Zika virus (ZIKV), a mosquito-borne flavivirus, is a current global public health concern. The flavivirus envelope (E) glycoprotein is responsible for virus entry and represents a major target of neutralizing antibodies for other flaviviruses. Here, we report the structures of ZIKV E protein at 2.0 Å and in complex with a flavivirus broadly neutralizing murine antibody 2A10G6 at 3.0 Å. ZIKV-E resembles all the known flavivirus E structures but contains a unique, positively charged patch adjacent to the fusion loop region of the juxtaposed monomer, which may influence host attachment. The ZIKV-E-2A10G6 complex structure reveals antibody recognition of a highly conserved fusion loop. 2A10G6 binds to ZIKV-E with high affinity in vitro and neutralizes currently circulating ZIKV strains in vitro and in mice. The E protein fusion loop epitope represents a potential candidate for therapeutic antibodies against ZIKV.

Vaccines are urgently needed to control the ongoing pandemic COVID-19 and previously emerging MERS/SARS caused by coronavirus (CoV) infections. The CoV spike receptor-binding domain (RBD) is an attractive vaccine target but is undermined by limited immunogenicity. We describe a dimeric form of MERS-CoV RBD that overcomes this limitation. The RBD-dimer significantly increased neutralizing antibody (NAb) titers compared to conventional monomeric form and protected mice against MERS-CoV infection. Crystal structure showed RBD-dimer fully exposed dual receptor-binding motifs, the major target for NAbs. Structure-guided design further yielded a stable version of RBD-dimer as a tandem repeat single-chain (RBD-sc-dimer) which retained the vaccine potency. We generalized this strategy to design vaccines against COVID-19 and SARS, achieving 10- to 100-fold enhancement of NAb titers. RBD-sc-dimers in pilot scale production yielded high yields, supporting their scalability for further clinical development. The framework of immunogen design can be universally applied to other beta-CoV vaccines to counter emerging threats.

