・110・
免疫学杂志第22卷第1期2006年1月
IMMUNOLOGICALJOURNALV01.22No.1Jan.2006
[文章编号]1000-8861(2006)ol一0110-04
以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
王惠明,吴玉章。(第三军医大学基础医学部全军免疫学研究所,重庆400030)
[摘要]病毒样颗粒(Virus-likeparticles,VlX's)在形态结构上类似于病毒,但不含病毒基因组。依据来源可分为源于病毒VLPs和人工VLPs。前者主要通过基因工程制备,后者由人工化学合成而来。VLPs的表面组分可进行灵活多样的修饰改造以满足不同需求;在适宜条件下VLPs可以包裹核酸或其它小分子物质。作为分子运载工具,VLPs可靶向性地递送基因、药物或其它小分子物质。VLPs具有独特的免疫学特性,不但能通过影响APC发挥佐剂效应,还可以作为其它佐剂、肽疫苗和核酸
疫苗的整合平台设计多种形式的疫苗。VLPs在载体和疫苗设计中具有良好的应用前景。
[关键词]病毒样颗粒;载体;疫苗设计
[中图分类号]R392[文献标识码]A
Molecular
vehicleandvaccinedesigningbased
on
virus-likeparticles
WANGHui—ming,WUYu—zhang(InstituteofImmunology,PIA,ThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing
400038,China)
[Abstract]
Virus—like
particles(VLPs)structurally
Or
mimictheauthenticviruswhereascontaincomefromsomechemicalgroupsthrough
no
viralgenome.VLPsmaybegenerated
synthesis.VLPshavetheability
fromreeombinedviralcapsidthroughgeneticengineering
to
chemical
includenucleicacidandothersmallmolecules.ThesurfaceofVLPs
can
bemodifieddiverselyfordifferentpurpose.Evenmore.VLPsshow
not
immunogenicpotentialstoregulategene
dendriticceUs
or
someotherantigen-presentingceHs.ThesepropertiesmakeVLPsonlyfinevesselsfor
recent
and
drugdeliverybutalsovaccinedesignplatformtointegratepeplidevaccine,nucleicvaccine,andadjuvant.In
time,great
progress
hasbeen
made
inthesefields.
[Keywords]Virus-likeparticles;Vehicle;Vaccinedesign
病毒样颗粒(Virus.1ikeparticles,VLPs)是一种在形态结构上与病毒类似的球形颗粒状物质,虽然绝大多数VLPs来源于自然界存在的天然病毒,但它却不具有病毒的致病危险性。随着对病毒生物学特性的研究加深和技术手段的进步,VLPs在生物医学领域特别是分子载体和疫苗设计方面取得了很大进展。
作为基因或药物的运载工具。病毒衣壳是由诸多衣壳蛋白组成。衣壳蛋白一般具有碱性多肽域,这些碱性多肽域朝向颗粒的内表面,由于核酸的磷酸基团骨架呈负电荷,二者之问能形成一种高亲和性、非特异性的相互作用力。类似地,核酸以外的其它分子,只要带有合适的电荷,都能被包裹入VLPs中或结合于其表面…。
有两种方法将核酸分子包入VLPs中,第一种方法可称
1病毒样颗粒的来源
1.1源于病毒的VLPs其衣壳组分来源于自然界病毒的衣壳蛋白或其突变、修饰体。自然状况下,病毒基因组被病毒衣壳包裹,VLPs则是指病毒衣壳未包裹病毒基因组时的颗粒结构。病毒衣壳蛋白一般具有天然的自装配能力,VLPs可以直接从表达病毒衣壳蛋白的真核细胞中分离得到,也可以先从重组宿主细胞(哺乳动物细胞或细菌)中纯化衣壳蛋白亚基后,在体外组装成VLes。这一类的VLes最早用作疫苗或病毒血清学检测试剂。
多数病毒VLPs具有包裹核酸或其它小分子的能力,可
[收稿日期]2005—03—23;[修回日期]2005—05—17[基金项目]国家自然科学基金资助项目(30400215)
[作者简介]王惠明(1972一),男,湖北仙桃市人,主治医师,博士生,
