基于病毒載體和病毒樣顆粒的傳染病疫苗

為了克服傳統(tǒng)疫苗的局限性，出現了新的疫苗設計平臺，例如基于病毒載體和病毒樣顆粒 (VLP) 的平臺。病毒載體疫苗效率高，保護作用起效快。許多人用重組候選疫苗都是基于屬于不同科的病毒，例如腺病毒科、逆轉錄病毒科、副粘病毒科、彈狀病毒科和細小病毒科。此外，第一個獲準用于人類接種的病毒載體疫苗是日本腦炎病毒疫苗。從那時起，幾種病毒載體已獲批準用于接種拉沙熱、埃博拉、乙肝、戊肝、SARS-CoV-2 和瘧疾等病毒。VLP 是模擬由結構蛋白自組裝形成的病毒顆粒的納米顆粒，基于VLP 的乙肝和戊肝病毒、人乳頭瘤病毒和瘧疾疫苗已經商業(yè)化。正如COVID-19 疫苗生產的加速所證明的那樣，這些新方法是疫苗學以及針對病原體和新出現的大流行威脅做出快速反應的重要工具。

亮點

? 病毒載體疫苗和VLP已成為疫苗設計的新平臺。

? 病毒載體疫苗具有高效性和快速起效保護作用。

?病毒載體有助于對新變種和新出現的病毒做出快速反應。

?許多人體重組疫苗候選物都是基于腺病毒和慢病毒。

簡介

疫苗學時代始于 1789 年，當時愛德華·詹納研制出第一種天花疫苗。從那時起，疫苗已經挽救了數百萬人的死亡，并在 1978 年甚至導致了這種疾病的根除。19 世紀，巴斯德率先開發(fā)了基于病原體滅活或減毒的疫苗。20 世紀下半葉，利用細胞培養(yǎng)技術培養(yǎng)病毒促進了多種滅活和減毒疫苗的研發(fā)。

20世紀末分子生物學出現之前開發(fā)的傳統(tǒng)疫苗由滅活或減毒病原體、類毒素、蛋白質疫苗或細菌多糖組成。因此，這些疫苗的使用減輕了脊髓灰質炎、麻疹、破傷風和白喉等疾病的影響。

然而，盡管經過數十年的深入研究，仍然尚未研制出針對某些人類病原體的有效疫苗，例如，表現出高度遺傳變異性（例如，人類免疫缺陷病毒 [HIV] 和丙型肝炎病毒），導致持續(xù)性或潛伏性感染（例如，HIV、丙型肝炎病毒、單純皰疹病毒、愛潑斯坦-巴爾病毒），或不能誘導免疫力。此外，傳統(tǒng)疫苗存在一些缺點，例如安全問題，其中包括減毒活病毒的回復毒力風險、被活生物體污染的可能性以及對免疫系統(tǒng)較弱的人的風險。此外，疫苗生產昂貴且耗時，需要更高水平的生物安全和專門的實驗室。

近幾十年來，隨著基因工程、分子和細胞免疫學、結構生物學、生物信息學、計算生物學、納米技術和合成生物學等技術的進步，出現了一些新的、有前景的疫苗平臺，例如重組病毒載體、病毒樣顆粒 (VLP)、mRNA、合成 DNA和細菌載體疫苗。此外，疫苗設計的新技術是疫苗學中克服傳統(tǒng)技術局限性、快速有效應對新威脅（如新出現的病原體和大流行疫情）的重要工具。在本文中，我們旨在總結病毒工程的最新進展，這些進展促成了針對導致當前流行病的病原體（如流感、埃博拉、艾滋病和 COVID-19）的安全有效疫苗的開發(fā)，特別關注基于病毒載體和 VLP 的疫苗平臺。

基于病毒載體的疫苗

重組病毒經過基因改造，旨在用作對抗傳染源的疫苗以及抗癌和基因治療。具體而言，病毒載體用于基因治療始于 20 世紀 90 年代。從那時起，基因工程、重組 DNA 技術的進步以及用于拯救重組病毒的反向遺傳技術的發(fā)展促進了基于載體的疫苗平臺的開發(fā)。病毒載體是通過重組 DNA工程將外來抗原或轉基因（例如目標免疫原）插入病毒遺傳物質而構建的。此外，病毒載體經過特殊改造以消除其固有的致病特性。然后使用新構建的病毒載體將抗原基因遞送至宿主，抗原基因在宿主體內瞬時高水平表達以引發(fā)強大的免疫力。此外，多價或多病原疫苗的構建可以同時表達來自相同或不同病原體的各種轉基因。此外，在被動免疫中，重組病毒攜帶抗體轉基因。