BackgroundAlthough several COVID-19 vaccines have been developed so far, they will not be sufficient to meet the global demand. Development of a wider range of vaccines, with different mechanisms of action, could help control the spread of SARS-CoV-2 globally. We developed a protein subunit vaccine against COVID-19 using a dimeric form of the receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike protein as the antigen. We aimed to assess the safety and immunogenicity of this vaccine, ZF2001, and determine the appropriate dose and schedule for an efficacy study.MethodsWe did two randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1 and phase 2 trials. Phase 1 was done at two university hospitals in Chongqing and Beijing, China, and phase 2 was done at the Hunan Provincial Center for Disease Control and Prevention in Xiangtan, China. Healthy adults aged 18–59 years, without a history of SARS-CoV or SARS-CoV-2 infection, an RT-PCR-positive test result for SARS-CoV-2, a history of contact with confirmed or suspected COVID-19 cases, and severe allergies to any component of the vaccine were eligible for enrolment. In phase 1, participants were randomly assigned (2:2:1) to receive three doses of the vaccine (25 μg or 50 μg) or placebo intramuscularly, 30 days apart. In phase 2, participants were randomly assigned (1:1:1:1:1:1) to receive the vaccine (25 μg or 50 μg) or placebo intramuscularly, 30 days apart, in either a two-dose schedule or a three-dose schedule. Investigators, participants, and the laboratory team were masked to group allocation. For phase 1, the primary outcome was safety, measured by the occurrence of adverse events and serious adverse events. For phase 2, the primary outcome was safety and immunogenicity (the seroconversion rate and the magnitude, in geometric mean titres [GMTs], of SARS-CoV-2-neutralising antibodies). Analyses were done on an intention-to-treat and per-protocol basis. These trials are registered with ClinicalTrials.gov (NCT04445194 and NCT04466085) and participant follow-up is ongoing.FindingsBetween June 22 and July 3, 2020, 50 participants were enrolled into the phase 1 trial and randomly assigned to receive three doses of placebo (n=10), the 25 μg vaccine (n=20), or the 50 μg vaccine (n=20). The mean age of participants was 32·6 (SD 9·4) years. Between July 12 and July 17, 2020, 900 participants were enrolled into the phase 2 trial and randomly assigned to receive two doses of placebo (n=150), 25 μg vaccine (n=150), or 50 μg vaccine (n=150), or three doses of placebo (n=150), 25 μg vaccine (n=150), or 50 μg vaccine (n=150). The mean age of participants was 43·5 (SD 9·2) years. In both phase 1 and phase 2, adverse events reported within 30 days after vaccination were mild or moderate (grade 1 or 2) in most cases (phase 1: six [60%] of ten participants in the placebo group, 14 [70%] of 20 in the 25 μg group, and 18 [90%] of 20 in the 50 μg group; phase 2: 37 [25%] of 150 in the two-dose placebo group, 43 [29%] of 150 in the two-dose 25 μg group, 50 [33%] of 150 in the two-dose 50 μg group, 47 [31%] of 150 in the three-dose placebo group, 72 [48%] of 150 in the three-dose 25 μg group, and 65 [43%] of 150 in the three-dose 50 μg group). In phase 1, two (10%) grade 3 or worse adverse events were reported in the 50 μg group. In phase 2, grade 3 or worse adverse events were reported by 18 participants (four [3%] in the two-dose 25 μg vaccine group, two [1%] in the two-dose 50 μg vaccine group, two [1%] in the three-dose placebo group, four [3%] in the three-dose 25 μg vaccine group, and six [4%] in the three-dose 50 μg vaccine group), and 11 were considered vaccine related (two [1%] in the two-dose 25 μg vaccine group, one [1%] in the two-dose 50 μg vaccine group, one [1%] in the three-dose placebo group, two [1%] in the three-dose 25 μg vaccine group, and five [3%] in the three-dose 50 μg vaccine group); seven participants reported serious adverse events (one [1%] in the two-dose 25 μg vaccine group, one [1%] in the two-dose 50 μg vaccine group, two [1%] in the three-dose placebo group, one [1%] in the three-dose 25 μg vaccine group, and two [1%] in the three-dose 50 μg vaccine group), but none was considered vaccine related. In phase 2, on the two-dose schedule, seroconversion rates of neutralising antibodies 14 days after the second dose were 76% (114 of 150 participants) in the 25 μg group and 72% (108 of 150) in the 50 μg group; on the three-dose schedule, seroconversion rates of neutralising antibodies 14 days after the third dose were 97% (143 of 148 participants) in the 25 μg group and 93% (138 of 148) in the 50 μg group. In the two-dose groups in phase 2, the SARS-CoV-2-neutralising GMTs 14 days after the second dose were 17·7 (95% CI 13·6–23·1) in the 25 μg group and 14·1 (10·8–18·3) in the 50 μg group. In the three-dose groups in phase 2, the SARS-CoV-2-neutralising GMTs 14 days after the third dose were 102·5 (95% CI 81·8–128·5) in the 25 μg group and 69·1 (53·0–90·0) in the 50 μg group.InterpretationThe protein subunit vaccine ZF2001 appears to be well tolerated and immunogenic. The safety and immunogenicity data from the phase 1 and 2 trials support the use of the 25 μg dose in a three-dose schedule in an ongoing phase 3 trial for large-scale evaluation of ZF2001's safety and efficacy.FundingNational Program on Key Research Project of China, National Science and Technology Major Projects of Drug Discovery, Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, and Anhui Zhifei Longcom Biopharmaceutical.TranslationFor the Chinese translation of the abstract see Supplementary Materials section.

Zika virus–specific antibodies isolated from a single infected patient show postexposure protection in mice and reveal targets for therapy.

The ZF2001 vaccine, which contains a dimeric form of the receptor-binding domain of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 and aluminum hydroxide as an adjuvant, was shown to be safe, with an acceptable side-effect profile, and immunogenic in adults in phase 1 and 2 clinical trials.

Abstract Omicron variant continues to spread all over the world. There are lots of scientific questions remaining to be answered for such a devastating variant. There are a dozen of vaccines already in clinical use. The very urgent scientific question would be whether or not these vaccines can protect Omicron variant. Here, we tested the sera from both convalescents and vaccine recipients receiving either inactivated or protein subunits vaccines (CoronaVac from Sinovac, or BBIBP-CoV from Sinopharm, or ZF2001 from Zhifei longcom) for the binding antibody titers (ELISA) and neutralization antibodies titers (pseudovirus neutralization assay). We showed that Omicron do have severe immune escape in convalescents, with 15 of 16 were negative in neutralization. By contrast, in vaccinees who received three jabs of inactivated or protein subunit vaccine, the neutralizing activity was much better preserved. Especially in the ZF2001 group with an extended period of the second and third jab (4-6 months) remains 100% positive in Omicron neutralization, with only 3.1-folds reduction in neutralizing antibody (NAb) titer. In this case, we proposed that, the multi-boost strategy with an extended interval between the second and third jab for immune maturation would be beneficial for NAb against devastating variants such as Omicron.

