病毒样颗粒（virus-like particles, VLPs）在过去的二十年中引起了人们的广泛关注。截至目前，VLP疫苗已被获批用于预防三种传染性病原体——乙型肝炎病毒（HBV）、人乳头瘤病毒（HPV）和戊型肝炎病毒(HEV)，这些疫苗因其高效性和长效免疫应答而受到青睐。科研人员正在开发来自不同病毒（包括感染人类、动物、植物和细菌）的VLPs，以期用作独立疫苗或疫苗平台。
1.VLPs
病毒的一个独特特征是，它们的结构蛋白、包膜蛋白或衣壳蛋白以及其他结构蛋白，可以独立或集体性地自组装成病毒样颗粒（VLPs），而无需病毒基因组。因此，任何病毒都可以通过将目标病毒蛋白的结构基因克隆到表达载体中开发形成VLPs（图1）。VLPs在生物医学科学中有着广泛的应用，如：（1）治疗——将药物递送至特定的癌细胞；（2）体内成像——负载有荧光团的VLPs；（3）诊断测试——利用装甲RNA作为传染性疾病的阳性对照；（4）疫苗开发。
图1 VLPs和嵌合型VLPs的形成机制
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
VLPs具有许多不同于传统疫苗的特性，这些特性使它们成为疫苗设计的优秀平台。它们在大小（20-200nm）、几何形状（即具有多价表位的二十面体结构）以及激活T辅助细胞的能力方面，模拟了产生这些VLPs的病毒。VLPs自然编码T辅助细胞表位，这些表位由抗原呈递细胞（APCs）与主要组织相容性复合体（MHC）Ⅱ类分子共同呈递给T辅助细胞。除了来自APCs的共刺激分子外，表位的呈递还引发T辅助细胞的激活，进而还激活了其他免疫细胞，如巨噬细胞、B细胞和T细胞（图2）。VLPs还可以被设计成封装的内源性佐剂，如ssRNA，以激活先天免疫反应。
图2 VLPs对免疫反应的激活
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
此外，VLPs由于不包含病毒基因组，无法进行复制，也是其作为候选疫苗的一个重要安全性优势。除了衍生于人类和动物病毒的VLPs被开发出来用以保护人类和动物免受这些病毒的侵害以外，衍生自其他生物体（包括植物和原核微生物）的VLPs还可以被用以展示来自人类和动物病毒的异源性抗原，即开发嵌合型VLPs（图1），目的是展示异源性抗原的免疫反应。值得一提的是，衍生自人类或动物病毒的VLPs也可以用于开发嵌合型VLPs，其中VLP上展示的异源性抗原来自其他人类病毒（图1）。
2.衍生于人类病毒的VLP疫苗
研究人员利用能够感染人类的病毒来开发VLPs，用于疫苗和免疫治疗等领域的研究（表1），目前，已有针对乙型肝炎病毒（HBV）、人乳头瘤病毒（HPV）和戊型肝炎（HEV）的相关VLP疫苗获批上市。其中，全球已批准至少九种HBV VLP疫苗，包括Engerix-B、Recombivax HB、Euvax B、Hepavax-Gene、GenHevac B、GenVac B和Heberbiovac HB，如Engerix-B和Recombivax HB，自20世纪80年代中期以来一直被使用，它们对其他HBV基因型（如A型和C型）提供交叉免疫保护，但已报道出几种针对这些疫苗的病毒逃逸突变体。尽管如此，在一定个体中，HBV保护性抗体可持续长达30年。另外，接种时的年龄越早似乎产生HBV抗体数量越多。例如，平均接种年龄为32岁的人比36岁的人产生的抗HBV抗体多，对抗体水平较低的个体进行单次加强接种后，94%的人抗体水平可得到提高。
表1 衍生于人类病毒的VLPs
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
三种VLP疫苗—Gardasil（佳达修）-9、Gardasil-4和Cervarix（希瑞适）——已在全球获批用于预防HPV。这些VLPs来源于主要衣壳蛋白L1，它们可以预防HPV16、18、31、33、45、52和58，该类型与70-90%的宫颈癌有关。它们还可预防HPV6和11，这两种类型与约90%的生殖器疣有关。Cervarix和Gardasil-4的免疫反应至少持续13年，而Gardasil-9的免疫反应至少持续6年。Cervarix疫苗在接种11年后能够针对HPV35、31、33、45和58提供21-64%的交叉免疫保护。另一方面，90%接种Gardasil-4的人在14年后对不同HPV类型（HPV6、11和16）产生抗体，52%的人对HPV18产生抗体。当前，这三种疫苗持续性效果的研究正在进行中。另外，一种未公开HPV类型的11价候选疫苗和一种14价候选疫苗（预防HPV6、11、16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58和59）分别处于Ⅲ期和Ⅰ期临床试验阶段。
