyond 7 days after the second dose were not available until publication date of the report, although at 7 days after the second dose, the SARS‐CoV‐2–neutralizing geometric mean titres (GMT), elicited by 30 µg BNT162b2, was significantly exceeded the GMT of the convalescent serum panel. The trial has now gotten advanced at the 30‐μg dose level into the phase 2/3.121

Novavax's NVX‐CoV2373 is based on the codon‐optimized S‐2P mutant form of full‐length S‐protein with an additional mutation of the furin cleavage site (682‐RRAR‐685) to 682‐QQAQ‐685. The protein is produced in the baculovirus‐Spodoptera frugiperda (Sf9) insect cell expression system and is adjuvanted with the saponin‐based Matrix‐M1. For preclinical evaluation, BALB/c mice were immunized by IM injection with a single dose or two doses spaced 14 days apart containing a dose range (0.01, 0.1, 1.0 or 10 μg) of NVX‐CoV2373 with 5 μg saponin‐based Matrix‐M1 adjuvant. Also, the olive baboons (Papio cynocephalus anubis) were immunized twice (21 days apart) by IM injection with 1, 5 or 25 μg NVX‐CoV2373 with 50 μg Matrix‐M1 adjuvant. For virus challenge in mice, the mice were transduced intranasally with 2.5 × 108 pfu Ad/CMVhACE2 38 days after the second vaccination. At 4‐day post‐infection, the mice were intranasally inoculated with 1.5 × 105 pfu of SARS‐CoV‐2. Immunizations of mice and baboons elicited multifunctional CD4+ and CD8+ T cell responses with a Th1 biased phenotype, along with SARS‐CoV‐2 neutralizing antibodies. In the challenged mice, the vaccine was protective with no indication of vaccine‐associated enhanced respiratory disease.125 The preclinical evaluation was promoted by immunizing cynomolgus macaques (Macaca fascicularis) with two‐dose (21 days apart) IM injection of 5 or 25 μg NVX‐CoV2327 with 50 μg Matrix‐M1. Animals were challenged with 1.04 × 104 pfu SARS‐CoV‐2 isolate USA‐WA1/2020 intranasally and intratracheally. The vaccine administration induced anti‐S neutralizing antibody and protected macaques against upper and lower infection and pulmonary disease.126 In phase I/II trial, the participants received two IM injections of either 5 or 25 μg of NVX‐CoV2373 plus Matrix‐M1 on Days 0 and 21. At 35 days, no serious adverse events were documented, and a Th1‐biased response was elicited along with SARS‐CoV‐2 neutralizing GMT levels approximately four times greater than those in symptomatic outpatients with Covid‐19.122