Abstract SARS-CoV-2 variants brought new waves of infection worldwide. In particular, Delta variant (B.1.617.2 lineage) has become predominant in many countries. These variants raised the concern for their potential immune escape to the currently approved vaccines. ZF2001 is a subunit vaccine received emergency use authorization (EUA) in both China and Uzbekistan, with more than 100-million doses administrated with a three-dose regimen. The tandem-repeat dimer of SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain (RBD) was used as the antigen. In this work, we evaluated the neutralization of ZF2001-elicited antisera to SARS-CoV-2 variants including all four variants of concern (Alpha, Beta, Gamma and Delta) and other three variants of interest (Epsilon, Eta and Kappa) by pseudovirus-based assay. We found antisera preserved majority of the neutralizing activity against these variants. E484K/Q substitution is the key mutation to reduce the RBD-elicited sera neutralization. Moreover, ZF2001-elicited sera with a prolonged intervals between the second and third dose enhanced the neutralizing titers and resilience to SARS-CoV-2 variants.

Abstract A safe, efficacious and deployable vaccine is urgently needed to control COVID-19 pandemic. We report here the preclinical development of a COVID-19 vaccine candidate, ZF2001, which contains tandem-repeat dimeric receptor-binding domain (RBD) protein with alum-based adjuvant. We assessed vaccine immunogenicity and efficacy in both mice and non-human primates (NHPs). ZF2001 induced high levels of RBD-binding and SARS-CoV-2 neutralizing antibody in both mice and NHPs, and also elicited balanced T H 1/T H 2 cellular responses in NHPs. Two doses of ZF2001 protected Ad-hACE2-transduced mice against SARS-CoV-2 infection, as detected by reduced viral RNA and relieved lung injuries. In NHPs, vaccination of either 25 μg or 50 μg ZF2001 prevented infection with SARS-CoV-2 in lung, trachea and bronchi, with milder lung lesions. No evidence of disease enhancement is observed in both models. ZF2001 is being evaluated in the ongoing international multi-center Phase 3 trials ( NCT04646590 ) and has been approved for emergency use in Uzbekistan.

Abstract SARS-CoV-2 Omicron EG.5 and EG.5.1 are surging in several areas of the world, including China. Compared with XBB.1, EG.5 contains additional mutations of F456L and S486P in the spike protein receptor binding domain (RBD) and its subvariant EG.5.1 carries a further spike mutation Q52H. The immune escape potential of EG.5/EG.5.1 is of great concern. In this study, we evaluated the neutralization activities of sera from participants who received COVID-19 inactivated vaccines, protein subunit vaccine ZF2001 or a booster vaccination of Delta-BA.5 RBD-heterodimer protein vaccine, and participants who had a breakthrough infection during a wave of BF.7/BA.5.2 circulation in December 2022. Neutralization profiles elicited by bivalent RBD-heterodimer vaccine candidates containing XBB.1.5 antigen were evaluated in a murine model. We found that EG.5 and EG.5.1 displayed similar immune evasion potential to XBB.1 and XBB.1.5. The Delta-BA.5 RBD-heterodimer booster induced higher neutralizing titers against the tested XBB subvariants, including EG.5 and EG.5.1, than breakthrough infection by BF.7 or BA.5.2. In addition, Delta-XBB.1.5 and BQ.1.1-XBB.1.5 RBD-heterodimer vaccines induced high neutralizing activities against XBB sub-variants in a murine model, suggesting that next-generation COVID-19 vaccines with updated components must be developed to enhance the protection efficacy against the circulating SARS-CoV-2 strains.

Abstract A safe and effective vaccine is urgently needed to control the unprecedented COVID-19 pandemic. Four adenovirus vectored vaccines expressing spike (S) protein have advanced into phase 3 trials, with three approved for use. Here, we generated several recombinant chimpanzee adenovirus (AdC7) vaccines expressing S, receptor-binding domain (RBD) or dimeric tandem-repeat RBD (RBD-tr2). We found vaccination via either intramuscular or intranasal route was highly immunogenic in mice to elicit both humoral and cellular (Th1-based) immune responses. AdC7-RBD-tr2 showed higher antibody responses compared with both AdC7-S and AdC7-RBD. Intranasal administration of AdC7-RBD-tr2 additionally induced mucosal immunity with neutralizing activity in bronchoalveolar lavage fluid. Either single-dose or two-dose mucosal administration of AdC7-RBD-tr2 protected mice against SARS-CoV-2 challenge, with undetectable subgenomic RNA in lung and relieved lung injury. These results support AdC7-RBD-tr2 as a promising COVID-19 vaccine candidate.