主要从事免疫识别和免疫耐受方面的研究。(Tel)023.68752234;(E-mail)wanghuimingwhm@yahoo.com*通讯作者
为“渗透压休克法”,将完整VLPs置人低离子强度的缓冲液后,使VLPs表面亚基之间的空间距离增大到能容纳核酸分子进入,VLPs内表面的负电荷所产的吸力可将核酸分子“拉”人VLPs内。第二种方法称为“从头包装法”,利用VLPs衣壳蛋白亚基的自我组装能力,将未形成VLPs的亚基蛋白与核酸分子在一定的缓冲液内混合后,可自动形成包涵核酸分子的VLPs。利用这些方法,可将M,4000的核酸包入VLPs内。由于VLPs的空间阻隔作用,内部的核酸分子能有效地受到保护,不会遭到核酶的破坏。
最近,有人报道了一种新的包装系统,将SVdO衣壳蛋白重组人昆虫细胞后,利用其天然的核溶解产物,在完整的自组装反应缓冲体系中,可将肘,17000的高度缠绕质粒DNA包入VLPs内。猜测核提取物中存在某种细胞伴侣蛋白,可能协助参与了包装反应过程,已发现HSP-/0家族成员ATP依赖性地介导了纯化VLPs成分的体外组装怛J。
1.2人工VILlas其衣壳不同于任何自然界病毒衣壳,完全
万方数据
第1期
王惠明,等.以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
源于人工设计、化学合成。是利用某些化学基团如阳离子肽或亚精胺一谷胱甘肽一多糖(SPG)偶合物在一定条件下能结
合核酸分子形成致密颗粒状物质的原理制备。呈正电荷的
阳离子肽能与带负电荷的核酸分子结合,很早就用作DNA递送工具。Wu等bo将一定分子量阳离子肽与另一短肽连接成杂合肽,当肽/DNA电荷比调整到一某合适值时,就会在缓冲液中形成形态与天然病毒相似的致密颗粒物质,称之为模拟病毒(mimovirus)。类似地,将SPG与交联多肽的谷胱甘肽转移酶(GST)连接后形成的复合物,在一定条件下,能将酵母双链RNA分子包裹形成人工VLPsl4J。
2
VLPs在分子载体设计中的应用
2.1
VLPs用作基因或药物载体
VLPs目前主要用作基因
载体。为了实现基因转染的靶向性,在对构成WLPs的衣壳蛋白结构、性质了解较为清楚的基础上,可以按不同目的对VLPs进行修饰改造。比如多瘤病毒(polyornavims)的衣壳蛋白VPl和乳头状病毒衣壳蛋白Ll,经常被用来制备嵌合WLPs。Gleter及Lilie将蛋白z的免疫球蛋白结合域插入VPl的H1环区得到嵌合VPl,这种嵌合VPl保留了自我组装VLPs及结合DNA的能力。进一步将GFP表达质粒包入嵌合WLPs,得到一种外被嵌合衣壳,内含DNA的类似于病毒的物
质~伪病毒(pseuodovims)。Herceptin是细胞表面受体ErbB2
的特异性抗体,由于上述伪病毒表面有蛋白Z的免疫球蛋白结合域,herceptin能粘附于伪病毒的表面,形成herceptin.VLPs,它能特异性转染表达ErbB2受体的细胞,并将GFP基因携人细胞内并表达‘5J。
组织或细胞靶向性VLPs也可作为较理想的药物递送工HBV
L基因编码HBV表面蛋白pre-S1、pre—S2及s,从酵母表
达系统纯化后得到的L所形成的WLPs具有一个显著特点:L导WLPs特异性靶向肝细胞。体内及体外实验证实,WLPs可VLPs用作示踪剂载体
ⅥJPs不仅可用作核酸分子的
16型(HPVl6)的衣壳蛋白L1或L1一L2用荧光素底物标记后,J。Goldmann等旧。还尝试了将碘化吡啶(PI)VLPs。
GFP标记的VLPs也可用来鉴定产抗体的人B细胞一j。
万
方数据式检测,可以实现对轮状病毒特异性B细胞的分离。利用这一技术,不仅能分析病毒特异性人B细胞vH及vL的实际使用频率,还能从中筛选功能性的Fab段基因并进行扩增及表达,所获得的单克隆抗体应优于目前在临床上使用的人化鼠单克隆抗体。
3
VLPs在疫苗设计中的应用
3.1
VLPs的免疫学特性实验表明,VLPs具有一定的DCs
靶向性,能携带表位肽进入DCs,在DCs内抗原肽以交叉呈递的方式进人MHC—I类呈递途径。但肽.WLPs在APC内转运加工模式并不完全相同’1…。另外,很多WLPs还能有效地促进DCs成熟,例如EBOV-VLPs能活化小鼠髓源性DCs,使其细胞表面CIMO、CD80、CD86及MHC.工和Ⅱ类分子表达水
平明显上调,同时促进DCs分泌IL-6、ILl0、MIP-lct及州n
等细胞因子”“。猪细小病毒(PPV)WtPs也能诱导DCs表面共刺激分子上调表达及分泌IL-12。通过酵母表达系统制备的HIVp559agVlPs也能促进DCs的成熟及分泌IL-12,其机制可能是由于酵母膜以Toll样受体2介导信号传递H“。HPV-VLPs也具有活化人和鼠DCs的能力¨…。
