研究人員通過操控病毒蛋白降解，控制病毒的複製能力，將病毒減毒，使其成為潛在的減毒疫苗。但是要實現疫苗的規模化製備仍需要大量的優化和探索。疫苗是預防和控制流感病毒最為經濟有效的手段之一。2021年《科學》雜誌將“下一代疫苗的開發”列為125個前沿科學問題之一。
中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學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，開發了蛋白降解靶向減毒病毒疫苗技術。該研究成果近日發表在國際學術期刊《自然—生物技術》上。
該成果基於合成生物學技術理念，將細胞內蛋白質降解機制運用到病毒疫苗的設計中，為減毒病毒疫苗的設計開發提供了新思路。
把降解靶蛋白的生物學機制運用到疫苗設計中
開發減毒疫苗的關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。蛋白質是組成病毒結構並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。
“基於蛋白質調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合成以減少子代病毒組裝所需的‘原料’；二是加速蛋白質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，約80%的蛋白質的降解過程依賴一種叫做泛素—蛋白酶體系統的途徑，即細胞內缺陷或受損的蛋白質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，細胞內的“蛋白清潔工”——泛素—蛋白酶體系統已被成功用於PROTAC化學小分子藥物開發。PROTAC藥物是一種兩端含有不同活性化學基團的化學分子，它的結構類似於啞鈴，其中一端的化學基團結合靶蛋白，另一端的化學基團結合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化學小分子藥物的設計原理，我們把泛素—蛋白酶體系統可以降解靶蛋白的生物學機制運用到了PROTAC病毒疫苗的設計中。我們通過操控病毒蛋白降解，控制病毒的複製能力，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，基於PROTAC技術開發了可條件性操控病毒蛋白質穩定與降解的元件，成功構建了PROTAC流感病毒疫苗株M1-PTD。
“PTD是一個蛋白降解誘導元件，把它與病毒蛋白融合表達后，可以誘導病毒蛋白被細胞的泛素—蛋白酶體系統降解掉。”司龍龍說道，當病毒在正常細胞中時，被PTD標記的病毒蛋白會被泛素—蛋白酶體系統識別而降解，導致病毒複製能力減弱甚至缺陷，從而確保疫苗應用的安全性。
在疫苗的生產過程中，需要將病毒蛋白保留才能生產出疫苗。在該研究中，病毒蛋白降解誘導元件在疫苗製備細胞中會被選擇性移除，使得病毒蛋白得以保留，因此PROTAC病毒在疫苗製備細胞中可以維持較高的複製能力，進而得以製備疫苗。
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於動物，監測動物的死亡率和體重，並檢測動物鼻洗液、氣管、肺中的病毒滴度。結果顯示，與野生型病毒相比，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD在動物體內的複製能力顯著降低，且不會引起小鼠死亡或體重下降，說明其在動物體內具備安全性。另外，免疫效果評價結果顯示，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以誘導廣泛的免疫應答，包括體液免疫、黏膜免疫、細胞免疫應答；此外，PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD可以提供良好的交叉免疫保護。這些研究結果表明PROTAC流感病毒具備成為流感減毒疫苗的潛質。
“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。但是要實現疫苗的規模化製備，仍需要大量的優化和探索。目前我們正通過與多個單位合作，探索該技術是否可以用於其他種類病毒的疫苗開發。”司龍龍表示。