Hecolin（益可宁），一种基于VLP的疫苗已在中国获批用于预防HEV，同时正在孟加拉国和美国进行临床试验以评估其在其他国家的疗效。在16-64岁群体中，接种三剂疫苗后12个月内的预防有效率为100%。在老年群体（即65岁以上）中，接种第三剂Hecolin后1个月（即第7个月）时，97.3%的个体血清转化。此外，87%的接种者体内存在可检测的抗体，这些抗体至少可以持续4.5年。该疫苗可预防HEV 1型、2型和4型，并有望在一定程度上对三种类型提供交叉免疫保护。
表1总结了从人类病毒中开发的处于临床前和临床试验阶段的VLPs。这些VLPs来自包膜蛋白、衣壳蛋白或两者兼有，并使用各种表达系统表达（如哺乳动物细胞、昆虫细胞、酵母细胞和细菌细胞，以及转基因植物），其中一些VLPs的效力与传统疫苗相当。例如，使用来自两种甲型流感病毒亚型（H1N1和H3N2）的结构蛋白开发的混合VLP与灭活流感病毒疫苗（Vaxigrip；H2N3）一样具有免疫原性，IgG反应的归一化中位值荧光强度大于107。同样，接种由寨卡病毒或埃博拉病毒衍生的VLP的免疫小鼠，其存活率高达100%，而对照组小鼠则无一存活。
另外，衍生于HBV的VLP已被用于开发针对幽门螺杆菌（H. pylori）细菌、丙型肝炎病毒（HCV）、HPV相关癌症和四种登革热病毒血清型的候选疫苗（表2）。临床前研究结果显示，衍生于H. pylori肽的HBV VLP的免疫小鼠模型中细菌负担减少。在其他研究中，衍生于HCV和登革热病毒肽的HBV VLP的免疫小鼠模型血清能够中和并保护小鼠免受感染。此外，衍生于HPV16 E7肽的HBV VLP在HPV相关癌症的小鼠模型中能够抑制肿瘤。
表2 由人类病毒衍生的VLPs（嵌合型VLPs）展示外源抗原
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
3.衍生于兽类病毒的VLP候选疫苗
衍生于猪、羊、鸡、和鱼等动物病毒的VLPs也被用于开发疫苗（表3）。例如，衍生于猪圆环病毒-2(PCV-2)的VLPs在小鼠模型中能引起更好的抗体反应，效果优于商业化亚单位疫苗。PCV-2与仔猪断奶后多系统消耗综合征有关。在绵羊中，衍生于蓝舌病毒的VLP疫苗与减毒活疫苗（单价BTV-8）具有相同的免疫保护水平。同时，在鱼类中，使用衍生于红斑石斑鱼神经坏死病毒（RGNNV）的VLPs进行免疫接种，与商业灭活疫苗OceanTect病毒神经坏死疫苗和对照组相比（死亡率分别为10%和79%），其死亡率降低至3.3%。
表3 衍生于动物和鱼类病毒的VLPs
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
衍生于动物病毒的VLPs也被用作开发针对其他病毒感染的候选疫苗（表4）。例如，源自犬细小病毒的VLPs已被用于展示中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）的肽抗原，并且这些VLPs在小鼠模型中引发了平衡免疫反应，来自免疫小鼠的血清中和了假型MERS-CoV。此外，使用展示布鲁氏菌抗原BCSP31的新城疫病毒VLPs进行免疫接种，可以预防布鲁氏菌病的强毒株（16M），预防效果与商业化减毒活疫苗羊布鲁氏菌M5相似。
表4 由动物病毒衍生的VLPs（嵌合型VLPs）展示外源抗原
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
4.衍生于植物病毒的VLP候选疫苗
衍生于植物病毒如苜蓿花叶病毒（AMV）、番茄斑萎病毒（PhMV）、马铃薯Y病毒（PVY）、黄瓜花叶病毒和锦葵花叶病毒（MaMV）的VLP疫苗也正处于开发当中（表5）。在Ⅰ期临床试验中，展示恶性疟原虫抗原（Pfs25蛋白）的AMV VLPs已被证明是安全且可耐受的；展示HER2肽的PhMV VLPs被发现能够减缓小鼠肿瘤生长并延缓其死亡；此外，展示猫过敏原肽Feline domesticus的PVY VLPs能够引发高滴度抗体产生。