VLPs不仅能活化DCs,还能活化单核细胞和巨噬细胞,papillomavirus,BPV)、白尾小兔乳头状病rabbit
papillomavims,CRPV)及I-IPV-VLPs免疫复
VLPs为平台的疫苗设计WtPs自身作为病毒疫苗
WLPs疫苗既避免了病毒
VLPs
virus,NV)VLPs的志愿者,其血清能呈剂量依赖但不如活化DCs有效¨“。这说明其它专职APC也参与了VLPs诱导的免疫应答。但不同APC可能对相同WLPs反应不同。以人乳头状病毒为例,人乳头状病毒WLPs能触发机体免疫应答并伴发炎症反应,但其完整病毒在侵入机体后往往不触发有效的免疫应答,也不并发炎症反应,结果造成病毒长期潜伏于上皮细胞内,进而发生皮肤病变。这种差异反
具。Yamada等№1对乙型肝炎病毒(HBV)VLPs作了相关研究。
应可能是源于皮肤郎格罕细胞(LCs)与DCs对WLPs的差异
性反应,有人发现HPV—VLPs不能如活化DCs一样活化LCs【l“。IEs虽然如DCs一样能交叉呈递HPV特异性CD8+T细胞表位,但LCs摄入VLPs的方式完全不同于DCs,后者是通过胞饮以笼蛋白和肌动蛋白蛋白依赖的方式摄入,而前者摄入WLPs不依赖笼蛋白和肌动蛋白。LCs摄入WLPs的模式使其表面共刺激分子表达上调不足,不能活化特异性的T细
蛋白镶嵌在一层来自于酵母内质网膜的磷脂衣膜中。pre-S肽呈现于WLPs表面,作为肝细胞受体的特异性配体,它能引将编码GFP的基因特异性导入肝细胞内。如果VLPs携带的凝血因子Ⅸ,将它注入血友病模型小鼠后,则可使小鼠肝细胞产生凝血因子Ⅸ,对疾病模型有明显的治疗作用。理论上,如果以其它细胞特异性配体肽替换pre-S,实现对其它组织细胞外源分子的导入也是可行的。HBV—VLPs免疫原性较强,容易引发机体针对载体的免疫应答,这是限制其作为载体应用的主要障碍。
2.2
胞,导致HPV逃避了细胞免疫攻击。与唧v—VLPs不一样,
牛乳头状病毒(bovine毒(cotton.tail
合物却能促进人LCs成熟¨…。
3.23.2.1
感染危险,又具有防治病毒感染的有效性,是一种较理想的
疫苗形式,一些WLPs疫苗已在f临床使用。例如HPVl6
运载工具,它还能有效地转运其它分子。将人类乳头状病毒制备相应的WLaos,它进入细胞内后,能在胞内酯酶的作用下激发荧光。这为研究病毒侵袭细胞行为及其中涉及的细胞受体提供了方便【7包入VPl.WLPs中,利用流式细胞仪可准确检测标记的VPl一
主要组成蛋白是Ll衣壳蛋白,接种HPVl6.VLPs的女性体内产生高滴度的抗L1中和抗体,对女性HPV感染及HPV相关性宫颈上皮非典型增生可起到有效的保护作用【1“。HPVl6一VLPs不仅有体液免疫原性,还具有细胞免疫原性¨8|,但L1特异性细胞免疫应答在HPVl6一WLPs预防性免疫保护中的作
用尚不能明确,目前倾向于认为体液免疫起主导作用。
HPVl6-VIPs疫苗对宫颈癌易感人群保护效果,仍有待长时
将轮状病毒VP2蛋白与GFP融合并与VP6、VP7共表达制备嵌合VLPs,借助WLPs的GFP及抗CDl9荧光抗体进行双标流
间、大样本的跟踪观察结果证实。又如口服诺瓦克病
毒(Norwalk性地产生特异性IgG抗体,部分人甚至在唾液、小便、阴道洗
・112・
免疫学杂志
第22卷
液或精液中发现了I甜抗体¨…,说明口服NVWLP¥还能诱发机体粘膜免疫应答,这对于开发Nv性胃肠炎韵预防性疫苗
很有意义。由Ebola病毒(EBOV)重组蛋白GP和VP40制备的VLPs,也能诱导小鼠产生中和性抗体,从而免于病毒的致死性攻击‘1“。
目前VLP¥疫苗主要通过基因工程从酵母或感染重组杆状病毒的昆虫细胞中制备,这在技术上仍有一定难度,VLPs在贮藏、运输及使用方面也存在不便。转基因植物则可能克服这些不足,有人尝试培育出了含HPVl及HPVl6VLPs的转基因马铃薯,通过透射电镜在其培养细胞中可发现VLPs的存在,喂饲这种转基因马铃薯的小鼠血清中可检测到高滴度的L1特异性的抗体伽J。最近又有人报告培育出了含HBV及NV-VLPs的马铃薯、烟草和大豆,食用这些转基因植物后同样也能在小鼠及人体内产生特异性抗体幢“。
3.2.2
VLP8作为疫苗递送工具VLes有两个突出的特色
和优势:第一,以化学交联或基因工程的方法可对其表面进一步修饰改造;第二,VLPs可包裹分子量及电荷适宜的核酸或非核酸分子。这两个特点为按照不同目的灵活多样地设计、优化疫苗提供了理想的平台。概而言之,不同疫苗形式
如多肽、核酸、甚至佐剂都可以单独或组合地在VLP8上挂载或负载,从而克服其各自不足。多肽一VLP8嵌合疫苗:多肽
抗原易于制备,但免疫原性弱,进入机体后易于降解,这限制了多肽疫苗的实际应用。如果将多肽整合人VLPs内,则可能克服这些障碍。Sadeyen等∞1将HBV核心抗原的一个免疫显性表位多肽DPASRE分别插入I-IPVl6LI—WLPs外表面的
