研究人員通過操控病毒蛋白降解，控制病毒的復(fù)制能力，將病毒減毒，使其成為潛在的減毒疫苗。但是要實現(xiàn)疫苗的規(guī)模化制備仍需要大量的優(yōu)化和探索。
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疫苗是預(yù)防和控制流感病毒最為經(jīng)濟有效的手段之一。2021年《科學(xué)》雜志將“下一代疫苗的開發(fā)”列為125個前沿科學(xué)問題之一。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所司龍龍課題組以流感病毒為模式病毒，通過操控病毒蛋白的降解，開發(fā)了蛋白降解靶向減毒病毒疫苗技術(shù)。該研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然—生物技術(shù)》上。
該成果基于合成生物學(xué)技術(shù)理念，將細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解機制運用到病毒疫苗的設(shè)計中，為減毒病毒疫苗的設(shè)計開發(fā)提供了新思路。
把降解靶蛋白的生物學(xué)機制運用到疫苗設(shè)計中
開發(fā)減毒疫苗的關(guān)鍵步驟之一是對病毒減毒，確保其安全性，這樣才能為人類所用。蛋白質(zhì)是組成病毒結(jié)構(gòu)并維持其正常生命活動所必需的主要成分之一，為研究病毒減毒提供了重要切入點。
“基于蛋白質(zhì)調(diào)控的減毒策略大致可以歸納為兩個方面，一是抑制或阻斷蛋白質(zhì)合成以減少子代病毒組裝所需的‘原料’；二是加速蛋白質(zhì)降解以清除子代病毒組裝所需的‘原料’。”司龍龍介紹。
在天然的細胞內(nèi)，約80%的蛋白質(zhì)的降解過程依賴一種叫做泛素—蛋白酶體系統(tǒng)的途徑，即細胞內(nèi)缺陷或受損的蛋白質(zhì)會被泛素小蛋白標記，再由蛋白酶體識別和降解。通過這樣高度特異的方法，細胞得以對不需要的“蛋白垃圾”進行降解。
近年來，細胞內(nèi)的“蛋白清潔工”——泛素—蛋白酶體系統(tǒng)已被成功用于PROTAC化學(xué)小分子藥物開發(fā)。PROTAC藥物是一種兩端含有不同活性化學(xué)基團的化學(xué)分子，它的結(jié)構(gòu)類似于啞鈴，其中一端的化學(xué)基團結(jié)合靶蛋白，另一端的化學(xué)基團結(jié)合E3泛素連接酶。通過這種方式，“蛋白清潔工”可以有效地把目標蛋白降解。
“借鑒PROTAC化學(xué)小分子藥物的設(shè)計原理，我們把泛素—蛋白酶體系統(tǒng)可以降解靶蛋白的生物學(xué)機制運用到了PROTAC病毒疫苗的設(shè)計中。我們通過操控病毒蛋白降解，控制病毒的復(fù)制能力，將病毒減毒，使其成為潛在的減毒疫苗。”司龍龍表示。
動物實驗證明合成流感病毒疫苗的可行性
流感病毒可分為甲、乙、丙、丁四型。人患流感主要是由甲型和乙型流感病毒引起的。其中，甲型流感病毒已多次引發(fā)流感大流行。在該研究中，司龍龍課題組利用實驗室常用的甲型流感病毒的模式病毒——WSN毒株，基于PROTAC技術(shù)開發(fā)了可條件性操控病毒蛋白質(zhì)穩(wěn)定與降解的元件，成功構(gòu)建了PROTAC流感病毒疫苗株M1-PTD。
“PTD是一個蛋白降解誘導(dǎo)元件，把它與病毒蛋白融合表達后，可以誘導(dǎo)病毒蛋白被細胞的泛素—蛋白酶體系統(tǒng)降解掉。”司龍龍說道，當(dāng)病毒在正常細胞中時，被PTD標記的病毒蛋白會被泛素—蛋白酶體系統(tǒng)識別而降解，導(dǎo)致病毒復(fù)制能力減弱甚至缺陷，從而確保疫苗應(yīng)用的安全性。
在疫苗的生產(chǎn)過程中，需要將病毒蛋白保留才能生產(chǎn)出疫苗。在該研究中，病毒蛋白降解誘導(dǎo)元件在疫苗制備細胞中會被選擇性移除，使得病毒蛋白得以保留，因此PROTAC病毒在疫苗制備細胞中可以維持較高的復(fù)制能力，進而得以制備疫苗。
在驗證實驗中，該團隊使用小鼠、雪貂動物模型對PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD分別進行了安全性和有效性評價。研究人員將該流感病毒疫苗以滴鼻的方式接種于動物，監(jiān)測動物的死亡率和體重，并檢測動物鼻洗液、氣管、肺中的病毒滴度。結(jié)果顯示，與野生型病毒相比，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD在動物體內(nèi)的復(fù)制能力顯著降低，且不會引起小鼠死亡或體重下降，說明其在動物體內(nèi)具備安全性。另外，免疫效果評價結(jié)果顯示，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以誘導(dǎo)廣泛的免疫應(yīng)答，包括體液免疫、黏膜免疫、細胞免疫應(yīng)答；此外，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以提供良好的交叉免疫保護。這些研究結(jié)果表明PROTAC流感病毒具備成為流感減毒疫苗的潛質(zhì)。
“雖然我們在細胞和動物模型中證明了PROTAC病毒疫苗概念的可行性。但是要實現(xiàn)疫苗的規(guī)模化制備，仍需要大量的優(yōu)化和探索。目前我們正通過與多個單位合作，探索該技術(shù)是否可以用于其他種類病毒的疫苗開發(fā)。”司龍龍表示。
標簽： 病毒蛋白降解
