Abstract The widespread SARS-CoV-2 in humans results in the continuous emergence of new variants. Recently emerged Omicron variant with multiple spike mutations sharply increases the risk of breakthrough infection or reinfection, highlighting the urgent need for new vaccines with broad-spectrum antigenic coverage. Using inter-lineage chimera and mutation patch strategies, we engineered a recombinant monomeric spike variant (STFK1628x), which showed high immunogenicity and mutually complementary antigenicity to its prototypic form (STFK). In hamsters, a bivalent vaccine comprised of STFK and STFK1628x elicited high titers of broad-spectrum antibodies to neutralize all 14 circulating SARS-CoV-2 variants, including Omicron; and fully protected vaccinees from intranasal SARS-CoV-2 challenges of either the ancestral strain or immune-evasive Beta variant. Strikingly, the vaccination of hamsters with the bivalent vaccine completely blocked the within-cage virus transmission to unvaccinated sentinels, for either the ancestral SARS-CoV-2 or Beta variant. Thus, our study provides new insights and antigen candidates for developing next-generation COVID-19 vaccines.

Abstract The emergence of SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2) variants and “anatomical escape” characteristics threaten the effectiveness of current coronavirus disease (COVID-19) vaccines. There is an urgent need to understand the immunological mechanism of broad-spectrum respiratory tract protection to guide broader vaccines development. In this study, we investigated immune responses induced by an NS1-deleted influenza virus vectored intranasal COVID-19 vaccine (dNS1-RBD) which provides broad-spectrum protection against SARS-CoV-2 variants. Intranasal delivery of dNS1-RBD induced innate immunity, trained immunity and tissue-resident memory T cells covering the upper and lower respiratory tract. It restrained the inflammatory response by suppressing early phase viral load post SARS-CoV-2 challenge and attenuating pro-inflammatory cytokine ( IL-6, IL-1B , and IFN- γ) levels, thereby reducing excess immune-induced tissue injury compared with the control group. By inducing local cellular immunity and trained immunity, intranasal delivery of NS1-deleted influenza virus vectored vaccine represents a broad-spectrum COVID-19 vaccine strategy to reduce disease burden.

Abstract A safe and effective SARS-CoV-2 vaccine is essential to avert the on-going COVID-19 pandemic. Here, we developed a subunit vaccine, which is comprised of CHO-expressed spike ectodomain protein (StriFK) and nitrogen bisphosphonates-modified zinc-aluminum hybrid adjuvant (FH002C). This vaccine candidate rapidly elicited the robust humoral response, Th1/Th2 balanced helper CD4 T cell and CD8 T cell immune response in animal models. In mice, hamsters, and non-human primates, 2-shot and 3-shot immunization of StriFK-FH002C generated 28- to 38-fold and 47- to 269-fold higher neutralizing antibody titers than the human COVID-19 convalescent plasmas, respectively. More importantly, the StriFK-FH002C immunization conferred sterilizing immunity to prevent SARS-CoV-2 infection and transmission, which also protected animals from virus-induced weight loss, COVID-19-like symptoms, and pneumonia in hamsters. Vaccine-induced neutralizing and cell-based receptor-blocking antibody titers correlated well with protective efficacy in hamsters, suggesting vaccine-elicited protection is immune-associated. The StriFK-FH002C provided a promising SARS-CoV-2 vaccine candidate for further clinical evaluation.

ABSTRACT Butyrate, produced by gut microbe during dietary fiber fermentation, plays anti-inflammatory and antioxidant effects in chronic inflammation diseases, yet it remains to be explored whether butyrate has protective effects against viral infections. Here, we demonstrated that butyrate alleviated tissue injury in severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-infected golden hamsters with supplementation of butyrate before and during the infection. Butyrate-treated hamsters showed augmentation of type I interferon (IFN) response and activation of endothelial cells without exaggerated inflammation. In addition, butyrate regulated redox homeostasis by enhancing the activity of superoxide dismutase (SOD) to inhibit excessive apoptotic cell death. Therefore, butyrate exhibited an effective prevention against SARS-CoV-2 by upregulating antiviral immune responses and promoting cell survival. IMPORTANCE Since SARS-CoV-2 has caused severe disease characterized by acute respiratory distress syndrome (ARDS) in humans, it is essential to develop therapeutics based on relieving such severe clinical symptoms. Current therapy strategies mainly focus on individuals who have COVID-19, however, there is still a strong need for prevention and treatment of SARS-CoV-2 infection. This study showed that butyrate, a bacterial metabolite, improved the response of SARS-CoV-2-infected hamsters by reducing immunopathology caused by impaired antiviral defenses and inhibiting excessive apoptosis through reduction in oxidative stress.