6个环区,这6种嵌合VLPs均能诱导出HBc特异性抗体,但
在Bc环区插入外源肽后,机体产生的抗HPVl6LI的中和性抗体滴度则明显下降。提示BC环区是形成HPVl6L1构象表位的关键位置。类似地,有人将El本脑炎病毒(JEV)E蛋白的一个表位多肽,通过一个柔性连接子(Gly4一Ser)3与
的中和抗体,可有效地保护小鼠免于致死性日本脑炎病毒肽一VLPs嵌合疫苗还能有效激发特异性细胞免疫应J。抗原特异性CrLs在病毒感染及肿瘤免疫中发挥着极如果gLP¥本身免疫原性不强,将佐剂连接在VLPs表面万
方数据码基因。这种疫苗形式不仅使核酸分子得到有效保护,还能充分发挥VLPs本身的免疫学特性。Wei等用HPVl6-VIPs将
编码淋巴细胞脉络膜炎病毒(LCV)糖蛋白CIL表位肽P33的
质粒DNA包裹后得到一种新的伪病毒疫苗。口服伪病毒疫苗后小鼠产生了很强的针对P'33的细胞免疫应答,其免疫效
应优于p33质粒DNA疫苗;用编码}玎)V研蛋白的质粒DNA
替换p33后也得到了类似的结果旧]。含非甲基化CpC结构的寡脱氧核糖核酸(ODNs)是强有力的佐剂,将它与抗原表位一并整合在VLP8上,可成为触发有效特异性免疫应答的疫
苗形式。例如,通过基因工程重组或化学交联的方式,将LCV的CTL表位肽p33连接在HBc抗原或噬菌体哪蛋白非
DNA结合位点,制备嵌合VLP¥后,再将含CpC的ODN包裹,形成一种既携带抗原表位多肽,又含强力佐剂的类似完整病
毒结构的复合体。用它免疫小鼠后激发机体强的p33特异
性CD8+T细胞应答,能有效保护小鼠免于LCV攻击;此外,这种免疫保护作用强于简单地用CpCODN和VLPs混合免疫,其原因可能是由于VLPs对ODN存在保护作用;尤令人感兴趣的是,由于CpCODN被包在VLPs内,这种新的疫苗形式尚有效地减轻了CpCODN致脾肿大的副作用忪J。含酵母双链RNA的人工VLP8本身是强烈的免疫刺激剂,它能非特异性诱导机体产生IFN'y。将HIV的5个B细胞表位及4个T细胞表位的并置于人工VLPs表面,这种复合疫苗能诱导机体产生针对HIV的特异性体液免疫和细胞免疫∽J。
总之,VLPs使用安全可靠,能够整合多肽、核酸或其它小分子并提供有效的保护,又具有独特的免疫学特性,可以灵活地修饰改造VLPs以改变其组织细胞靶向性或免疫原性,这些优点使之成为良好的分子载体和疫苗设计平台。如果能进一步降低生产技术难度和成本,VLPs将有可能得到广泛的实际应用。
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4结语
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成一种嵌合VLPs;这种嵌合VLPs不需佐剂免疫小鼠后,产生攻击‘圳。
答m重要作用,肽一WLP¥嵌合疫苗借助WLPs促进APC成熟及向CD8+T细胞呈递抗原肽,因此其细胞免疫效应要强于单一的多肽疫苗。另一方面,在疫苗实际使用中,为达到最优免疫效果,一般采取复杂的起始一追加给药方案,而使用多肽一VLP8嵌合疫苗则给药方案简单,而且所诱导的肽特异性CTL频率要明显高于传统的给药方案旧J。
则可以显著增强VLPs疫苗的免疫效应。Kang等Ⅲ1将霍乱毒素非毒性B亚单位(cI’B)通过生物素一链亲和素交连在猿免疫缺陷病毒(SIV)Gag及Env蛋白上,再制成嵌合VLPs,免疫小鼠后机体所产生的Env特异性血清IgGl抗体、分泌性
[5]
IgA抗体及细胞免疫应答水平都明显高于单纯注射SIC-VLPs
或SIV.VLP8与CTB混合注射的方式。核酸一VLPs复合疫苗(伪病毒疫苗):VLPs包裹核酸分子后成为核酸.VLPs复合体或伪病毒。包入的核酸分子可以是佐剂,也可以是抗原编
第1期王惠明,等.以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
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(编辑李海鸥)
以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
王惠明, 吴玉章, WANG Hui-ming, WU Yu-zhang
第三军医大学基础医学部全军免疫学研究所,重庆,400030免疫学杂志
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引用本文格式:王惠明. 吴玉章. WANG Hui-ming. WU Yu-zhang 以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计[期刊论文]-免疫学杂志 2006(1)