表5 由植物病毒衍生的VLPs（嵌合型VLPs）展示外源抗原
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
4.衍生于细菌病毒的VLP候选疫苗
在感染细菌的病毒（噬菌体或噬体）方面，已经开发了来自噬菌体AP205、MS2、PP7、Qβ、P22等的VLPs（表6）。接种展示HPV肽的MS2 VLPs和PP7 VLPs能够保护小鼠免受与癌症相关的11种HPV假型病毒的感染。噬菌体VLPs也已被用于癌症研究，展示卵清蛋白B细胞和T细胞表位的噬菌体P22 VLPs能够抑制小鼠中的EG.7-OVA淋巴瘤细胞生长。
表6 由细菌病毒衍生的VLPs（嵌合型VLPs）展示外源抗原
（图片来源：Kheirvari M, et al, Viruses. 2023）
讨论与展望
VLP疫苗是蛋白质，因此，它们不能像其他重组疫苗（如病毒载体疫苗和mRNA疫苗）那样在体内扩增。然而，VLP疫苗是这两种重组疫苗的更好替代品。VLP疫苗不需要像mRNA疫苗一样在－20—－80℃的冷冻条件下运输和储存。此外，VLP疫苗一旦注射到体内，就会立即被抗原呈递细胞（APCs）识别处理，这与DNA和mRNA疫苗不同，后者需要细胞先转录（对于DNA疫苗）并将其mRNA翻译为蛋白质，然后才能被APCs处理并呈递给免疫系统。
VLP疫苗也是传统疫苗（减毒活疫苗和灭活疫苗）的更好替代品。VLP疫苗无法在体内复制，因此适用于包括孕妇或免疫系统受损的所有人。此外，来自具有分段基因组的病毒（如流感病毒、非洲马瘟病毒和蓝舌病病毒）的衣壳蛋白（包括其他结构蛋白）也可用于开发VLP疫苗，而无需担心像减毒活疫苗一样的基因重组问题。其次，VLPs能够模拟真实病毒结构，而不像灭活疫苗，其结构蛋白可能在灭活过程中被修饰，从而导致免疫原性受损。因此，VLP疫苗是灭活疫苗的更好替代品。它们还在低剂量下具有免疫原性，研究表明，接种0.3µg候选狂犬病病毒VLP疫苗产生的抗体滴度与接种3µg VLPs（或兽用和人用）产生的抗体滴度相当。
尽管VLP疫苗在低剂量下具有免疫原性，但尚不清楚低剂量VLPs是否能预防具有不同基因型的病毒。研究人员认为，增加VLPs（一般抗原）的浓度或增加加强剂量的次数可能会增强交叉免疫保护作用。一项研究表明，与10µg相比，更高剂量的抗原（例如90µg）可增加对流感病毒亚型的交叉免疫保护和提高感染后的小鼠存活率。同样，接种高剂量非洲猪瘟病毒（ASFV）疫苗可提供对ASFV毒株的完全交叉免疫保护，而半剂量则只能提供部分交叉免疫保护。
由于病毒基因型在不同地理区域之间存在差异，因此VLP疫苗需要能够诱导对所有病毒基因型实现交叉免疫保护，以确保其在全球范围内的有效性。例如，虽然随着Gardasil-9的开发，已经可以为这些致癌HPV类型(HPV16、18、31、33、45、52和58)提供预防，但仍有部分与10%宫颈癌相关的HPV类型(HPV35、39、51、59等)无法预防。虽然Gardasil-9为非洲、欧洲、北美和拉丁美洲及加勒比地区的约90%宫颈癌提供预防，但在澳大利亚和亚洲，其保护率仅为86.5%和87.5%。因此，未来研究人员需开发多价疫苗以提供更全面的保护，减少宫颈癌的全球负担。
如前所述，VLPs（特别是衍生于HBV和HPV的VLPs）也被用作展示平台，以增强来自其他感染因子（如细菌和其他病毒）和非感染因子（如癌症）的肽的免疫原性。然而，使用衍生自人类病毒的VLPs作为平台来展示外源肽可能存在挑战，因为人类群体中可能已经存在针对这些VLPs的预存抗体。研究表明，高水平的预存抗体会降低VLPs平台的免疫原性和异源性抗原的效力。例如，在用相同抗原（脊髓灰质炎病毒）对儿童进行免疫接种后，儿童体内预先存在的母体脊髓灰质炎病毒抗体会使疫苗效力降低28%。为克服这一限制，研究人员建议可以使用衍生自动物病毒、植物病毒和细菌病毒的VLPs来展示外源肽。
总体而言，VLPs是疫苗开发的通用且高效的平台。它们不仅可以用于开发针对其来源病毒的疫苗，而且对其他感染性和非感染性因子也起作用。此外，VLPs还是开发针对具有分段基因组病毒（特别是通过昆虫传播的病毒，如非洲马瘟病毒AHSV）的混合疫苗的优秀平台。VLPs在昆虫体内无法进行复制，降低了可能发生重组事件的风险。此外，针对如AHSV等病毒的VLPs疫苗还有助于区分已接种疫苗的马匹和感染马匹，而这在使用减毒活疫苗时可能无法实现。
文章转自劲帆生物