摘要:传统疫苗在应对部分传染病时存在局限性,而基于病毒载体和病毒样颗粒(VLPs)的新型疫苗平台应运而生。本文深入介绍了这两类疫苗的原理、特点、应用情况,以及在抗击如埃博拉、流感、HIV - 1、SARS - CoV - 2 等重大传染病中的作用,探讨其发展现状与面临的挑战,展现新型疫苗在疫苗学领域的重要价值与广阔前景。

一、疫苗发展历程与传统疫苗的局限
疫苗的发展历史悠久,1789 年爱德华・詹纳开发出首个天花疫苗,开启了疫苗学时代。19 世纪,巴斯德开创基于病原体灭活或减毒的疫苗研发。20 世纪下半叶,细胞培养技术助力多种灭活和减毒疫苗问世。
传统疫苗由灭活或减毒病原体、类毒素、蛋白疫苗或细菌多糖等构成,有效降低了脊髓灰质炎、麻疹等疾病的危害。然而,它也存在诸多问题,如对一些高遗传变异性(如 HIV、丙肝病毒)、持续性或潜伏性感染(如 HIV、疱疹病毒)的病原体,难以开发出有效疫苗;同时,传统疫苗存在安全性隐患,生产成本高、耗时长,还需专业实验室和较高的生物安全水平。
二、病毒载体疫苗:高效快速的免疫新选择
(一)病毒载体疫苗的原理与分类
病毒载体疫苗是通过基因工程改造病毒,将外源抗原或转基因插入病毒遗传物质,去除其致病特性后,用于将抗原基因递送至宿主,引发免疫反应。病毒载体主要分为复制型和非复制型,前者可扩增转基因并产生传染性子代,免疫反应强;后者递送单拷贝转基因,安全性更高。此外,还有单周期病毒载体,经一轮复制即可增加抗原表达且避免产生病毒子代。

(二)常用病毒载体及特点
腺病毒载体:是常用的疫苗平台,基因组为双链线性 DNA,有多种血清型。其优势在于转基因转导能力强、细胞嗜性广、不整合入宿主基因组且易生产;但存在预存免疫和载体免疫原性问题。根据基因组编辑不同,分为三代,第三代 “无肠” 载体安全性更高,可容纳更大转基因。
逆转录病毒载体:以慢病毒为代表,如 HIV - 1,进入宿主细胞后 RNA 逆转录为 DNA 并整合入染色体。慢病毒载体能有效刺激 T 和 B 淋巴细胞,可携带较大转基因、表达持久,但生产成本高,存在插入诱变致癌风险,不过非整合型慢病毒载体已用于疫苗研发。
腺相关病毒载体:非包膜单链 DNA 病毒,需辅助病毒复制,可感染分裂和非分裂细胞,具有低致病性、低免疫原性等优点,但转基因容量较小。
弹状病毒载体:如狂犬病毒和水疱性口炎病毒(VSV),基因组为单链负义 RNA。其转基因容量大,可在细胞质复制,降低整合风险,预存免疫低,但复制缺陷型疫苗免疫原性较弱 。
副黏病毒载体:基因组为单链负义 RNA,与弹状病毒类似,可在细胞质复制,不整合入基因组,可容纳较大插入片段,部分载体(如新城疫病毒载体)适合大规模生产,且在人类中安全性较高。
(三)病毒载体疫苗的应用
许多病毒载体疫苗已批准用于兽用,如犬瘟热、狂犬病疫苗等。人用方面,首个获批的人用病毒载体疫苗是乙型脑炎病毒疫苗 ChimeriVax-JE。目前,针对埃博拉、SARS - CoV - 2 等疾病,多款腺病毒载体疫苗已获批上市,还有众多基于不同病毒载体的疫苗处于临床试验阶段(见表 3)。


[表 2:Main types of viral and VLP vectors for vaccine development reviewed in this paper,展示各类病毒载体的示例、开发形式、基因组形式、插入容量、免疫反应、优缺点及参考文献]

[表 3:Examples of viral and VLP vectors approved or in advanced clinical trials for human vaccination,展示已批准或处于临床高级阶段的病毒和 VLP 载体疫苗的目标病原体、疫苗名称、载体、免疫原及状态和参考文献]
三、病毒样颗粒(VLPs)疫苗:安全高效的纳米疫苗
(一)VLPs 的结构与特性
VLPs 是由病毒结构蛋白自组装形成的纳米颗粒,不含遗传物质,无复制和感染能力,安全性高。可分为非包膜和包膜两类,能携带自身或外源抗原,以有序、重复方式呈现抗原,有效刺激体液和细胞免疫,还可通过加载病原体相关分子模式增强免疫原性。
(二)VLPs 疫苗的生产与应用
VLPs 通过将病毒结构基因克隆到表达载体,在不同系统中表达生产。不同表达系统各有优劣,如大肠杆菌系统成本低但缺乏翻译后修饰,杆状病毒 - 昆虫细胞和哺乳动物细胞系统可实现更完整修饰,植物表达系统则成本优势明显。
自 1986 年首个 VLP 疫苗重组乙肝疫苗 Recombivax HB获批以来,已有多款 VLP 疫苗上市,用于预防乙肝、戊肝、人乳头瘤病毒(HPV)感染、疟疾等疾病。此外,针对 SARS - CoV - 2、流感等病毒的 VLP 疫苗也在研发或临床试验中(见表 3)。
四、新型疫苗在重大传染病防治中的应用
(一)埃博拉病毒疫苗
埃博拉病毒致死率高,目前获批的埃博拉疫苗多基于病毒载体,如Adv5 - EBOV(腺病毒载体)、rVSV - ZEBOV(VSV 载体)等,这些疫苗在动物和人体试验中展现出良好的保护效果。此外,还有多种候选疫苗处于研究阶段。
(二)流感病毒疫苗
流感病毒易变异,给疫苗研发带来挑战。基于腺病毒、MVA 等病毒载体及 VLP 的流感疫苗正在临床试验中,部分已展现出一定的免疫效果,如基于 Ad5 的疫苗可单剂诱导较强免疫反应,基于植物的四价 VLP 流感疫苗也显示出良好的免疫原性和安全性 。
(三)HIV - 1 疫苗
HIV - 1 疫苗研发困难重重,由于病毒包膜糖蛋白的特性,导致难以激发有效免疫反应。目前,基于腺病毒、慢病毒等多种病毒载体的 HIV - 1 疫苗处于不同临床试验阶段,但尚未取得突破性进展。
(四)SARS - CoV - 2 疫苗
新冠疫情期间,基于病毒载体和 VLP 的疫苗研发迅速。多款腺病毒载体疫苗已获批上市,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 也已商业化,还有众多候选疫苗处于临床试验阶段。
五、总结与展望
病毒载体和 VLPs 疫苗作为新型疫苗平台,已展现出巨大潜力,在应对传染病疫情中发挥重要作用,尤其是腺病毒载体疫苗在新冠疫苗研发中的成功,证明了该技术的安全性和有效性。然而,这类疫苗仍面临诸多挑战,如预存免疫、潜在的宿主基因组整合风险、对部分病原体(如 HIV、丙肝病毒)疫苗研发困难等。
未来,需进一步研究以提高疫苗安全性,开发针对重大人类病原体的有效疫苗,研制通用流感疫苗,改进多价疫苗,拓展病毒载体在被动免疫和癌症疫苗中的应用。相信随着技术发展,病毒载体和 VLPs 疫苗将为全球传染病防控提供更有力的支持。
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