・110・
免疫学杂志第22卷第1期2006年1月
IMMUNOLOGICALJOURNALV01.22No.1Jan.2006
[文章编号]1000-8861(2006)ol一0110-04
以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
王惠明,吴玉章。(第三军医大学基础医学部全军免疫学研究所,重庆400030)
[摘要]病毒样颗粒(Virus-likeparticles,VlX's)在形态结构上类似于病毒,但不含病毒基因组。依据来源可分为源于病毒VLPs和人工VLPs。前者主要通过基因工程制备,后者由人工化学合成而来。VLPs的表面组分可进行灵活多样的修饰改造以满足不同需求;在适宜条件下VLPs可以包裹核酸或其它小分子物质。作为分子运载工具,VLPs可靶向性地递送基因、药物或其它小分子物质。VLPs具有独特的免疫学特性,不但能通过影响APC发挥佐剂效应,还可以作为其它佐剂、肽疫苗和核酸
疫苗的整合平台设计多种形式的疫苗。VLPs在载体和疫苗设计中具有良好的应用前景。
[关键词]病毒样颗粒;载体;疫苗设计
[中图分类号]R392[文献标识码]A
Molecular
vehicleandvaccinedesigningbased
on
virus-likeparticles
WANGHui—ming,WUYu—zhang(InstituteofImmunology,PIA,ThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing
400038,China)
[Abstract]
Virus—like
particles(VLPs)structurally
Or
mimictheauthenticviruswhereascontaincomefromsomechemicalgroupsthrough
no
viralgenome.VLPsmaybegenerated
synthesis.VLPshavetheability
fromreeombinedviralcapsidthroughgeneticengineering
to
chemical
includenucleicacidandothersmallmolecules.ThesurfaceofVLPs
can
bemodifieddiverselyfordifferentpurpose.Evenmore.VLPsshow
not
immunogenicpotentialstoregulategene
dendriticceUs
or
someotherantigen-presentingceHs.ThesepropertiesmakeVLPsonlyfinevesselsfor
recent
and
drugdeliverybutalsovaccinedesignplatformtointegratepeplidevaccine,nucleicvaccine,andadjuvant.In
time,great
progress
hasbeen
made
inthesefields.
[Keywords]Virus-likeparticles;Vehicle;Vaccinedesign
病毒样颗粒(Virus.1ikeparticles,VLPs)是一种在形态结构上与病毒类似的球形颗粒状物质,虽然绝大多数VLPs来源于自然界存在的天然病毒,但它却不具有病毒的致病危险性。随着对病毒生物学特性的研究加深和技术手段的进步,VLPs在生物医学领域特别是分子载体和疫苗设计方面取得了很大进展。
作为基因或药物的运载工具。病毒衣壳是由诸多衣壳蛋白组成。衣壳蛋白一般具有碱性多肽域,这些碱性多肽域朝向颗粒的内表面,由于核酸的磷酸基团骨架呈负电荷,二者之问能形成一种高亲和性、非特异性的相互作用力。类似地,核酸以外的其它分子,只要带有合适的电荷,都能被包裹入VLPs中或结合于其表面…。
有两种方法将核酸分子包入VLPs中,第一种方法可称
1病毒样颗粒的来源
1.1源于病毒的VLPs其衣壳组分来源于自然界病毒的衣壳蛋白或其突变、修饰体。自然状况下,病毒基因组被病毒衣壳包裹,VLPs则是指病毒衣壳未包裹病毒基因组时的颗粒结构。病毒衣壳蛋白一般具有天然的自装配能力,VLPs可以直接从表达病毒衣壳蛋白的真核细胞中分离得到,也可以先从重组宿主细胞(哺乳动物细胞或细菌)中纯化衣壳蛋白亚基后,在体外组装成VLes。这一类的VLes最早用作疫苗或病毒血清学检测试剂。
多数病毒VLPs具有包裹核酸或其它小分子的能力,可
[收稿日期]2005—03—23;[修回日期]2005—05—17[基金项目]国家自然科学基金资助项目(30400215)