迄今為止，已設計出兩種主要類型的病毒載體：復制型載體和復制缺陷型載體。復制型載體可擴增轉基因并產生感染性子代，而非復制型載體僅遞送轉基因的單拷貝而不進行復制，從而提高了其安全性。復制型載體通過模擬自然感染產生強烈的免疫反應。復制缺陷型載體在外源啟動子的控制下表達免疫原，產生的疫苗反應較弱，可能需要使用佐劑。復制型載體包括腺病毒、逆轉錄病毒、彈狀病毒和副粘病毒載體，而復制缺陷型載體包括腺病毒、逆轉錄病毒和腺相關病毒載體（表 2）。單周期病毒載體也可用，它只需一輪復制，即可增加抗原表達并避免病毒子代的形成。單周期載體已從腺病毒和彈狀病毒中開發(fā)出來。病毒載體疫苗通常非常有效，可通過誘導強烈的體液和細胞免疫反應（包括產生干擾素和炎性細胞因子）提供快速保護。通常無需使用額外的佐劑，從而簡化了疫苗的組成和配制過程。表1總結了病毒載體疫苗的主要優(yōu)點和缺點。

表1.病毒載體疫苗的優(yōu)點和缺點。

表2 .本文綜述了用于疫苗開發(fā)的主要病毒和VLP載體類型。

縮寫：

Ad

，腺病毒；

ChAd

，黑猩猩腺病毒；

HBV

，乙型肝炎病毒；

HEV

，戊型肝炎病毒；

HIV-1

，人類免疫缺陷病毒

-1

HPIV3

，人副流感病毒

-3

HPV

，人乳頭瘤病毒；

IAV

，甲型流感病毒；

MV

，麻疹病毒；

NDV

，新城疫病毒；

VLPs

，病毒樣顆粒；

VSV

，水泡性口炎病毒。

許多基于病毒載體的疫苗已獲批用于獸用，例如犬瘟熱病毒、貓白血病病毒、狂犬病毒、新城疫病毒(NDV)、傳染性法氏囊病病毒和馬立克病。例如，基于 NDV 的流感疫苗可保護雞免受高致病性禽流感的侵害，在墨西哥和中國已被用作獸用疫苗。痘苗病毒是第一個被開發(fā)為乙肝疫苗載體的病毒。2010 年，首個針對黃病毒屬日本腦炎病毒的病毒載體疫苗ChimeriVax-JE (Imojev)獲準用于人類。ChimeriVax-JE 是一種減毒活疫苗，利用黃熱病病毒17D 株構建，其前膜蛋白和囊膜蛋白的編碼序列被日本腦炎病毒的相應序列取代。該載體已在澳大利亞和亞洲實現商業(yè)化，單劑接種即可引發(fā)快速免疫反應，且安全性良好。

盡管目前僅有少數病毒載體疫苗獲準用于人體（表3），但廣泛使用的腺病毒載體疫苗已被證明是安全的，可用于對抗SARS-CoV-2。因此，目前正在開展大量使用重組病毒載體疫苗的臨床試驗。

表3 .已獲批準或處于人體疫苗接種后期臨床試驗階段的病毒和VLP載體示例。

縮寫：

Ad

，腺病毒；

EBOV

，埃博拉病毒；

HA

，血凝素；

HBsAg

，乙肝表面抗原；

HIV

，人類免疫缺陷病毒；

HPV

，人乳頭瘤病毒；

MVA

，改良安卡拉痘苗；

NDV

，新城疫病毒；

SARS-CoV-2

，嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒

-2

VLP

，病毒樣顆粒。

許多人體重組候選疫苗基于腺病毒科、逆轉錄病毒科、痘病毒科、副粘病毒科、彈狀病毒科、黃病毒科、披膜病毒科和細小病毒科的病毒，其中腺病毒和逆轉錄病毒是最廣泛使用的載體。然而，用于設計疫苗的載體的選擇取決于待插入基因的特性以及與已有免疫力、病毒復制和遺傳穩(wěn)定性相關的安全問題。

