严重急性呼吸道综合征（SARS）冠状病毒（SARS-CoV）于2002-2003年在全球爆发。与SARS-CoV同属β冠状病毒（β-CoV）属的SARS-CoV-2在2019年底出现，传播迅速，到2020年9月全球感染人数超过2800万。由SARS-CoV-2引起的2019年冠状病毒病（COVID-19）被世界卫生组织（WHO）宣布为大流行病。作为应对措施，几种SARS-CoV-2候选疫苗正在开发，并在临床试验的不同阶段进行测试。SARS-CoV-2刺突糖蛋白（S蛋白）三聚体是疫苗开发的重点，这是因为它是宿主免疫防御的主要靶标。
与其他1型融合蛋白一样，SARS-CoV-2融合前S蛋白三聚体是相对稳定的，在S蛋白与人细胞表面上的ACE2受体结合和遭受蛋白酶切割后，会发生结构重排，从而从融合前构象变为融合后构象。稳定化的SARS-CoV-2 S蛋白胞外结构域在融合前构象下的结构已被解析出，并与SARS-CoV的S蛋白相类似。
在一项新的研究中，来自美国斯克利普斯研究所的研究人员描述了一种先进的候选SARS-CoV-2 S疫苗（NVAX-CoV2373）的结构，这种候选疫苗是基于包括跨膜结构域（TM）和胞质尾区（cytoplasmic tail, CT）的全长S蛋白（氨基酸残基1～1273）开发的。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Structural analysis of full-length SARS-CoV-2 spike protein from an advanced vaccine candidate”。
作为这种候选疫苗中的最终构建体，SARS-CoV-2-3Q-2P也在S1/S2多碱性切割位点（polybasic cleavage site，即含有多个精氨酸残基的切割位点,其中精氨酸是碱性氨基酸）上进行修饰，使之从原先的RRAR突变为QQAQ，从而使得它具有蛋白酶抗性，与此同时在S2融合核心的K986和V987残基处进行2个脯氨酸替换以增强它的稳定性，从而产生SARS-CoV-2 3Q-2P-FL蛋白。
从昆虫细胞中表达和纯化的3Q-2P-FL蛋白，在0.01％（v/v）聚山梨酯80（PS 80）洗涤剂中配制。为了表征3Q-2P-FL免疫原的结构完整性，这些研究人员在Matrix-M佐剂存在的情况下，对在PS 80下重建的3Q-2P-FL进行了阴性染色电镜成像，从而再现了正在人类中测试的疫苗配方。这种成像显示这种三聚体3Q-2P-FL蛋白以游离三聚体或多三聚体玫瑰花结（multi-trimer rosette）的形式存在，后者含有多达14个三聚体而且它们的跨膜结构域封闭在PS 80洗涤剂的胶束核（micellar core）中。NVAX-CoV2373纳米颗粒疫苗配方中的3Q-2P-FL蛋白紧密簇聚可能导致比单独的可溶性三聚体更强的免疫反应，这一点类似于其他的病毒糖蛋白免疫原（流感病毒的HA蛋白和RSV病毒的 F蛋白）。
此外，这些研究人员还对在PS 80下重建的3Q-2P-FL进行了低温电镜（cryo-EM）成像和位点特异性聚糖分析。他们发现3Q-2P-FL免疫原的稳定的融合前构象在S1亚基上与之前已发表的S蛋白胞外结构域结构略有差异。他们还观察到这种全长的3Q-2P-FL三聚体之间的新型相互作用，从而允许形成更高阶的S蛋白复合物。
这项研究证实了这种全长的3Q-2P-FL蛋白免疫原的结构完整性，并为解释这种多价纳米颗粒免疫原的免疫反应提供了依据。