[作者简介]王惠明(1972一),男,湖北仙桃市人,主治医师,博士生,
主要从事免疫识别和免疫耐受方面的研究。(Tel)023.68752234;(E-mail)wanghuimingwhm@yahoo.com*通讯作者
为“渗透压休克法”,将完整VLPs置人低离子强度的缓冲液后,使VLPs表面亚基之间的空间距离增大到能容纳核酸分子进入,VLPs内表面的负电荷所产的吸力可将核酸分子“拉”人VLPs内。第二种方法称为“从头包装法”,利用VLPs衣壳蛋白亚基的自我组装能力,将未形成VLPs的亚基蛋白与核酸分子在一定的缓冲液内混合后,可自动形成包涵核酸分子的VLPs。利用这些方法,可将M,4000的核酸包入VLPs内。由于VLPs的空间阻隔作用,内部的核酸分子能有效地受到保护,不会遭到核酶的破坏。
最近,有人报道了一种新的包装系统,将SVdO衣壳蛋白重组人昆虫细胞后,利用其天然的核溶解产物,在完整的自组装反应缓冲体系中,可将肘,17000的高度缠绕质粒DNA包入VLPs内。猜测核提取物中存在某种细胞伴侣蛋白,可能协助参与了包装反应过程,已发现HSP-/0家族成员ATP依赖性地介导了纯化VLPs成分的体外组装怛J。
1.2人工VILlas其衣壳不同于任何自然界病毒衣壳,完全
万方数据
第1期
王惠明,等.以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
源于人工设计、化学合成。是利用某些化学基团如阳离子肽或亚精胺一谷胱甘肽一多糖(SPG)偶合物在一定条件下能结
合核酸分子形成致密颗粒状物质的原理制备。呈正电荷的
阳离子肽能与带负电荷的核酸分子结合,很早就用作DNA递送工具。Wu等bo将一定分子量阳离子肽与另一短肽连接成杂合肽,当肽/DNA电荷比调整到一某合适值时,就会在缓冲液中形成形态与天然病毒相似的致密颗粒物质,称之为模拟病毒(mimovirus)。类似地,将SPG与交联多肽的谷胱甘肽转移酶(GST)连接后形成的复合物,在一定条件下,能将酵母双链RNA分子包裹形成人工VLPsl4J。
2
VLPs在分子载体设计中的应用
2.1
VLPs用作基因或药物载体
VLPs目前主要用作基因
载体。为了实现基因转染的靶向性,在对构成WLPs的衣壳蛋白结构、性质了解较为清楚的基础上,可以按不同目的对VLPs进行修饰改造。比如多瘤病毒(polyornavims)的衣壳蛋白VPl和乳头状病毒衣壳蛋白Ll,经常被用来制备嵌合WLPs。Gleter及Lilie将蛋白z的免疫球蛋白结合域插入VPl的H1环区得到嵌合VPl,这种嵌合VPl保留了自我组装VLPs及结合DNA的能力。进一步将GFP表达质粒包入嵌合WLPs,得到一种外被嵌合衣壳,内含DNA的类似于病毒的物
质~伪病毒(pseuodovims)。Herceptin是细胞表面受体ErbB2
的特异性抗体,由于上述伪病毒表面有蛋白Z的免疫球蛋白结合域,herceptin能粘附于伪病毒的表面,形成herceptin.VLPs,它能特异性转染表达ErbB2受体的细胞,并将GFP基因携人细胞内并表达‘5J。
组织或细胞靶向性VLPs也可作为较理想的药物递送工HBV
L基因编码HBV表面蛋白pre-S1、pre—S2及s,从酵母表
达系统纯化后得到的L所形成的WLPs具有一个显著特点:L导WLPs特异性靶向肝细胞。体内及体外实验证实,WLPs可VLPs用作示踪剂载体
ⅥJPs不仅可用作核酸分子的
16型(HPVl6)的衣壳蛋白L1或L1一L2用荧光素底物标记后,J。Goldmann等旧。还尝试了将碘化吡啶(PI)VLPs。
GFP标记的VLPs也可用来鉴定产抗体的人B细胞一j。
万
方数据式检测,可以实现对轮状病毒特异性B细胞的分离。利用这一技术,不仅能分析病毒特异性人B细胞vH及vL的实际使用频率,还能从中筛选功能性的Fab段基因并进行扩增及表达,所获得的单克隆抗体应优于目前在临床上使用的人化鼠单克隆抗体。
3
VLPs在疫苗设计中的应用
3.1
VLPs的免疫学特性实验表明,VLPs具有一定的DCs
靶向性,能携带表位肽进入DCs,在DCs内抗原肽以交叉呈递的方式进人MHC—I类呈递途径。但肽.WLPs在APC内转运加工模式并不完全相同’1…。另外,很多WLPs还能有效地促进DCs成熟,例如EBOV-VLPs能活化小鼠髓源性DCs,使其细胞表面CIMO、CD80、CD86及MHC.工和Ⅱ类分子表达水
平明显上调,同时促进DCs分泌IL-6、ILl0、MIP-lct及州n
等细胞因子”“。猪细小病毒(PPV)WtPs也能诱导DCs表面共刺激分子上调表达及分泌IL-12。通过酵母表达系统制备的HIVp559agVlPs也能促进DCs的成熟及分泌IL-12,其机制可能是由于酵母膜以Toll样受体2介导信号传递H“。HPV-VLPs也具有活化人和鼠DCs的能力¨…。