用于開發(fā)疫苗的主要病毒載體

腺病毒載體

腺病毒 (Ad) 載體已被廣泛用于基因治療，并且是最常用的疫苗平臺之一。腺病毒科包括無囊膜病毒，其雙鏈線性DNA長度為26至45 kb。其基因組包含5個早期轉錄基因（E1A、E1B、E2、E3和E4）、4個中間轉錄單位（IX、IVa2、L4中間和E2晚期）、5個晚期單位（L1-L5）以及兩端的兩個反向末端重復（ITR）序列。二十面體衣殼由三種主要蛋白質組成：纖維蛋白、五鄰體和六鄰體，其中六鄰體是最豐富的蛋白質，含有主要的中和表位。人類腺病毒血清型超過100種，分為7個不同的種（A～G）。最初，Ad5和Ad2是構建載體最廣泛使用的血清型，因為它們最容易操作，而且產量和免疫原性都很高。然而，由于先前存在的免疫力，Ad5已被其他血清流行率較低的血清型所取代，例如Ad6、Ad26和Ad35。此外，還開發(fā)了針對不同病原體和疾病的猿類衍生腺病毒載體，包括流感、HIV、埃博拉病毒、SARS-CoV-2和瘧疾。

使用腺病毒載體的優(yōu)勢包括轉基因轉導能力增強、細胞趨向性廣、能夠感染分裂細胞和非分裂細胞以及抗原呈遞細胞，并且不會整合到宿主基因組中（表2）。此外，重組基因組在連續(xù)傳代中仍能保持穩(wěn)定，這有助于快速大規(guī)模生產，并可產生高滴度的穩(wěn)定原液。如上所述，腺病毒載體的主要缺點是預先存在的免疫力和載體本身的免疫原性。這是因為腺病毒具有高度免疫原性，可引發(fā)高滴度的針對腺病毒主要衣殼蛋白的中和抗體。

根據病毒基因組編輯的不同，腺病毒載體可分為第一代、第二代和第三代載體（圖 1 a）。然而，負責病毒復制的基因 E1B 和 E1A 已從第一代載體中去除。此外，通過同源重組插入外來基因并刪除 E3 基因導致轉基因的大小從 5 kb 增加到 8 kb。而且，E3 產物的刪除有助于免疫，因為它對于抑制宿主的免疫反應至關重要。在第二代腺病毒載體中，E4 和 E2 區(qū)域的刪除增加了轉基因能力并降低了宿主細胞的毒性。第三代腺病毒載體稱為無腸病毒載體或輔助依賴性載體，除了病毒包裝所必需的包裝信號 Ψ 和 ITR 序列外，其大部分結構和功能基因均已被刪除（圖 1 a）。這些載體可容納最大 35 kb 的轉基因。輔助依賴性載體在維持免疫反應的同時，具有更高的安全性。

圖 1 .不同病毒載體示意圖：(a) 腺病毒載體。第一代載體中，腺病毒基因組中的 E1A、E1B 和 E3 基因被刪除；第二代載體中，E2 和 E4 基因也被刪除；第三代載體或無腸病毒載體中，除包裝信號Ψ和ITR序列外，大多數病毒基因均被刪除。(b) 慢病毒載體。第三代慢病毒載體包含轉移載體質粒（慢病毒5′和3′LTR經修飾使其自我失活，并含有轉基因）；囊膜質粒包含啟動子和假型慢病毒顆粒中的HIV env或VSG-G；以及兩個分別編碼gag或pol和rev的包裝質粒。(c) 副粘病毒載體。圖中顯示的是NDV載體。 T7啟動子系統(tǒng)用于從克隆DNA（cDNA）中拯救NDV。NDV，新城疫病毒；T7Pro，T7聚合酶啟動子；T7ter，T7末端序列。ITR，反向末端重復序列；Ψ，包裝信號；LTR*，自失活長末端重復序列。

Ad載體通常存在復制缺陷。此外，單周期Ad載體是通過刪除IIIa衣殼膠蛋白設計的；例如，用于埃博拉病毒和SARS-CoV-2疫苗的載體。多項使用動物模型的臨床前研究已產生良好的免疫反應，這使得開發(fā)用于人類疫苗接種的單周期Ad載體前景廣闊。

目前，已開發(fā)出針對多種病原體的腺病毒載體疫苗（表3）。部分腺病毒載體疫苗仍在研究中，而針對埃博拉病毒和SARS-CoV-2的疫苗已經實現商業(yè)化，我們將在后續(xù)章節(jié)中討論。

