摘要:病毒样颗粒(VLP)是由病毒一种或多种结构蛋白组装形成的多聚体纳米结构,其不含遗传物质。该结构虽形态与天然病毒高度相似,但无致病性与传染性,因此逐渐成为灭活或减毒疫苗的更安全替代选择。
关键词:病毒样颗粒,疫苗,纳米载体
一、什么是病毒样颗粒
病毒样颗粒(Virus-Like Particles, VLPs)是一类由病毒结构蛋白(单一或多种)通过体内自组装或体外重组表达形成的纳米级颗粒,无病毒基因组片段,因此不具备复制能力和感染性,但保留了天然病毒的空间结构与抗原表位特征,可被宿主免疫系统识别并诱导特异性免疫应答,同时可作为载体实现抗原递送、药物运输或基因治疗
[3] 。
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图1:Virus-like particles, a versatile subunit vaccine platform. Subunit Vaccine Delivery (2015), 159–80.
二、VLP的分类
1. 按是否含包膜:
(1)非包膜 VLPs:仅由病毒衣壳蛋白组成,结构简单,如人乳头瘤病毒(HPV)VLPs(由 L1 单一蛋白自组装)、诺如病毒 VLPs(由 VP1 蛋白形成);
(2)包膜 VLPs:衣壳蛋白核心外包裹宿主细胞膜来源的脂质包膜,含病毒表面抗原,如 HIV-1 VLPs(由 Gag 蛋白通过细胞出芽获取宿主膜)、流感病毒 VLPs(含血凝素 HA、神经氨酸酶 NA 等表面刺突)。
2. 按蛋白组成:
(1)单蛋白 VLPs:由一种结构蛋白组装,如 HPV L1 VLPs、乙肝病毒(HBV)HBsAg VLPs;
(2)多蛋白 VLPs:由两种及以上结构蛋白形成多层结构,如呼肠孤病毒科 VLPs(2-4 种蛋白组成多层衣壳)、轮状病毒 VLPs(VP2/VP6/VP7 组成双层衣壳)。
3. 特殊类型:
嵌合 VLPs:通过基因工程或化学偶联,在 VLPs 表面展示异源病毒抗原或靶向分子,如猪圆环病毒 2 型 VLPs 展示猪繁殖与呼吸综合征病毒 GP5 表位、乙肝核心抗原(HBcAg)VLPs 展示流感病毒 M2e 表位,可实现多病原体靶向或精准递送[2,3]。
三、VLP的起源与发展
(1)首次发现VLP:1968年首次从乙肝病毒(HBV)感染者血清中分离出 HBsAg 颗粒(即 HBV VLPs),证实病毒结构蛋白可在无基因组情况下自组装形成类病毒颗粒[1]
(2)首个获批VLP疫苗:1989年基于酵母表达的 HBV HBsAg VLPs 疫苗(Engrix-B,葛兰素史克)获美国 FDA 批准,成为首个商业化 VLP 疫苗,标志 VLPs 技术从基础研究进入临床应用[1,4];
四、VLP的特点
1. 安全性高:
VLP缺失病毒基因组,无法复制或回复为致病性病毒,避免减毒疫苗“回复突变” 风险和灭活疫苗“灭活不完全”风险[2,3,4]
2. 免疫原性强:
VLP空间结构与天然病毒高度一致,拥有完整抗原表位,可被免疫系统高效识别,无需佐剂即可诱导强效的体液免疫[1,2];
3. 功能多:
(1)疫苗载体:VLP已用于 HBV、HPV、HEV、流感等多种病原体的预防性疫苗,如九价 HPV疫苗[4];
(2)药物/核酸递送载体:内部空腔可包裹化疗药物、小干扰 RNA(siRNA),表面可修饰靶向分子(如叶酸),以实现肿瘤精准递药[1];
(3)基因治疗载体:如 JC 病毒 VLPs 可包裹 14 kbp DNA 质粒,靶向递送自杀基因至肿瘤细胞[2]。
五、VLP的表达平台
1. 大肠杆菌平台:
表达通常首选用于产生具有有限 PTM 的小蛋白质[1,2,3]
2. 酵母平台:
是一种具有成本效益的生产系统,可以避免与细菌和哺乳动物表达系统相关的内毒素和病毒污染问题[1,2,3]
3. 动物细胞表达平台:
能够制造复杂而精确的 PTM,这对于适当的蛋白质折叠至关重要,可用于产生无包膜和包膜 VLP 的多种结构蛋白
4. 无细胞系统平台:
通常由大肠杆菌或酵母细胞的提取物组成。该系统用于生产具有有毒中间体形式的病毒衣壳蛋白。由于无细胞系统的非补充性质,导致该平台要求很高,具有可扩展性限制[1,2]。
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图2:VLP主要表达平台及其优缺点
Platforms, advances, and technical challenges in virus-like particles-based vaccines.
参考文献
[1] Braeden Donaldson FA-B, Young V, Scullion S, Ward V, Young S. Virus-like particles, a versatile subunit vaccine platform. Subunit Vaccine Delivery (2015), 159–80.
[2]Gupta R, Arora K, Roy SS, Joseph A, Rastogi R, Arora NM and Kundu PK (2023) Platforms, advances, and technical challenges in virus-like particles-based vaccines. Front. Immunol. 14:1123805.
[3]J.Fuenmayor, F. Gòdia, L. Cervera.Production of virus-like particles for vaccines.New Biotechnology,Volume 39, Part B,2017,Pages 174-180,ISSN 1871-6784.
[4]Qian, C.; Liu, X.; Xu, Q.; Wang, Z.; Chen, J.; Li, T.; Zheng, Q.; Yu, H.; Gu, Y.; Li, S.; et al. Recent Progress on the Versatility of Virus-Like Particles. Vaccines 2020, 8, 139
来源:南开细胞工程
编辑:吃一口小猫
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