We investigated the contributions of the structural proteins of severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus (CoV) to protective immunity by expressing them individually and in combinations from a recombinant parainfluenza virus (PIV) type 3 vector called BHPIV3. This vector provided direct immunization of the respiratory tract, the major site of SARS transmission, replication, and disease. The BHPIV3/SARS recombinants were evaluated for immunogenicity and protective efficacy in hamsters, which support a high level of pulmonary SARS-CoV replication. A single intranasal administration of BHPIV3 expressing the SARS-CoV spike protein (S) induced a high titer of SARS-CoV-neutralizing serum antibodies, only 2-fold less than that induced by SARS-CoV infection. The expression of S with the two other putative virion envelope proteins, the matrix M and small envelope E proteins, did not augment the neutralizing antibody response. In absence of S, expression of M and E or the nucleocapsid protein N did not induce a detectable serum SARS-CoV-neutralizing antibody response. Immunization with BHPIV3 expressing S provided complete protection against SARS-CoV challenge in the lower respiratory tract and partial protection in the upper respiratory tract. This was augmented slightly by coexpression with M and E. Expression of M, E, or N in the absence of S did not confer detectable protection. These results identify S among the structural proteins as the only significant SARS-CoV neutralization antigen and protective antigen and show that a single mucosal immunization is highly protective in an experimental animal that supports efficient replication of SARS-CoV.

SUMMARY Pediatric SARS-CoV-2 vaccines are needed that elicit immunity directly in the airways, as well as systemically. Building on pediatric parainfluenza virus vaccines in clinical development, we generated a live-attenuated parainfluenza virus-vectored vaccine candidate expressing SARS-CoV-2 prefusion-stabilized spike (S) protein (B/HPIV3/S-6P) and evaluated its immunogenicity and protective efficacy in rhesus macaques. A single intranasal/intratracheal dose of B/HPIV3/S-6P induced strong S-specific airway mucosal IgA and IgG responses. High levels of S-specific antibodies were also induced in serum, which efficiently neutralized SARS-CoV-2 variants of concern. Furthermore, B/HPIV3/S-6P induced robust systemic and pulmonary S-specific CD4 + and CD8 + T-cell responses, including tissue-resident memory cells in lungs. Following challenge, SARS-CoV-2 replication was undetectable in airways and lung tissues of immunized macaques. B/HPIV3/S-6P will be evaluated clinically as pediatric intranasal SARS-CoV-2/parainfluenza virus type 3 vaccine. One-Sentence Summary Intranasal parainfluenza virus-vectored COVID-19 vaccine induces anti-S antibodies, T-cell memory and protection in macaques.

The pediatric live-attenuated bovine/human parainfluenza virus type 3 (B/HPIV3)-vectored vaccine expressing the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S) protein (B/HPIV3/S-2P) was previously evaluated in vitro and in hamsters. To improve its immunogenicity, we generated B/HPIV3/S-6P, expressing S further stabilized with 6 proline mutations (S-6P). Intranasal immunization of hamsters with B/HPIV3/S-6P reproducibly elicited significantly higher serum anti-S IgA/IgG titers than B/HPIV3/S-2P; hamster sera efficiently neutralized variants of concern (VoCs), including Omicron variants. B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P immunization protected hamsters against weight loss and lung inflammation following SARS-CoV-2 challenge with the vaccine-matched strain WA1/2020 or VoCs B.1.1.7/Alpha or B.1.351/Beta and induced near-sterilizing immunity. Three weeks post-challenge, B/HPIV3/S-2P- and B/HPIV3/S-6P-immunized hamsters exhibited a robust anamnestic serum antibody response with increased neutralizing potency to VoCs, including Omicron sublineages. B/HPIV3/S-6P primed for stronger anamnestic antibody responses after challenge with WA1/2020 than B/HPIV3/S-2P. B/HPIV3/S-6P will be evaluated as an intranasal vaccine to protect infants against both HPIV3 and SARS-CoV-2.SARS-CoV-2 infects and causes disease in all age groups. While injectable SARS-CoV-2 vaccines are effective against severe COVID-19, they do not fully prevent SARS-CoV-2 replication and transmission. This study describes the preclinical comparison in hamsters of B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P, live-attenuated pediatric vector vaccine candidates expressing the "2P" prefusion stabilized version of the SARS-CoV-2 spike protein, or the further-stabilized "6P" version. B/HPIV3/S-6P induced significantly stronger anti-S serum IgA and IgG responses than B/HPIV3/S-2P. A single intranasal immunization with B/HPIV3/S-6P elicited broad systemic antibody responses in hamsters that efficiently neutralized the vaccine-matched isolate as well as variants of concern, including Omicron. B/HPIV3/S-6P immunization induced near-complete airway protection against the vaccine-matched SARS-CoV-2 isolate as well as two variants. Furthermore, following SARS-CoV-2 challenge, immunized hamsters exhibited strong anamnestic serum antibody responses. Based on these data, B/HPIV3/S-6P will be further evaluated in a phase I study.