逆轉錄病毒載體

慢病毒是繼腺病毒之后第二大最常用的病毒載體設計載體。慢病毒，例如HIV 1 型(HIV-1)，屬于逆轉錄病毒科，該科是有囊膜的單鏈RNA 病毒。進入宿主細胞后，RNA 被逆轉錄為 DNA 并整合到染色體 DNA 中。基因組編碼三個必需基因（gag、pol和env）以及六種小蛋白（tat、rev、vif、vpr、vpu和nef）的幾個調控基因和輔助基因，這些蛋白對于病毒復制、感染和宿主限制系統(tǒng)失活至關重要。gag基因編碼結構蛋白，pol基因編碼蛋白酶（該組特有的逆轉錄酶）和病毒 DNA 整合到宿主基因組中所需的整合酶。 env基因編碼囊膜（Env）糖蛋白gp160，該糖蛋白經過蛋白水解酶切產生gp120和gp41跨膜糖蛋白。

慢病毒載體具有巨大的免疫潛力，因為它們能夠最佳地轉導樹突狀細胞并有效刺激 T 和 B 淋巴細胞。臨床前研究表明，慢病毒載體可引發(fā)強健持久的體液和 T 細胞應答，從而有效預防多種傳染病。慢病毒載體之所以得到廣泛應用，還有其他優(yōu)勢，包括：能夠攜帶較大的轉基因（<8 kb）；能夠整合到宿主基因組中，從而確保轉基因的高表達和長效表達；在分裂細胞和非分裂細胞中均具有高轉導效率；遺傳毒性和免疫原性較低，包括抗載體免疫性較低。然而，相對較高的生產成本和大規(guī)模生產帶來的技術挑戰(zhàn)可能會阻礙慢病毒載體的廣泛應用。慢病毒的主要缺點在于其整合，這可能會誘發(fā)腫瘤（表 2），盡管基于慢病毒的基因治療臨床研究表明插入突變的風險較低。此外，慢病毒的原病毒整合位點并非隨機，而是相對非特異性的。對于 HIV，整合位點偏好包括活躍轉錄的基因，而不是啟動子區(qū)域。盡管如此，已經通過突變病毒整合酶生成了用于疫苗接種的非整合型慢病毒載體。

大多數慢病毒載體均由HIV產生。第一代慢病毒載體采用三質粒表達系統(tǒng)開發(fā)，該系統(tǒng)包括攜帶gag和pol基因以及輔助基因和調控基因的包裝質粒；囊膜質粒；以及帶有轉基因盒（兩側為慢病毒長末端重復序列 (LTR)）的轉移質粒（圖1 b）。慢病毒載體的細胞趨向性可以通過假型改造進行修飾，從而增加病毒的趨向性。在假型載體中，病毒受體結合蛋白Env被異源囊膜糖蛋白取代，其中最常用的是彈狀病毒水泡性口炎病毒(VSV-G)的G蛋白之一。由于缺乏對假型慢病毒載體的預先免疫力，加上其低促炎特性，使其成為粘膜疫苗接種策略的合適候選者。通過從包裝質粒中刪除附加毒力基因vif、vpr、vpu和nef ，第二代慢病毒載體變得更加安全。目前用于基因遞送的第三代慢病毒載體也能通過疫苗接種誘導強免疫力。在第三代載體中，病毒基因組被分成三個不同的質粒（gag/pol、rev 和 env 或 VSV-G）。為了防止整個 HIV 基因組的轉錄，轉基因被包含在一個額外的質粒中，該質粒含有經過修飾以實現自我失活的慢病毒 LTR 序列（圖 1 b）。

慢病毒載體作為腫瘤疫苗的應用也正在研究中，特別是針對黑色素瘤、淋巴瘤和前列腺癌。正如下一節(jié)將要討論的，已經設計了許多針對不同病原體的慢病毒載體，例如流感病毒、西尼羅河病毒、 HIV-1和 SARS-CoV-2。