2 The RBD of S protein based vaccines

Several previous studies on SARS‐CoV and MERS‐CoV showed presence of B‐cell epitopes in RBD of S proteins capable of inducing nAbs to block the interaction of RBD with cellular receptor.127 Accordingly, from 27 developed mAbs against SARS‐CoV RBD, 23 showed neutralizing activity,54, 114 among which some bind to RBM within the RBD, while others bind to domains outside this region within RBD.54, 114 Of note, a number of prior studies reported the presence of several conformational B‐cell epitopes in recombinant RBDs, capable of inducing of cross‐reactive nAbs against SARS‐CoV and MERS‐CoV.128-132 Accordingly, the high reactivity of such nAbs towards SARS‐CoV pseudoviruses was reported.133 In addition, several studies reported the strong interaction of RBD with nAbs in the antisera of either patients infected with SARS‐CoV (in the convalescent phase) or animal models immunized by full‐length S protein expressing‐MVA.106, 134 Furthermore, rabbits immunized by a RBD‐Fc human IgG fusion protein could generate a potent neutralizing activity and long‐term protection against homologous SARS‐CoV challenge.135, 136 Similarly, immunization with the RBD‐Fc fusion protein elicited nAbs to protect hCD26/DPP4 transgenic mice against MERS‐CoV infection.137 Mice models immunized by vector‐based vaccines (such as an adeno‐associated virus‐expressing RBD) developed nAbs that protected the animals from homologous virus challenge.138-140 It should be noted however that while induction of nAbs against RBD is the primary effector response of the protective immunity, T‐cell immune responses that might further contribute to the protection were also found following immunization of mice with the RBD‐based subunit vaccines.33, 140, 141 Currently, there are two LNP/mRNA platform (BioNTech/Fosun Pharma/Pfizer [phase 1/2], and People's Liberation Army [PLA] Academy of Military Sciences/Walvax Biotech [phase 1]), and six protein subunit platforms (Anhui Zhifei Longcom Biopharmaceutical/Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences [phase 2] and Kentucky Bioprocessing Inc [phase 1/2], Instituto Finlay de Vacunas of Cuba [phase 1], West China Hospital of Sichuan University [phase 1], COVAXX [phase 1] and an RBD‐HBsAg VLP by SpyBiotech/Serum Institute of India [phase 1/2]), and one flu‐based replicating viral vector (Beijing Wantai Biological Pharmacy/Xiamen University (phase 1)) in the clinical trial that use RBD of SARS‐CoV‐2 as the vaccine candidate.116 BioNTech's BNT162b1 LNP‐encapsulated mRNA vaccine candidate encodes the RBD of the SARS‐CoV‐2 S protein, linked to a foldon trimerization domain to increase its immunogenicity through repetitive antigenic display. The RNA is optimized by incorporating 1‐methyl‐pseudouridine instead of uridine to reduce innate immune sensing and to increase in vivo translation of mRNA.142 Phase 1/2 trial of the vaccine has been performed in Germany142 and the USA.143 Two doses of 1–50 µg of the vaccine applied in Germany elicited potent CD8+ and Th1‐type CD4+ T cell responses, supported by high secretion of IFN‐γ. The sera from two injections demonstrated robust antibody responses with strong neutralization activity.142 In the case of 10 and 30 µg dose levels applied in the US trial, IgG concentrations and neutralizing titres in sera increased with the dose level after a second dose.143

There are still other platforms in the preclinical stage using RBD as the main antigen for SARS‐CoV‐2 vaccine development that include (i) the protein subunit vaccine developed by Baylor College of Medicine, Biological E Ltd, Mynvax, Chulalongkorn University/GPO Thailand, Neovii/Tel Aviv University, and Baiya Phytopharm/Chula Vaccine116; (ii) the LNP‐encapsulated mRNA vaccine co‐developed by Fudan University/Shanghai JiaoTong University/RNACure Biopharma116; (iii) plasmid DNA developed by Scancell/University of Nottingham/Nottingham Trent University, and National Research Centre of Egypt; (iv) the virus‐like particle (VLP) vaccine developed by Saiba GmbH116 and (v) the replicating influenza vector vaccine developed by university of Hong Kong.116

Taken together, it seems that candidate vaccines based on RBD of SARS‐CoV‐2 are supposed to have bright future and more attraction in near future.

3 The NTD of S protein based vaccines

Alike RBD, NTD in S protein of some CoVs show receptor‐binding activity through binding to sugar moieties.144, 145 Several studies showed that recombinant NTD protein of MERS‐CoV is capable of eliciting sufficient nAbs and cellular immune responses to protect against virus challenge in animal models.33, 146, 147 Although compared to other regions of S protein (full‐length S protein, S1 and RBD), NTD is less immunogenic (i.e.,: eliciting considerably lower antibody titres and cellular immune responses), it might be involved in the binding of specific receptors144, 145 and thus deserve to be considered as a candidate antigen for vaccine development against Covid‐19.

4 The S1 subunit of S protein based vaccines

The S1 subunit, which contains both RBD and NTD regions, is responsible for virus binding to the host cell receptor. Prior studies indicated that the S1 subunit can induce strong immune responses and/or protection against viral infection.58, 148 Immunization of rats via subcutaneous or intranasal routes with a recombinant adenovirus encoding first 490 amino acids of the S1 subunit, elicited strong humoral immune responses that protected the animals against SARS‐CoV infection.149 Similarly, immunization of hDPP4 transgenic mice with MERS‐CoV recombinant S1 protein, formulated with MF59 adjuvant, induced nAbs which correlated with protection.150 A similar study also reported that intramuscular injection of an adjuvant formulated MERS‐CoV S1 protein (subunit vaccine) was capable of reducing virus shedding in dromedary camels, while conferring complete protection against the viral challenge in alpaca.148 Recently, it was shown that subcutaneously immunized mice (either traditional needle injection or intracutaneously by dissolving microneedle arrays [MNAs]), by a codon‐optimized S1 subunit containing integrated (in‐built) TLR agonist sequences, elicited specific humoral responses which were of higher titres in MNAs delivery.151 Therefore, the S1 subunit of SARS‐CoVs might also have the potential to be considered as the main antigen in different platforms to formulate a vaccine candidate against these viral infections.

