疫苗接種是預(yù)防病毒感染的最經(jīng)濟(jì)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(qiáng)烈的黏膜免疫、體液免疫和細(xì)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(shí)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(huì)降低免疫原性。
7月24日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合成生物學(xué)研究所司龍龍團(tuán)隊(duì)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(píng)述文章，闡述了該團(tuán)隊(duì)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(xì)胞中的蛋白質(zhì)降解機(jī)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(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞中的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)會(huì)識(shí)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(shí)現(xiàn)減毒；另一方面病毒蛋白降解產(chǎn)生的抗原肽會(huì)被細(xì)胞遞呈，有利于誘導(dǎo)更強(qiáng)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(shí)，同步增強(qiáng)病毒抗原遞呈，實(shí)現(xiàn)疫苗高安全性和強(qiáng)免疫原性的協(xié)同。在用于生產(chǎn)PROTAR疫苗的工程細(xì)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(xì)胞、小鼠、雪貂、人肺氣道芯片等多個(gè)模型中對(duì)PPROTAR減毒活疫苗策略進(jìn)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(qiáng)而廣的免疫應(yīng)答，并對(duì)同源和異源病毒的感染提供優(yōu)良的交叉免疫保護(hù)。
02?PROTAR減毒活疫苗策略的特點(diǎn)
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(hù)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)減毒程度和免疫反應(yīng)強(qiáng)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(gè)性化疫苗株。
3.?PROTAR疫苗策略簡(jiǎn)單易行。PROTAR疫苗制備采用常規(guī)的分子生物學(xué)與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，簡(jiǎn)化了疫苗設(shè)計(jì)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(dòng)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(diǎn)引入PTD，就可以使用該方法制備針對(duì)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(huì)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(xiǎn)。
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(tuán)隊(duì)提出了對(duì)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(jì)算與高通量篩選平臺(tái)，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(xì)胞內(nèi)的其他蛋白質(zhì)降解機(jī)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(tái)在更廣泛病原體和人群中的適用性。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)成員張奇思（博士后）為文章第一作者。
實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介
司龍龍，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，國(guó)家級(jí)青年人才，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。實(shí)驗(yàn)室主要研究方向?yàn)椤安《靖腥炯胺乐窝芯康男虏呗院托孪到y(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(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目十余項(xiàng)。
課題組招聘：本課題組長(zhǎng)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(qǐng)者請(qǐng)將個(gè)人簡(jiǎn)歷（要求為PDF）以發(fā)送至[email protected]，簡(jiǎn)歷及郵件標(biāo)題注明“應(yīng)聘崗位-學(xué)校名稱-專業(yè)-姓名”。
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圖 | PROTAR減毒活疫苗策略示意圖
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