摘要:傳統疫苗在應對部分傳染病時存在局限性,而基于病毒載體和病毒樣顆粒(VLPs)的新型疫苗平臺應運而生。本文深入介紹了這兩類疫苗的原理、特點、應用情況,以及在抗擊如埃博拉、流感、HIV - 1、SARS - CoV - 2 等重大傳染病中的作用,探討其發展現狀與面臨的挑戰,展現新型疫苗在疫苗學領域的重要價值與廣闊前景。
一、疫苗發展歷程與傳統疫苗的局限
疫苗的發展歷史悠久,1789 年愛德華?詹納開發出首個天花疫苗,開啟了疫苗學時代。19 世紀,巴斯德開創基于病原體滅活或減毒的疫苗研發。20 世紀下半葉,細胞培養技術助力多種滅活和減毒疫苗問世。
傳統疫苗由滅活或減毒病原體、類毒素、蛋白疫苗或細菌多糖等構成,有效降低了脊髓灰質炎、麻疹等疾病的危害。然而,它也存在諸多問題,如對一些高遺傳變異性(如 HIV、丙肝病毒)、持續性或潛伏性感染(如 HIV、皰疹病毒)的病原體,難以開發出有效疫苗;同時,傳統疫苗存在安全性隱患,生產成本高、耗時長,還需專業實驗室和較高的生物安全水平。
二、病毒載體疫苗:高效快速的免疫新選擇
(一)病毒載體疫苗的原理與分類
病毒載體疫苗是通過基因工程改造病毒,將外源抗原或轉基因插入病毒遺傳物質,去除其致病特性后,用于將抗原基因遞送至宿主,引發免疫反應。病毒載體主要分為復制型和非復制型,前者可擴增轉基因并產生傳染性子代,免疫反應強;后者遞送單拷貝轉基因,安全性更高。此外,還有單周期病毒載體,經一輪復制即可增加抗原表達且避免產生病毒子代。
(二)常用病毒載體及特點
腺病毒載體:是常用的疫苗平臺,基因組為雙鏈線性 DNA,有多種血清型。其優勢在于轉基因轉導能力強、細胞嗜性廣、不整合入宿主基因組且易生產;但存在預存免疫和載體免疫原性問題。根據基因組編輯不同,分為三代,第三代 “無腸” 載體安全性更高,可容納更大轉基因。
逆轉錄病毒載體:以慢病毒為代表,如 HIV - 1,進入宿主細胞后 RNA 逆轉錄為 DNA 并整合入染色體。慢病毒載體能有效刺激 T 和 B 淋巴細胞,可攜帶較大轉基因、表達持久,但生產成本高,存在插入誘變致癌風險,不過非整合型慢病毒載體已用于疫苗研發。
腺相關病毒載體:非包膜單鏈 DNA 病毒,需輔助病毒復制,可感染分裂和非分裂細胞,具有低致病性、低免疫原性等優點,但轉基因容量較小。
彈狀病毒載體:如狂犬病毒和水皰性口炎病毒(VSV),基因組為單鏈負義 RNA。其轉基因容量大,可在細胞質復制,降低整合風險,預存免疫低,但復制缺陷型疫苗免疫原性較弱 。
副黏病毒載體:基因組為單鏈負義 RNA,與彈狀病毒類似,可在細胞質復制,不整合入基因組,可容納較大插入片段,部分載體(如新城疫病毒載體)適合大規模生產,且在人類中安全性較高。
(三)病毒載體疫苗的應用
許多病毒載體疫苗已批準用于獸用,如犬瘟熱、狂犬病疫苗等。人用方面,首個獲批的人用病毒載體疫苗是乙型腦炎病毒疫苗 ChimeriVax-JE。目前,針對埃博拉、SARS - CoV - 2 等疾病,多款腺病毒載體疫苗已獲批上市,還有眾多基于不同病毒載體的疫苗處于臨床試驗階段(見表 3)。
[表 2:Main types of viral and VLP vectors for vaccine development reviewed in this paper,展示各類病毒載體的示例、開發形式、基因組形式、插入容量、免疫反應、優缺點及參考文獻]