腺相關病毒載體

繼腺病毒和慢病毒之后，腺相關病毒 (AAV) 是第三大最廣泛使用的病毒載體。AAV是無囊膜的單鏈 DNA 病毒，屬于細小病毒科。AAV 是依賴性病毒，因為它們需要輔助病毒（例如腺病毒或單純皰疹病毒）才能復制。大多數 AAV 載體已用于基因治療。AAV 載體可以感染分裂細胞和非分裂細胞，并攜帶最大 5 kb 的轉基因。AAV 載體主要以附加體的形式存在，并以較低頻率整合到19 號染色體中。它們的優(yōu)點是無致病性、廣向性、低免疫原性、易于生產以及能夠建立長期轉基因表達。主要缺點是轉基因體積小（表 2）。為了構建基于 AAV 的載體，病毒復制 (rep) 和結構 (cap) 基因被 AAV ITR 兩側的轉基因表達盒 (轉基因以及啟動子和調控元件) 所取代。

不同的研究已經評估了幾種基于 AAV 載體的候選疫苗，這些載體編碼針對病原體的抗原，例如亨尼巴病毒、登革熱病毒、人乳頭瘤病毒(HPV)、艾滋病毒、埃博拉病毒 (EBOV)、流感病毒和 SARS-CoV-2。此外，已經開發(fā)了許多基于 AAV 的載體，用于被動免疫策略，以遞送中和抗體基因。該策略可以持續(xù)表達針對幾種病原體的抗體，例如 HIV、流感病毒和呼吸道合胞病毒(RSV)，這些病原體的疫苗尚無可用或效果較差。例如，經鼻遞送表達重組單克隆抗體帕利珠單抗的 AAV 血清型 9 載體已被證實可在小鼠模型中有效防御 RSV 攻擊。

彈狀病毒載體

已經開展了大量基于彈狀病毒載體的候選疫苗的臨床前和臨床研究，包括一些商業(yè)化的病毒載體疫苗（表 3）。彈狀病毒科包括具有典型子彈形狀的囊膜病毒，其具有不分段的負鏈單鏈RNA 基因組。該基因組編碼五種結構蛋白：核衣殼(N)、磷蛋白(P)、基質蛋白(M)、糖蛋白 (G) 和大聚合酶 (L)。反向遺傳學的應用使得可以從克隆的 DNA 中拯救負鏈RNA 病毒。該系統(tǒng)最初于 1994 年為從 cDNA 中拯救狂犬病毒而開發(fā)。與大多數更復雜的 DNA 和正鏈 RNA 病毒相比，其基因組的模塊化組織有利于基因改造，并能提供更大的操作空間。

使用彈狀病毒載體的優(yōu)勢包括轉基因大小（最大可達 6 kb），可以表達多價彈狀病毒疫苗的多種抗原，細胞質復制，從而降低病毒整合到宿主基因組中的可能性，預先存在的免疫力較低或缺失，以及在組織培養(yǎng)中高滴度復制（表 2）。

基于彈狀病毒的候選疫苗大多使用狂犬病毒和VSV。許多基于彈狀病毒的載體是減毒的，具有復制能力，盡管也設計了單周期載體。此外，在基于VSV的假型載體中，G蛋白（病毒神經趨向性的主要貢獻者）被另一種糖蛋白取代。然而，復制缺陷型彈狀病毒載體疫苗的免疫原性較低。

大量重組狂犬病毒已被開發(fā)用作疫苗載體，用于對抗多種病原體，例如艾滋病毒、淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒、埃博拉病毒和馬爾堡病毒、拉沙熱病毒、裂谷熱病毒和 SARS-CoV-2。特別是，表達拉沙熱病毒糖蛋白復合物的狂犬病載體疫苗是一種針對拉沙熱和狂犬病毒的滅活雙重候選疫苗。該載體在小鼠和豚鼠模型中均能誘導針對拉沙熱病毒和狂犬病毒的持久體液應答，并提供針對拉沙熱病毒的有效保護。

與狂犬病不同，VSV 會導致牛、馬和豬患病，但不會導致人類。編碼外來蛋白的重組VSV 是針對 HIV、EBOV、結核病和 SARS-CoV-2 等疫苗載體的極佳候選物。使用 VSV 載體的首批成功試驗之一是使用基于 VSV 的編碼流感病毒血凝素抗原的載體對小鼠進行疫苗接種。針對致命的新發(fā)副粘病毒、亨德拉病毒和尼帕病毒的基于彈狀病毒的候選疫苗也已開發(fā)出來。在許多情況下，受體結合 G 糖蛋白被免疫原取代。如上所述，VSV 的 G 糖蛋白可以整合到假型慢病毒載體中。

