生产减毒疫苗 “蛋白清洁工”带来新思路

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中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所司龙龙课题组以流感病毒为模式病毒，通过操控病毒蛋白的降解，开发了蛋白降解靶向减毒病毒疫苗技术。该研究成果近日发表在国际学术期刊《自然—生物技术》上。

该成果基于合成生物学技术理念，将细胞内蛋白质降解机制运用到病毒疫苗的设计中，为减毒病毒疫苗的设计开发提供了新思路。

把降解靶蛋白的生物学机制运用到疫苗设计中

开发减毒疫苗的关键步骤之一是对病毒减毒，确保其安全性，这样才能为人类所用。蛋白质是组成病毒结构并维持其正常生命活动所必需的主要成分之一，为研究病毒减毒提供了重要切入点。

“基于蛋白质调控的减毒策略大致可以归纳为两个方面，一是抑制或阻断蛋白质合成以减少子代病毒组装所需的‘原料’；二是加速蛋白质降解以清除子代病毒组装所需的‘原料’。”司龙龙介绍。

在天然的细胞内，约80%的蛋白质的降解过程依赖一种叫做泛素—蛋白酶体系统的途径，即细胞内缺陷或受损的蛋白质会被泛素小蛋白标记，再由蛋白酶体识别和降解。通过这样高度特异的方法，细胞得以对不需要的“蛋白垃圾”进行降解。

近年来，细胞内的“蛋白清洁工”——泛素—蛋白酶体系统已被成功用于PROTAC化学小分子药物开发。PROTAC药物是一种两端含有不同活性化学基团的化学分子，它的结构类似于哑铃，其中一端的化学基团结合靶蛋白，另一端的化学基团结合E3泛素连接酶。通过这种方式，“蛋白清洁工”可以有效地把目标蛋白降解。

“借鉴PROTAC化学小分子药物的设计原理，我们把泛素—蛋白酶体系统可以降解靶蛋白的生物学机制运用到了PROTAC病毒疫苗的设计中。我们通过操控病毒蛋白降解，控制病毒的复制能力，将病毒减毒，使其成为潜在的减毒疫苗。”司龙龙表示。

动物实验证明合成流感病毒疫苗的可行性

流感病毒可分为甲、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发流感大流行。在该研究中，司龙龙课题组利用实验室常用的甲型流感病毒的模式病毒——WSN毒株，基于PROTAC技术开发了可条件性操控病毒蛋白质稳定与降解的元件，成功构建了PROTAC流感病毒疫苗株M1-PTD。

“PTD是一个蛋白降解诱导元件，把它与病毒蛋白融合表达后，可以诱导病毒蛋白被细胞的泛素—蛋白酶体系统降解掉。”司龙龙说道，当病毒在正常细胞中时，被PTD标记的病毒蛋白会被泛素—蛋白酶体系统识别而降解，导致病毒复制能力减弱甚至缺陷，从而确保疫苗应用的安全性。

在疫苗的生产过程中，需要将病毒蛋白保留才能生产出疫苗。在该研究中，病毒蛋白降解诱导元件在疫苗制备细胞中会被选择性移除，使得病毒蛋白得以保留，因此PROTAC病毒在疫苗制备细胞中可以维持较高的复制能力，进而得以制备疫苗。

在验证实验中，该团队使用小鼠、雪貂动物模型对PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD分别进行了安全性和有效性评价。研究人员将该流感病毒疫苗以滴鼻的方式接种于动物，监测动物的死亡率和体重，并检测动物鼻洗液、气管、肺中的病毒滴度。结果显示，与野生型病毒相比，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD在动物体内的复制能力显著降低，且不会引起小鼠死亡或体重下降，说明其在动物体内具备安全性。另外，免疫效果评价结果显示，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以诱导广泛的免疫应答，包括体液免疫、黏膜免疫、细胞免疫应答；此外，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以提供良好的交叉免疫保护。这些研究结果表明PROTAC流感病毒具备成为流感减毒疫苗的潜质。

“虽然我们在细胞和动物模型中证明了PROTAC病毒疫苗概念的可行性。但是要实现疫苗的规模化制备，仍需要大量的优化和探索。目前我们正通过与多个单位合作，探索该技术是否可以用于其他种类病毒的疫苗开发。”司龙龙表示。