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用好“蛋白清洁工”  减毒疫苗显神通


时间:2022-07-06  来源:  作者:  点击次数:


本报记者刁文慧

流感是由流感病毒引起的呼吸道传染病,传播迅速。据世界卫生组织统计,季节性流感每年在全球范围内可导致29万~ 65万人死亡,重症300 ~ 500万例。

疫苗是预防和控制流感病毒最经济有效的手段之一。2021年《科学》,“下一代疫苗的研制”被列为125个前沿科学问题之一。

中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所思龙龙研究组以流感病毒为模式病毒,通过操纵病毒蛋白降解,开发了蛋白降解靶向减毒病毒疫苗技术。研究结果发表在《自然—生物技术》年7月4日。

这一成果基于合成生物学技术的理念,将细胞内蛋白质的降解机制延伸到病毒疫苗的设计中,为减毒病毒疫苗的设计和开发提供了新的思路。

蛋白质的降解减少了病毒合成的“原材料”

研制减毒疫苗的关键步骤之一是将病毒减毒,保证其安全性,使其“为人所用”。蛋白质是构成病毒结构和维持其正常生命活动所必需的主要成分之一,这为病毒减毒研究提供了重要的切入点。

“基于蛋白质调控的减毒策略大致可以归纳为两个方面。一是抑制或阻断蛋白质的合成,以减少子代病毒组装所需的‘原材料’;二是加速蛋白质的降解,以去除组装子代病毒所需的‘原材料’。”斯隆介绍道。

在天然细胞中,蛋白质约80%的降解过程依赖于“泛素-蛋白酶体系统”,即细胞中有缺陷或受损的蛋白质会被小泛素蛋白标记,然后被蛋白酶体识别并降解。通过这样一种高度特异的方法,细胞降解“蛋白质废物”。

近年来,细胞内“蛋白质清洁剂”——泛素-蛋白酶体系统已成功用于PROTAC化学小分子药物的开发。PROTAC药物是两端具有不同活性化学基团的化学分子。其结构类似于哑铃,一端的化学基团与目标蛋白结合,另一端的化学基团与E3泛素连接酶结合。这样,“蛋白质清洁剂”就能有效降解目标蛋白质。

“借鉴PROTAC化学小分子药物的设计原理,我们将泛素-蛋白酶体系统的生物学机制应用于PROTAC病毒疫苗的设计。通过实现对病毒蛋白质降解的条件操纵,我们可以控制病毒的复制能力,使病毒减毒,并进一步开发减毒疫苗。”斯隆说。

扩大合成丙型肝炎病毒疫苗的应用

流感可分为甲型、乙型、丙型和丁型四种,人类流感主要由甲型和乙型流感病毒引起,其中甲型流感病毒曾多次引起流感大流行。

本研究中,思龙龙研究团队基于PROTAC技术开发了条件控制甲型流感病毒蛋白质稳定性和降解的组件,并利用实验室常用的甲型流感病毒模型病毒——WSN株成功构建了PROTAC流感疫苗株M1-PTD。

“PTD是一种蛋白降解诱导元件,与病毒蛋白融合表达后,可诱导病毒蛋白被细胞的泛素-蛋白酶体系统降解。”斯隆说,“当病毒在正常细胞中时,PTD标记的病毒蛋白会被泛素-蛋白酶体系统识别并降解,从而削弱病毒复制能力甚至造成缺陷,从而保证疫苗应用的安全性。”

在疫苗生产过程中,需要保留病毒蛋白。本研究将选择性去除疫苗制备细胞中的病毒蛋白降解诱导元件,使病毒蛋白得以保留。因此,PROTAC病毒可以在疫苗制备细胞中保持高复制能力,从而制备疫苗。

在验证实验中,该团队分别使用小鼠和雪貂动物模型来测试M1-PTD流感病毒疫苗的安全性和有效性。研究人员将通过鼻腔滴注给动物接种流感病毒疫苗,然后监测动物的死亡率和体重,以及鼻洗液、气管和肺部的病毒滴度

结果表明,与野生型病毒相比,M1-PTD在动物体内的复制能力明显降低,且未造成小鼠死亡或体重减轻,表明M1-PTD在动物体内是安全的。免疫评价结果表明,M1-PTD能诱导广泛的免疫反应,包括体液免疫、粘膜免疫和细胞免疫。此外,M1-PTD能提供良好的交叉免疫保护。上述结果表明PROTAC流感病毒具有成为减毒流感疫苗的潜力。

“虽然我们已经在细胞和动物模型中证明了PROTAC病毒疫苗概念的可行性,但是PROTAC病毒作为疫苗的潜在应用仍然需要大量的优化和探索。我们目前正在与几个单位合作,探索这项技术是否可以用于其他病毒的疫苗开发。”斯隆说。

相关论文资料:https://doi.org/10.1038/s41587-022-01381-4


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