VLPs不仅能活化DCs,还能活化单核细胞和巨噬细胞,papillomavirus,BPV)、白尾小兔乳头状病rabbit
papillomavims,CRPV)及I-IPV-VLPs免疫复
VLPs为平台的疫苗设计WtPs自身作为病毒疫苗
WLPs疫苗既避免了病毒
VLPs
virus,NV)VLPs的志愿者,其血清能呈剂量依赖但不如活化DCs有效¨“。这说明其它专职APC也参与了VLPs诱导的免疫应答。但不同APC可能对相同WLPs反应不同。以人乳头状病毒为例,人乳头状病毒WLPs能触发机体免疫应答并伴发炎症反应,但其完整病毒在侵入机体后往往不触发有效的免疫应答,也不并发炎症反应,结果造成病毒长期潜伏于上皮细胞内,进而发生皮肤病变。这种差异反
具。Yamada等№1对乙型肝炎病毒(HBV)VLPs作了相关研究。
应可能是源于皮肤郎格罕细胞(LCs)与DCs对WLPs的差异
性反应,有人发现HPV—VLPs不能如活化DCs一样活化LCs【l“。IEs虽然如DCs一样能交叉呈递HPV特异性CD8+T细胞表位,但LCs摄入VLPs的方式完全不同于DCs,后者是通过胞饮以笼蛋白和肌动蛋白蛋白依赖的方式摄入,而前者摄入WLPs不依赖笼蛋白和肌动蛋白。LCs摄入WLPs的模式使其表面共刺激分子表达上调不足,不能活化特异性的T细
蛋白镶嵌在一层来自于酵母内质网膜的磷脂衣膜中。pre-S肽呈现于WLPs表面,作为肝细胞受体的特异性配体,它能引将编码GFP的基因特异性导入肝细胞内。如果VLPs携带的凝血因子Ⅸ,将它注入血友病模型小鼠后,则可使小鼠肝细胞产生凝血因子Ⅸ,对疾病模型有明显的治疗作用。理论上,如果以其它细胞特异性配体肽替换pre-S,实现对其它组织细胞外源分子的导入也是可行的。HBV—VLPs免疫原性较强,容易引发机体针对载体的免疫应答,这是限制其作为载体应用的主要障碍。
2.2
胞,导致HPV逃避了细胞免疫攻击。与唧v—VLPs不一样,
牛乳头状病毒(bovine毒(cotton.tail
合物却能促进人LCs成熟¨…。
3.23.2.1
感染危险,又具有防治病毒感染的有效性,是一种较理想的
疫苗形式,一些WLPs疫苗已在f临床使用。例如HPVl6
运载工具,它还能有效地转运其它分子。将人类乳头状病毒制备相应的WLaos,它进入细胞内后,能在胞内酯酶的作用下激发荧光。这为研究病毒侵袭细胞行为及其中涉及的细胞受体提供了方便【7包入VPl.WLPs中,利用流式细胞仪可准确检测标记的VPl一
主要组成蛋白是Ll衣壳蛋白,接种HPVl6.VLPs的女性体内产生高滴度的抗L1中和抗体,对女性HPV感染及HPV相关性宫颈上皮非典型增生可起到有效的保护作用【1“。HPVl6一VLPs不仅有体液免疫原性,还具有细胞免疫原性¨8|,但L1特异性细胞免疫应答在HPVl6一WLPs预防性免疫保护中的作
用尚不能明确,目前倾向于认为体液免疫起主导作用。
HPVl6-VIPs疫苗对宫颈癌易感人群保护效果,仍有待长时
将轮状病毒VP2蛋白与GFP融合并与VP6、VP7共表达制备嵌合VLPs,借助WLPs的GFP及抗CDl9荧光抗体进行双标流
间、大样本的跟踪观察结果证实。又如口服诺瓦克病
毒(Norwalk性地产生特异性IgG抗体,部分人甚至在唾液、小便、阴道洗
・112・
免疫学杂志
第22卷
液或精液中发现了I甜抗体¨…,说明口服NVWLP¥还能诱发机体粘膜免疫应答,这对于开发Nv性胃肠炎韵预防性疫苗
很有意义。由Ebola病毒(EBOV)重组蛋白GP和VP40制备的VLPs,也能诱导小鼠产生中和性抗体,从而免于病毒的致死性攻击‘1“。
目前VLP¥疫苗主要通过基因工程从酵母或感染重组杆状病毒的昆虫细胞中制备,这在技术上仍有一定难度,VLPs在贮藏、运输及使用方面也存在不便。转基因植物则可能克服这些不足,有人尝试培育出了含HPVl及HPVl6VLPs的转基因马铃薯,通过透射电镜在其培养细胞中可发现VLPs的存在,喂饲这种转基因马铃薯的小鼠血清中可检测到高滴度的L1特异性的抗体伽J。最近又有人报告培育出了含HBV及NV-VLPs的马铃薯、烟草和大豆,食用这些转基因植物后同样也能在小鼠及人体内产生特异性抗体幢“。
3.2.2
VLP8作为疫苗递送工具VLes有两个突出的特色
和优势:第一,以化学交联或基因工程的方法可对其表面进一步修饰改造;第二,VLPs可包裹分子量及电荷适宜的核酸或非核酸分子。这两个特点为按照不同目的灵活多样地设计、优化疫苗提供了理想的平台。概而言之,不同疫苗形式
如多肽、核酸、甚至佐剂都可以单独或组合地在VLP8上挂载或负载,从而克服其各自不足。多肽一VLP8嵌合疫苗:多肽
抗原易于制备,但免疫原性弱,进入机体后易于降解,这限制了多肽疫苗的实际应用。如果将多肽整合人VLPs内,则可能克服这些障碍。Sadeyen等∞1将HBV核心抗原的一个免疫显性表位多肽DPASRE分别插入I-IPVl6LI—WLPs外表面的