至少有兩種基于重組 VSV 的埃博拉疫苗已獲準用于人類，即rVSV-ZEBOV和 GamEvac-Combi，后者結合了重組 VSV 和表達 EBOV 囊膜糖蛋白的 Ad5（表 3）。

副粘病毒載體

副粘病毒科由具有負鏈單鏈RNA基因組的囊膜病毒組成。副粘病毒基因組的組織結構與彈狀病毒相似，編碼五種結構蛋白：核衣殼（NP）、磷蛋白（P）、基質蛋白（M）、附著糖蛋白（HN/G）和大聚合酶（L）（圖1 c）。與彈狀病毒類似，副粘病毒的模塊化基因組也有利于通過反向遺傳學進行操作。麻疹病毒（MV）于1995年首次“獲救”，新城疫病毒（ NDV）于1999年“獲救”。許多基于副粘病毒的疫苗載體都基于MV、人副流感病毒3型（HPIV3）和新城疫病毒（NDV ）。

副粘病毒載體具有諸多優(yōu)勢。它們不會整合到靶細胞基因組中，而是僅在細胞質中復制，無需DNA中間體。它們可容納6 kb的插入片段，高效且穩(wěn)定地表達異源基因，具有粘膜疫苗的潛力，并且生產簡便且經濟高效。就NDV載體疫苗而言，其基于雞蛋的特性使其適合大規(guī)模生產（表2）。

由于減毒活病毒MV的巨大成功，其作為疫苗載體的應用在病毒載體疫苗學領域很早就開始了。不同的麻疹病毒載體已在臨床前和臨床試驗中用于對抗多種病原體和病毒，例如HIV、呼吸道合胞病毒、登革熱、SARS冠狀病毒、MERS冠狀病毒、基孔肯雅病毒、埃博拉病毒和寨卡病毒、乙肝病毒、西尼羅河病毒和SARS-CoV-2等。

天然存在的弱毒 NDV 毒株被廣泛用作家禽業(yè)的減毒活疫苗。基于 NDV 的疫苗也已被開發(fā)用于獸用。此外，由于宿主范圍有限且無預先存在的免疫力，使用基于 NDV 的載體對人類是安全的。基于 NDV 的載體已被設計用于攜帶埃博拉病毒 (EBOV)、流感病毒、HIV、SARS-CoV 和尼帕病毒等抗原。編碼 SARS-CoV-2 S 蛋白的NDV 載體的應用也已被描述（表 3）。

已經開發(fā)出針對 EBOV、RSV和 SARS-CoV的基于 HPIV3 的載體疫苗，包括一種用于兒童COVID-19 疫苗的候選疫苗，但不如 MV 和 NDV 載體疫苗那么廣泛。

病毒樣顆粒

VLP 是由模擬病毒顆粒的病毒結構蛋白自組裝形成的納米顆粒。VLP不含遺傳物質，因此不能復制且不具傳染性。這顯著提高了它們與減毒活疫苗或重組病毒載體相比的安全性，因為與病毒載體疫苗不同，它們不會合成更多的免疫原拷貝。VLP 可分為兩類：無囊膜 VLP 和有囊膜 VLP。無囊膜 VLP 缺乏外部脂質囊膜，而有囊膜 VLP 具有源自宿主細胞的膜囊膜，可將糖蛋白抗原摻入脂質膜。無囊膜和有囊膜 VLP 均可是單層或多層的，并由一種或多種蛋白質組裝而成。HPV VLP 疫苗就是一種簡單的無囊膜 VLP 的例子，它由單層組成。流感 VLP 是有囊膜 VLP 的一個成熟例子。

VLP 攜帶自身或外來抗原（嵌合 VLP）的特異性病毒表位，可安全地刺激體液和細胞免疫反應并引發(fā)強大的免疫原性。VLP 通常表現出與其來源病毒的抗原相似性。它們以有組織且高度重復的方式呈遞抗原，從而引發(fā)有效的體液和細胞免疫反應，這是因為具有重復表面的顆粒對 B 細胞的最佳刺激。此外，VLP 具有激活 T 輔助細胞的能力，因為它們天然編碼可激活細胞免疫反應的T 輔助細胞表位。通過將具有特定病原體相關分子模式(PAMP) 的 VLP（例如單鏈 RNA 或CpG 寡脫氧核苷酸(CpG-ODN) ）加載到 VLP 中，可以進一步激活免疫系統(tǒng)。即使在較低劑量下，這一特性也能增強VLP 的免疫原性。