To date, the vaccine candidates that use SARS‐CoV‐2 S1 as the primary antigen are in the preclinical stage and include a protein subunit vaccine platform co‐developed by AnyGo Technology (recombinant S1‐Fc fusion protein), University of Pittsburgh (microneedle arrays S1 subunit), and Baylor College of Medicine and also a recombinant deactivated rabies virus platform developed by Bharat Biotech/Thomas Jefferson University.116

5 The S2 subunit of S protein based vaccines

The S2 subunit, which contains an internal membrane fusion peptide (FP) and heptad repeats (HR1 and HR2), is responsible for fusion between the viral and host cell membranes. The S2 subunit which is highly conserved among SARS‐CoVs and MERS‐CoV is an immunogenic protein.89, 152-155 Several studies have reported that HR1 and HR2 domains of S2 can generate broadly nAbs against pseudo‐typed heterologous SARS‐CoVs in vitro.153, 156, 157 It should be noted however that other regions of S2 domain (residues 681–980) might elicit non‐nAbs (as shown in immunized mice).158 In addition, an S2 peptide sequence (residues 736–761) of MERS‐CoV induced S2‐specific nAbs in rabbits,131 although the protective efficacy is yet to be addressed. Recently, linear epitopes of SARS‐CoV‐2 S2 were mapped and the presence of cross‐reactive neutralizing epitopes for other SARS‐CoVs were shown, which sounds a more promising role for this protein as main antigen of a vaccine platform.89 It should be noted however that the FP domain of S2 which is involved in the host cell membrane fusion and viral pathogenicity has also the potential of being used as an antigen of vaccine platforms, either alone or fused with other antigenic fragments (RBD, NTD, HR1 and HR2). To date, a RBD‐FP fusion protein that induced strong antibody response in immunized mice was constructed159 but its protective efficacy remains to be addressed.

5 CONCLUSIONS

The ACE2 cellular receptor binding, S protein of SARS‐CoV‐2, plays an essential role in viral entry and infection and contains multiple B‐ and T‐cell epitopes to induce nAbs and long‐term protection, suggesting a main candidature for this protein as Vaccine antigen. Accordingly, three vaccines based on full‐length‐S antigen including two Ad‐based (ChAdOx1 nCoV‐19 and Ad5) and one RNA‐based (mRNA‐1273; Moderna/NIAID) were evaluated in phase I/2 clinical trials. With promising results on induction of nAbs and T‐cell immunity in immunized volunteers, these vaccines are now in the third clinical trial phase. Reports on some adverse effects (ADE development) on immunization with SARS‐(full) S protein‐encoding vaccines resulted to the application of various segments of SARS‐CoV‐2 S protein including RBD, NTD, S1 and S2 (besides full S fragment) in combination with various modern vaccine platforms. The RBD of SARS viruses, with potential of producing cross‐nAbs has been in the centre of concerns and currently two LNP/mRNA and two protein (subunit) based vaccines encoding RBD of SARS‐CoV‐2 are in phase 1/2 clinical trials, while several others are in preclinical studies. Results of 1/2 clinical trial on LNP/mRNA vaccines indicated induction of potent nAbs and cellular responses, implying the potential of early phase three studies. Induction of productive nAbs and cellular responses in preclinical studies on vaccine candidates encoding S1, S2 and NTD regions of S protein indicates potential of phase 1 clinical trials on such formulations in near future.

ACKNOWLEDGEMENTS

The members of the Rapid Response Team of PII also include Fatemeh Fotouhi, Ehsan Mostafavi, Monireh Kazemimanesh, Saber Esmaeili, Ali Maleki, Mahdi Rohani, Ahmad Ghasemi and Kazem Baesi. The authors are thankful to the departments of Molecular Virology, Arboviruses and Viral Hemorrhagic Fevers, Epidemiology, and ‘influenza & other Respiratory Viruses’ of PII for diagnostic and managerial affairs during SARS‐CoV‐2 outbreak.

    CONFLICT OF INTEREST

    The authors declare no conflicting financial or other interests.

    AUTHOR CONTRIBUTION

    All authors contributed to the writing of the manuscript.