疫苗接種是預(yù)防病毒感染的最經(jīng)濟有效的手段之一。其中，減毒活疫苗是一種重要的疫苗研發(fā)策略，其通過控制病毒復(fù)制來削弱病毒的毒力，從而降低致病性。這類疫苗能夠保留病毒全部抗原并維持其天然構(gòu)象，可激發(fā)強烈的黏膜免疫、體液免疫和細胞免疫反應(yīng)。此外，減毒活疫苗可通過病毒自然感染途徑接種，支持無針接種方式（如呼吸道病毒減毒活疫苗可通過鼻噴方式接種）。然而，如何實現(xiàn)安全和高效免疫的平衡兼容，是減毒活疫苗研制面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題之一：減毒不足則可能帶來安全隱患，而過度減毒可能會降低免疫原性。
7月24日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點實驗室、合成生物學(xué)研究所司龍龍團隊在Nature Reviews Immunology雜志在線發(fā)表了題為“Live vaccine development through targeted protein degradation（通過蛋白靶向降解開發(fā)活疫苗）”的評述文章，闡述了該團隊建立的蛋白靶向降解（Proteolysis-Targeting,PROTAR）減毒活疫苗策略，并展望了其未來的拓展與應(yīng)用，為新一代活疫苗研發(fā)提供了新思路。
01?PROTAR減毒活疫苗策略原理
PROTAR減毒活疫苗策略利用宿主細胞中的蛋白質(zhì)降解機器“泛素-蛋白酶體系統(tǒng)”，操控病毒蛋白的穩(wěn)定與降解，將病毒轉(zhuǎn)化成為減毒活疫苗。
具體而言，該策略在相關(guān)病毒蛋白的合適位置上引入“降解標(biāo)簽”（Proteasome-Targeting Degrons,PTD）；當(dāng)這種帶PTD標(biāo)簽的PROTAR病毒感染進入細胞，細胞中的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)會識別被PTD標(biāo)記的病毒蛋白，并將其降解。這一過程一方面讓病毒因失去部分蛋白而復(fù)制能力減弱，實現(xiàn)減毒；另一方面病毒蛋白降解產(chǎn)生的抗原肽會被細胞遞呈，有利于誘導(dǎo)更強的抗病毒免疫應(yīng)答。因此，PROTAR減毒活疫苗策略可以在減弱病毒復(fù)制的同時，同步增強病毒抗原遞呈，實現(xiàn)疫苗高安全性和強免疫原性的協(xié)同。在用于生產(chǎn)PROTAR疫苗的工程細胞株中，PTD標(biāo)記的病毒蛋白的降解通路被阻斷，病毒蛋白穩(wěn)定，PROTAR疫苗正常復(fù)制、高效制備，滿足疫苗生產(chǎn)需求。
研究人員以流感病毒為模型，在細胞、小鼠、雪貂、人肺氣道芯片等多個模型中對PPROTAR減毒活疫苗策略進行了系統(tǒng)研究論證。結(jié)果顯示，PROTAR疫苗在體內(nèi)充分減毒而安全；在單次鼻腔吸入接種免疫后，可誘導(dǎo)強而廣的免疫應(yīng)答，并對同源和異源病毒的感染提供優(yōu)良的交叉免疫保護。
02?PROTAR減毒活疫苗策略的特點
1. PROTAR疫苗策略可以將完整的流行病毒株減毒成為活疫苗，因此能夠更好地甚至完全地與流行病毒株抗原匹配，從而提高防護效果。
2.?PROTAR疫苗策略可通過改變PTD的種類和在病毒基因組上的多樣化插入位點，實現(xiàn)對減毒程度和免疫反應(yīng)強度的靈活調(diào)控。目前，研究人員利用PTD種類的多樣性，建立了PROTAR流感疫苗庫，并證明PROTAR疫苗的安全性和免疫原性依賴于疫苗株種類。因此，該方法可以系統(tǒng)地優(yōu)化疫苗安全性與免疫原性，獲得最優(yōu)的疫苗株或者按需定制個性化疫苗株。
3.?PROTAR疫苗策略簡單易行。PROTAR疫苗制備采用常規(guī)的分子生物學(xué)與細胞培養(yǎng)技術(shù)，簡化了疫苗設(shè)計與研制，便于更廣泛的疫苗研究人員使用。
4.?PROTAR疫苗策略具有普適性。病毒蛋白是病毒結(jié)構(gòu)組成和生命活動所必需的生命物質(zhì)，只要能在目標(biāo)病毒的合適蛋白合適位點引入PTD，就可以使用該方法制備針對該病毒的減毒活疫苗，因此PROTAR疫苗策略有望推廣至多種病毒疫苗的研制。
03?PROTAR疫苗需要關(guān)注的問題
1.?PTD序列的選擇及其在病毒蛋白中的整合位置，會影響疫苗株的復(fù)制能力、蛋白降解效率、減毒程度、免疫原性等，因此需要系統(tǒng)篩選優(yōu)化。
2.?應(yīng)避免選用某些能被MHC分子呈遞的PTD序列，以降低其誘發(fā)自身免疫反應(yīng)的潛在風(fēng)險。
3.?PROTAR疫苗的減毒依賴于宿主的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，因此PROTAR疫苗不適用于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)功能受損或正在接受蛋白酶體抑制劑治療的特殊人群。
04?未來展望
研究團隊提出了對PROTAR減毒活疫苗策略發(fā)展的未來展望。結(jié)合人工智能蛋白結(jié)構(gòu)計算與高通量篩選平臺，有望更高效地篩選和優(yōu)化PTD，提升候選疫苗株的研發(fā)效率。探索細胞內(nèi)的其他蛋白質(zhì)降解機器（如自噬系統(tǒng)），有望拓展基于蛋白靶向降解的減毒活疫苗平臺在更廣泛病原體和人群中的適用性。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點實驗室為本文的第一單位及通訊單位，司龍龍研究員為文章的通訊作者，團隊成員張奇思（博士后）為文章第一作者。
實驗室簡介
司龍龍，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師，定量合成生物學(xué)全國重點實驗室副主任，國家級青年人才，國家重點研發(fā)計劃項目負責(zé)人。實驗室主要研究方向為“病毒感染及防治研究的新策略和新系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用”，包括基于合成生物學(xué)的疫苗研制、人類器官芯片開發(fā)與應(yīng)用等。代表性成果以通訊作者、第一作者（含共同一作）發(fā)表于Science、Nature Biotechnology、Nature Microbiology、Nature Biomedical Engineering、Nature Chemical Biology、Nature Reviews Immunology等領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊。主持國家和省部級項目十余項。
課題組招聘：本課題組長期招收病毒、疫苗、免疫、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等相關(guān)研究背景的博士后。有意申請者請將個人簡歷（要求為PDF）以發(fā)送至[email protected]，簡歷及郵件標(biāo)題注明“應(yīng)聘崗位-學(xué)校名稱-專業(yè)-姓名”。
文章上線截圖
圖 | PROTAR減毒活疫苗策略示意圖
附件下載：