To fight against the worldwide COVID-19 pandemic, the development of an effective and safe vaccine against SARS-CoV-2 is required. As potential pandemic vaccines, DNA or RNA vaccines, viral vector vaccines and protein-based vaccines have been rapidly developed to prevent pandemic spread worldwide. In this study, we designed plasmid DNA vaccine targeting the SARS-CoV-2 Spike glycoprotein (S protein) as pandemic vaccine, and the humoral, cellular, and functional immune responses were characterized to support proceeding to initial human clinical trials. After intramuscular injection of DNA vaccine encoding S protein with alum adjuvant (three times at 2-week intervals), the humoral immunoreaction, as assessed by anti-S protein or anti-receptor-binding domain (RBD) antibody titers, and the cellular immunoreaction, as assessed by antigen-induced IFN-g expression, were up-regulated. In IgG subclass analysis, IgG2b was induced as the main subclass. Based on these analyses, DNA vaccine with alum adjuvant preferentially induced Th1-type T cell polarization. We confirmed the neutralizing action of DNA vaccine-induced antibodies via two different methods, a binding assay of RBD recombinant protein with angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), a receptor of SARS-CoV-2, and pseudovirus assay. Further B cell epitope mapping analysis using a peptide array showed that most vaccine-induced antibodies recognized the S2 and RBD subunits, but not the S1 subunit. In conclusion, DNA vaccine targeting the spike glycoprotein of SARS-CoV-2 might be an effective and safe approach to combat the COVID-19 pandemic.

中文翻译：

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针对SARS-CoV-2的DNA疫苗的临床前研究

为了对抗全球COVID-19大流行，需要开发一种针对SARS-CoV-2的有效且安全的疫苗。作为潜在的大流行疫苗，DNA或RNA疫苗，病毒载体疫苗和基于蛋白质的疫苗已迅速开发，以防止大流行在世界范围内传播。在这项研究中，我们设计了针对SARS-CoV-2 Spike糖蛋白（S蛋白）的质粒DNA疫苗，作为大流行疫苗，并且对体液，细胞和功能性免疫反应进行了表征，以支持进行初步的人类临床试验。用明矾佐剂肌肉注射编码S蛋白的DNA疫苗后（间隔2周3次），通过抗S蛋白或抗受体结合域（RBD）抗体滴度评估体液免疫反应，以及细胞免疫反应，如通过抗原诱导的IFN-g表达评估的，被上调。在IgG亚类分析中，IgG2b被诱导为主要亚类。基于这些分析，具有明矾佐剂的DNA疫苗优先诱导Th1型T细胞极化。我们通过两种不同的方法证实了DNA疫苗诱导的抗体的中和作用：RBD重组蛋白与血管紧张素转化酶2（ACE2）的结合测定，SARS-CoV-2的受体以及伪病毒测定。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。IgG2b被诱导为主要亚类。基于这些分析，具有明矾佐剂的DNA疫苗优先诱导Th1型T细胞极化。我们通过两种不同的方法证实了DNA疫苗诱导的抗体的中和作用：RBD重组蛋白与血管紧张素转化酶2（ACE2）的结合测定，SARS-CoV-2的受体以及伪病毒测定。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。IgG2b被诱导为主要亚类。基于这些分析，具有明矾佐剂的DNA疫苗优先诱导Th1型T细胞极化。我们通过两种不同的方法证实了DNA疫苗诱导的抗体的中和作用：RBD重组蛋白与血管紧张素转化酶2（ACE2）的结合测定，SARS-CoV-2的受体以及伪病毒测定。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。我们通过两种不同的方法证实了DNA疫苗诱导的抗体的中和作用：RBD重组蛋白与血管紧张素转化酶2（ACE2）的结合测定，SARS-CoV-2的受体以及伪病毒测定。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。我们通过两种不同的方法证实了DNA疫苗诱导的抗体的中和作用：RBD重组蛋白与血管紧张素转化酶2（ACE2）的结合测定，SARS-CoV-2的受体以及伪病毒测定。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，针对SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。使用肽阵列进行的进一步B细胞表位作图分析表明，大多数疫苗诱导的抗体识别S2和RBD亚基，但不能识别S1亚基。总之，靶向SARS-CoV-2突触糖蛋白的DNA疫苗可能是对抗COVID-19大流行的有效且安全的方法。