已證實 35 個病毒家族的 100 多種病毒蛋白（包括有囊膜病毒和無囊膜病毒）可組裝成 VLP。這解釋了為什么 VLP 的使用為創(chuàng)建疫苗提供了一個多功能的新興平臺，可為使用病毒載體提供替代方案。近年來，由于設計的疫苗類型多樣化及其臨床應用，該技術的應用顯著增長。與亞單位疫苗相比，通常較低劑量的抗原足以誘導類似的保護性反應。病毒蛋白自發(fā)組裝成 VLP 可確保快速高效的生產，從而可以經濟地大規(guī)模生產 VLP（表 2 ）。除了用于預防傳染病和腫瘤疫苗外，VLP 還可用作藥物、染料或納米材料的載體，用于納米醫(yī)學。

VLP 是通過將病毒結構基因克隆到表達載體中，然后在表達系統(tǒng)中表達這些基因而開發(fā)的。大約 30% 的 VLP 在細菌中生產，盡管也使用不同的表達系統(tǒng)，例如桿狀病毒/昆蟲細胞、哺乳動物細胞和植物。大腸桿菌表達系統(tǒng)以其易用性和成本效益而著稱。然而，由于缺乏翻譯后修飾 (PTM) 系統(tǒng)，其在生產無囊膜 VLP 方面的應用受到限制。在酵母中生產具有生產和維護成本低的特點，但引入 PTM（例如，糖基化、磷酸化）的能力有限。相反，桿狀病毒-昆蟲細胞和哺乳動物-細胞系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠引發(fā)更完整的PTM修飾，從而有利于生產囊膜和無囊膜VLP，包括組裝多蛋白VLP。此外，植物表達系統(tǒng)已成為降低蛋白質生產成本的多功能且有前景的平臺。

第一種基于 VLP 的疫苗Recombivax HB 于 1986 年獲準用于人類。它是一種基于 VLP 的酵母生產的乙肝疫苗，于 1982 年首次研發(fā)。此后，多種基于 VLP 的疫苗已實現商業(yè)化（表3）。Engerix-B 是另一種針對乙肝病毒的疫苗，也是由酵母生產的。Gardasil和Gardasil9是另外兩種基于 VLP 的商業(yè)化疫苗，它們由酵母生產，攜帶HPV的L1 蛋白。最近的研究成功生產了攜帶 Gag以及p17和p24蛋白的 HIV VLP。最近批準的兩種瘧疾疫苗RTS、S/AS01 (Mosquirix) 和 R21/Matrix M 利用乙肝表面抗原(HBsAg) VLP 作為平臺，在酵母中形成的 VLP 表面展示瘧疾表位。

Hecolin 是唯一能有效預防戊型肝炎的疫苗。它是第一個在攜帶戊型肝炎病毒p239截短衣殼蛋白的細菌中產生的VLP 疫苗。III期臨床試驗已證實 Hecolin 的高免疫原性和有效性，表明其能夠誘導顯著滴度的戊型肝炎病毒抗體。此外，大腸桿菌表達系統(tǒng)的利用促進了具有成本效益的生產。Hecolin 于 2011 年在中國獲得監(jiān)管部門的批準。最近，它已被批準為第三代乙肝疫苗PreHevBio，在哺乳動物細胞中生產。針對瘧疾、流感、HPV 和西尼羅河病毒的疫苗是在細菌中產生的VLP 候選疫苗的其他例子。桿狀病毒/昆蟲細胞系統(tǒng)是VLP生產的首選系統(tǒng)，因為它有利于高效表達具有多種PTM的多蛋白VLP。例如，HPV疫苗Cervarix就含有HPV 16和HPV 18的L1衣殼蛋白。

針對 SARS-CoV-2、甲型流感、埃博拉病毒、腺病毒 7、HPV、HIV-1、乙型肝炎、SARS-CoV、登革熱、狂犬病、輪狀病毒、諾如病毒和瘧疾等病毒，不同的基于 VLP 的疫苗最近已獲批準或正在臨床試驗中進行測試（表 3）。

原文：R. Henríquez, I. Mu?oz-Barroso, Viral vector- and virus-like particle-based vaccines against infectious diseases: A minireview. Heliyon, 2024.

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