6个环区,这6种嵌合VLPs均能诱导出HBc特异性抗体,但
在Bc环区插入外源肽后,机体产生的抗HPVl6LI的中和性抗体滴度则明显下降。提示BC环区是形成HPVl6L1构象表位的关键位置。类似地,有人将El本脑炎病毒(JEV)E蛋白的一个表位多肽,通过一个柔性连接子(Gly4一Ser)3与
的中和抗体,可有效地保护小鼠免于致死性日本脑炎病毒肽一VLPs嵌合疫苗还能有效激发特异性细胞免疫应J。抗原特异性CrLs在病毒感染及肿瘤免疫中发挥着极如果gLP¥本身免疫原性不强,将佐剂连接在VLPs表面万
方数据码基因。这种疫苗形式不仅使核酸分子得到有效保护,还能充分发挥VLPs本身的免疫学特性。Wei等用HPVl6-VIPs将
编码淋巴细胞脉络膜炎病毒(LCV)糖蛋白CIL表位肽P33的
质粒DNA包裹后得到一种新的伪病毒疫苗。口服伪病毒疫苗后小鼠产生了很强的针对P'33的细胞免疫应答,其免疫效
应优于p33质粒DNA疫苗;用编码}玎)V研蛋白的质粒DNA
替换p33后也得到了类似的结果旧]。含非甲基化CpC结构的寡脱氧核糖核酸(ODNs)是强有力的佐剂,将它与抗原表位一并整合在VLP8上,可成为触发有效特异性免疫应答的疫
苗形式。例如,通过基因工程重组或化学交联的方式,将LCV的CTL表位肽p33连接在HBc抗原或噬菌体哪蛋白非
DNA结合位点,制备嵌合VLP¥后,再将含CpC的ODN包裹,形成一种既携带抗原表位多肽,又含强力佐剂的类似完整病
毒结构的复合体。用它免疫小鼠后激发机体强的p33特异
性CD8+T细胞应答,能有效保护小鼠免于LCV攻击;此外,这种免疫保护作用强于简单地用CpCODN和VLPs混合免疫,其原因可能是由于VLPs对ODN存在保护作用;尤令人感兴趣的是,由于CpCODN被包在VLPs内,这种新的疫苗形式尚有效地减轻了CpCODN致脾肿大的副作用忪J。含酵母双链RNA的人工VLP8本身是强烈的免疫刺激剂,它能非特异性诱导机体产生IFN'y。将HIV的5个B细胞表位及4个T细胞表位的并置于人工VLPs表面,这种复合疫苗能诱导机体产生针对HIV的特异性体液免疫和细胞免疫∽J。
总之,VLPs使用安全可靠,能够整合多肽、核酸或其它小分子并提供有效的保护,又具有独特的免疫学特性,可以灵活地修饰改造VLPs以改变其组织细胞靶向性或免疫原性,这些优点使之成为良好的分子载体和疫苗设计平台。如果能进一步降低生产技术难度和成本,VLPs将有可能得到广泛的实际应用。
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4结语
Johnson草花斑病毒(JGMV)的C端缺失衣壳蛋白连接后,形
成一种嵌合VLPs;这种嵌合VLPs不需佐剂免疫小鼠后,产生攻击‘圳。
答m重要作用,肽一WLP¥嵌合疫苗借助WLPs促进APC成熟及向CD8+T细胞呈递抗原肽,因此其细胞免疫效应要强于单一的多肽疫苗。另一方面,在疫苗实际使用中,为达到最优免疫效果,一般采取复杂的起始一追加给药方案,而使用多肽一VLP8嵌合疫苗则给药方案简单,而且所诱导的肽特异性CTL频率要明显高于传统的给药方案旧J。
则可以显著增强VLPs疫苗的免疫效应。Kang等Ⅲ1将霍乱毒素非毒性B亚单位(cI’B)通过生物素一链亲和素交连在猿免疫缺陷病毒(SIV)Gag及Env蛋白上,再制成嵌合VLPs,免疫小鼠后机体所产生的Env特异性血清IgGl抗体、分泌性
[5]
IgA抗体及细胞免疫应答水平都明显高于单纯注射SIC-VLPs
或SIV.VLP8与CTB混合注射的方式。核酸一VLPs复合疫苗(伪病毒疫苗):VLPs包裹核酸分子后成为核酸.VLPs复合体或伪病毒。包入的核酸分子可以是佐剂,也可以是抗原编
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(编辑李海鸥)
以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
王惠明, 吴玉章, WANG Hui-ming, WU Yu-zhang
第三军医大学基础医学部全军免疫学研究所,重庆,400030免疫学杂志
IMMUNOLOGICAL JOURNAL2006,22(1)4次
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引证文献(4条)
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引用本文格式:王惠明. 吴玉章. WANG Hui-ming. WU Yu-zhang 以病毒样颗粒为平台的分子载体和疫苗设计[期刊论文]-免疫学杂志 2006(1)