■本报记者 刁雯蕙
流感是由流感病毒引起的一种呼吸道传染病，传播迅速，据世界卫生组织统计，季节性流感每年可导致全球29万~65万人死亡、300万~500万重症病例。
疫苗是预防和控制流感病毒的最经济有效的手段之一。2021年《科学》将“下一代疫苗的开发”列为125个前沿科学问题之一。
中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所司龙龙课题组以流感病毒为模式病毒，通过操控病毒蛋白降解，开发出蛋白降解靶向减毒病毒疫苗技术。该研究成果于7月4日发表于《自然—生物技术》。
该成果基于合成生物学技术理念，将细胞内蛋白质降解机制拓展至病毒疫苗的设计中，为减毒病毒疫苗的设计开发提供了新思路。
降解蛋白 减少病毒合成“原料”
开发减毒疫苗的关键步骤之一是对病毒减毒，确保其安全性，这样才能“为人类所用”。蛋白质是组成病毒结构并维持其正常生命活动所必需的主要成分之一，为研究病毒减毒提供了重要切入点。
“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合成以减少子代病毒组装所需的‘原料’；二是加速蛋白质降解以清除子代病毒组装所需的‘原料’。”司龙龙介绍。
在天然细胞内，约80%的蛋白质的降解过程需要依赖“泛素—蛋白酶体系统”实现，即细胞内缺陷或受损的蛋白质会被“泛素”小蛋白标记，再由蛋白酶体识别和降解。通过这样一个高度特异的方法，细胞降解“蛋白垃圾”。
近年来，细胞内的“蛋白清洁工”——泛素—蛋白酶体系统已被成功用于PROTAC化学小分子药物开发。PROTAC药物是一种两端含有不同活性化学基团的化学分子，它的结构类似于哑铃，其中一端的化学基团结合靶蛋白，另一端的化学基团结合E3泛素连接酶，通过这种方式，“蛋白清洁工”可以有效地把目标蛋白降解。
“借鉴PROTAC化学小分子药物的设计原理，我们把泛素—蛋白酶体系统降解靶蛋白的生物学机制运用到了PROTAC病毒疫苗的设计中，通过实现病毒蛋白降解的条件性操控，控制病毒的复制能力，将病毒减毒，进一步开发减毒疫苗。”司龙龙表示。
拓展应用 合成PROTAC病毒疫苗
流感病毒可分为甲、乙、丙、丁四型。人流感主要是甲型和乙型流感病毒引起的，其中甲型流感病毒多次引发流感大流行。
在该研究中，司龙龙课题组利用实验室常用的甲型流感病毒的模式病毒——WSN毒株，基于PROTAC技术开发了可条件性操控病毒蛋白质稳定与降解的元件，成功构建了PROTAC流感病毒疫苗株M1-PTD。
“PTD是一个蛋白降解诱导元件，把它与病毒蛋白融合表达后，可以诱导病毒蛋白被细胞的泛素—蛋白酶体系统降解。”司龙龙说，“当病毒在正常细胞中时，被PTD标记的病毒蛋白会被泛素—蛋白酶体系统识别出并降解，使病毒复制能力减弱甚至产生缺陷，确保疫苗应用的安全性。”
疫苗生产过程中，需要将病毒蛋白保留。在该研究中，病毒蛋白降解诱导元件在疫苗制备细胞中会被选择性移除，使得病毒蛋白得以保留，因此PROTAC病毒在疫苗制备细胞中可以维持较高的复制能力，从而制备出疫苗。
在验证实验中，该团队使用小鼠、雪貂动物模型对PROTAC流感病毒疫苗M1-PTD分别进行了安全性和有效性测试。研究人员将以滴鼻方式给动物接种流感病毒疫苗，然后监测动物的死亡率和体重，以及动物鼻洗液、气管、肺中的病毒滴度。
结果显示，与野生型病毒相比，M1-PTD在动物体内的复制能力显著降低，且不会引起小鼠死亡或体重下降，说明其在动物体内具备安全性；免疫效果评价结果显示，M1-PTD可以诱导广泛的免疫应答，包括体液免疫、黏膜免疫、细胞免疫应答。此外，M1-PTD可以提供良好的交叉免疫保护。上述研究结果表明PROTAC流感病毒具备成为流感减毒疫苗的潜质。
“虽然我们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需要大量优化和探索。当前我们正与多个单位合作，探索该技术是否可以用于其他种类病毒的疫苗开发。”司龙龙说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-022-01381-4