[表 3:Examples of viral and VLP vectors approved or in advanced clinical trials for human vaccination,展示已批準或處于臨床高級階段的病毒和 VLP 載體疫苗的目標病原體、疫苗名稱、載體、免疫原及狀態和參考文獻]
三、病毒樣顆粒(VLPs)疫苗:安全高效的納米疫苗
(一)VLPs 的結構與特性
VLPs 是由病毒結構蛋白自組裝形成的納米顆粒,不含遺傳物質,無復制和感染能力,安全性高。可分為非包膜和包膜兩類,能攜帶自身或外源抗原,以有序、重復方式呈現抗原,有效刺激體液和細胞免疫,還可通過加載病原體相關分子模式增強免疫原性。
(二)VLPs 疫苗的生產與應用
VLPs 通過將病毒結構基因克隆到表達載體,在不同系統中表達生產。不同表達系統各有優劣,如大腸桿菌系統成本低但缺乏翻譯后修飾,桿狀病毒 - 昆蟲細胞和哺乳動物細胞系統可實現更完整修飾,植物表達系統則成本優勢明顯。
自 1986 年首個 VLP 疫苗重組乙肝疫苗 Recombivax HB獲批以來,已有多款 VLP 疫苗上市,用于預防乙肝、戊肝、人乳頭瘤病毒(HPV)感染、瘧疾等疾病。此外,針對 SARS - CoV - 2、流感等病毒的 VLP 疫苗也在研發或臨床試驗中(見表 3)。
四、新型疫苗在重大傳染病防治中的應用
(一)埃博拉病毒疫苗
埃博拉病毒致死率高,目前獲批的埃博拉疫苗多基于病毒載體,如Adv5 - EBOV(腺病毒載體)、rVSV - ZEBOV(VSV 載體)等,這些疫苗在動物和人體試驗中展現出良好的保護效果。此外,還有多種候選疫苗處于研究階段。
(二)流感病毒疫苗
流感病毒易變異,給疫苗研發帶來挑戰。基于腺病毒、MVA 等病毒載體及 VLP 的流感疫苗正在臨床試驗中,部分已展現出一定的免疫效果,如基于 Ad5 的疫苗可單劑誘導較強免疫反應,基于植物的四價 VLP 流感疫苗也顯示出良好的免疫原性和安全性 。
(三)HIV - 1 疫苗
HIV - 1 疫苗研發困難重重,由于病毒包膜糖蛋白的特性,導致難以激發有效免疫反應。目前,基于腺病毒、慢病毒等多種病毒載體的 HIV - 1 疫苗處于不同臨床試驗階段,但尚未取得突破性進展。
(四)SARS - CoV - 2 疫苗
新冠疫情期間,基于病毒載體和 VLP 的疫苗研發迅速。多款腺病毒載體疫苗已獲批上市,如 Janssen 的 Ad26.COV2–S 疫苗、牛津 / 阿斯利康的 ChAdOx1 nCov - 19 疫苗等;VLP 疫苗如 Novavax 的 NVX - Cov2373 也已商業化,還有眾多候選疫苗處于臨床試驗階段。
五、總結與展望
病毒載體和 VLPs 疫苗作為新型疫苗平臺,已展現出巨大潛力,在應對傳染病疫情中發揮重要作用,尤其是腺病毒載體疫苗在新冠疫苗研發中的成功,證明了該技術的安全性和有效性。然而,這類疫苗仍面臨諸多挑戰,如預存免疫、潛在的宿主基因組整合風險、對部分病原體(如 HIV、丙肝病毒)疫苗研發困難等。
未來,需進一步研究以提高疫苗安全性,開發針對重大人類病原體的有效疫苗,研制通用流感疫苗,改進多價疫苗,拓展病毒載體在被動免疫和癌癥疫苗中的應用。相信隨著技術發展,病毒載體和 VLPs 疫苗將為全球傳染病防控提供更有力的支持。
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