2024-09-18
病毒样颗粒（Virus-like particles，VLPs），最初被设计用于原子层面上解析病毒结构，随后被广泛应用于多种预防性疫苗的开发中，包括乙型肝炎病毒（HBV）、人乳头瘤病毒（HPV）以及戊型肝炎病毒（HEV）等。近年来，VLPs在医疗领域的应用也逐步拓展，不仅在治疗性疫苗（针对炎症、疼痛、过敏、肿瘤等）的研究中取得显著进展，而且在作为药物递送载体的应用上也展现出了巨大的潜力。
2022年8月，来自瑞士伯尔尼大学的Mona O Mohsen和牛津大学的Martin F. Bachmann共同在期刊《Cellular & Molecular Immunology》上发表了题为“Virus-like particle vaccinology, from bench to bedside”的综述，文章回顾了VLPs在疫苗开发中的历史演变，从针对病毒的传统疫苗到针对慢性炎症、疼痛、过敏和癌症的治疗性疫苗，以及从实验性临床前疫苗到上市疫苗的成功案例，为未来的疫苗开发提供了启示和方向。
一、为何利用VLPs作为疫苗研发工具？
VLPs是由病毒单一或多个结构蛋白自行装配而成的高度结构化的蛋白颗粒，在形态结构上与天然的病毒颗粒相似。典型的RNA病毒颗粒因其高度重复的表面能有效交联B细胞受体，并被抗体识别，激活补体途径，促进抗原沉积和增强生发中心（GC）形成，诱导长寿命浆细胞。基于此，用全长抗原装饰并装载RNA的VLPs成为激活B细胞和诱导持久免疫反应的重要工具（图1）。
图1 抗原重复结构被免疫系统识别的结构模式
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
二、VLPs疫苗的研究进展
VLP疫苗的开发类型主要包括天然VLP和嵌合式VLP两种类型。由于天然VLPs的结构和成分与天然病毒相似，因此能够高效诱导人体产生免疫保护反应，例如HBV疫苗、HPV疫苗等。而嵌合式VLP是指当病毒抗原蛋白无法天然形成颗粒时，通过“嵌合”的方式将抗原展示于“颗粒载体”之上而形成的颗粒状结构，通过嵌合方式展示的抗原能够更有效地被免疫系统识别，从而激发更强的免疫反应，例如疟疾疫苗、新冠疫苗等。VLP疫苗相较于传统疫苗，具备高安全性、免疫效果佳、病毒来源多样化、表达系统丰富以及易于生产的优势（表1）。
表1 VLPs作为疫苗平台的优势
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
1.传染病
冠状病毒病：特别是SARS-CoV-2，因其引起的全球大流行而备受关注。冠状病毒是一类具有单链正义RNA的病毒，基因组约30kB（图2A）。疫苗开发方面，尤其是基于VLP平台，部分针对SARS-CoV-2的疫苗研究进入了临床试验（表2），但大多数研究仍处于临床前阶段。
图2 典型的冠状病毒结构
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
表2 正在进行临床试验的VLP疫苗
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
中东呼吸综合症（MERS）：是一种由MERS冠状病毒（MERS-CoV）引起的严重呼吸道疾病，其具有包膜的RNA病毒，基因组编码多种免疫原性蛋白，其中S蛋白是疫苗开发的重要靶点。研究人员利用VLP展示平台开发了多种MERS-CoV疫苗策略，包括基于CuMVTT（将破伤风毒素表位融合至黄瓜花叶病毒样颗粒）的改良型VLP疫苗平台、在前者基础上进一步融合MERS-CoV病毒S蛋白受体结合域的嵌合VLP疫苗mCuMVTT-MERS（图2B）以及基于犬细小病毒VP2结构蛋白的嵌合VLP疫苗。这些疫苗在体内外试验中均表现出良好的免疫原性，但尚未进入临床阶段。
流感：流感病毒是一类属于Orthomyxoviridae科的包膜RNA病毒（图3）。病毒表面的糖蛋白血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）是疫苗开发的主要靶点。研究人员利用哺乳动物或细菌平台表达病毒蛋白或将HA球状结构域与Qβ噬菌体VLP表面耦合，发现均显示出高免疫原性。鉴于HA蛋白的保守性较低，研究者们还开始探索其他结构蛋白作为疫苗靶点，如M2的胞外结构域（eM2）和HA的茎部结构，结果发现也能够高水平诱导特异性抗体产生。
图3 流感病毒结构
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
2.炎症
虫咬过敏（IBH）：白细胞介素-5（IL-5）是嗜酸性粒细胞的关键刺激因子，在这种过敏反应中起到重要作用。研究人员通过将IL-5共价偶联至CuMVTTVLP，成功在动物体内诱导了针对IL-5的抗体，有效率高达100%。这种疫苗每年加强注射后，基本可消除症状。另外，基于CuMVTT-VLP平台，研究人员还设计了IL-31疫苗，并在马和犬体内验证了其安全性和有效性（图4）。
图4 IL-31和IL-5介导过敏性瘙痒
（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）
银屑病：促炎性细胞因子IL-17是银屑病的一个重要靶点。基于Qβ或CMVTT平台开发的IL-17疫苗在多种炎症性疾病的临床前模型中表现出有效性，包括心肌炎、类风湿性关节炎、多发性硬化症和银屑病。
3.过敏
治疗性疫苗是控制过敏的一种潜在策略，数次注射后可缓解过敏症状。研究人员将猫过敏原（Fel d1）偶联Qβ-VLP制成治疗性疫苗，单次注射即可针对Ⅰ型过敏反应产生保护效应。此外，还尝试了向猫体内注射过敏原CuMVTT嵌合疫苗，结果产生中和抗体，且具有良好的耐受性。研究人员推测这一免疫策略也可能会使人受益，降低人患哮喘的风险。另有研究报道，Qβ-VLP或CuMVTT-VLP与屋尘螨过敏原Der p1、花生过敏原Ara R的嵌合疫苗，在动物模型中可诱导产生针对特异过敏原的抗体（图5）。