病毒經過這次疫情，你可能有了很多瞭解，可是，對偽裝的病毒，即病毒樣顆粒，你是否聽說過呢？
病毒樣顆粒（virus-like particles，VLPs）在一定的體外條件下由病毒結構蛋白自發自組裝，但不包括遺傳物質和潛在的複製能力，是含有某種病毒的一個或多個結構蛋白的空心顆粒，沒有病毒遺傳物質，不能自主複製，在形態上與真正病毒粒子相同或相似，俗稱偽病毒。
VLPs具有多個特徵：
- 可以通過現有的表達系統大量快速製備，
- 在構象和外觀上與真實的病毒高度相似，並顯示重複的表位簇。
- 它們的衣殼可通過基因插入或化學偶聯修飾，從而促進同源或異種表位抗原的多價顯示。
另外，VLPs直徑約為20~150nm，具有表面積大、表面易被某些氨基酸修飾(如賴氨酸、穀氨酸殘基)、空間結構不均勻、生物相容性好等特點。因此，VLPs作為一種特殊運載多種物質的運載系統具有巨大的潛力，VLPs被認為是一種安全有效的預防和治療性的候選疫苗。
VLPs是如何被發現的呢
20世紀60年代，科學家第一次發現一些沒有核酸的空病毒顆粒，隨後鑑定發現是肝B病毒的衣殼蛋白。隨後，發現肝B病毒VLPs，可以誘導宿主免疫應答，以消除真正的肝病毒的入侵。這一現象為理解VLPs與宿主免疫系統的關係提供了線索。
隨著基因工程技術的發展，通過體外實驗實現了人乳頭瘤病毒(HPV)主要衣殼蛋白的表達和純化。從而，獲得了了解VLPs體外組裝的模型。20世紀80年代，人們對HBsAg VLPs的抗原性和免疫原性機制進行了研究。由此，基於VLPs的疫苗得到了研究人員的進一步關注和投入很多的研究。
到目前，VLPs在疫苗中的應用只是其主要生物學應用之一。VLPs與納米材料具有相似的特性，能夠通過生物技術手段介導更多的生物醫學功能。因此，VLPs作為一種新的生物工具，在藥物傳遞、基因治療、細胞靶向和癌症治療等方面具有重要作用。
第一個VLPs疫苗的誕生
18世紀末，愛德華·詹納(Edward Jenner)首次提出了疫苗接種的概念。這一突破使得病毒滅活、減毒病毒疫苗在獸醫和人類的廣泛的應用。然而，這些早期疫苗有時會導致病毒暴發，其中最重要的是口蹄疫病毒(FMDV)。
第一個基因工程疫苗的誕生：為了阻止FMDV的廣泛傳播，科學家們在20世紀70年代發現，只使用該病毒的一種關鍵蛋白就可以生產出疫苗。1981年6月，Kleid和他的同事成功地在大腸桿菌中克隆了FMDV的抗原多肽VP3，並將其製成用於牛和豬的疫苗，從而產生了世界上第一個基因工程疫苗。
第一個VLPs商業化疫苗：隨著重組DNA技術應用於疫苗領域，1986年，第一個基於類病毒顆粒(VLPs)的商業化疫苗獲得許可，即乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg) 的VLP。雖然這種人重組HBV疫苗是第一個VLP衍生的疫苗，但它不是一個真正意義的VLP，因為它不能模仿完整的病毒粒子，而是利用了在正常HBV感染中產生的不同粒子的多樣性。
迄今為止，VLPs已被用於30多種感染人類和其他動物的病毒。這些病毒結構多樣，有單個或多個衣殼蛋白或脂質包膜。並非所有病毒都適合作為疫苗開發的VLP靶點，也並非所有VLP都適合作為候選疫苗。事實上，許多VLPs只是用於基礎研究(例如，組裝和結構研究，以及病毒-宿主和蛋白質-蛋白質相互作用研究)。近年來，VLPs在納米顆粒生物技術中也有應用。
重組乙型肝炎的VLPs疫苗的意義和研究
目前，約有20億人(約佔世界人口的三分之一)有過或繼續感染乙肝病毒的血清學證據，其中3.7億人患有慢性乙肝病毒感染。世界衛生組織估計，每年有100萬人死於與乙肝病毒相關的肝臟疾病，包括肝硬化和肝細胞癌。乙肝主要在亞洲、非洲、南歐和拉丁美洲流行，HBsAg在人口中的攜帶率從2到20%不等，是一個全球性的健康問題。
世界衛生組織建議，在所有國家，乙肝疫苗接種已經成為常規嬰兒免疫規劃的一部分。第一個乙肝疫苗於1981年獲得許可，然而經過很長時間，乙肝疫苗才在較貧窮的發展中國家普及免疫接種。截至2003年，只有76%的世衛組織會員國報告已將乙肝疫苗納入其常規兒童免疫接種計劃。
HBV是一種包膜DNA病毒，屬於肝病毒科。該病毒基因組由一種不尋常的部分雙鏈環狀DNA組成。HBV基因組只有3.2 kb，是已知最小的DNA病毒之一。感染人血清的電鏡顯示存在42-47-nm的雙殼病毒粒子，包含一個由脂質和三個包膜蛋白組成的外膜。在包膜內，有一個27納米的核衣殼核心，含有結構C蛋白，稱為乙型肝炎病毒核心抗原(HBcAg)。這三種包膜蛋白分別被稱為小(S)、中(M)和大(L)包膜蛋白，並自組裝成亞病毒HBsAg顆粒。這三種蛋白在體內均以糖基化和非糖基化形式存在。在受感染的血清中也發現了主要由HBsAg組成的亞病毒顆粒。亞病毒顆粒是22納米的球形顆粒和管狀長絲(直徑22納米，長度可變)，不含核酸，因此不具傳染性。
在20世紀80年代早期，基於從HBV感染中恢復的個體的血清中含有大量的抗HBsAg抗體這一事實，由從HBV攜帶者血清中純化的滅活HBsAg顆粒組成的疫苗被開發出來。在1981-1982年,通過血漿分離的顆粒製成疫苗被使用。然而，對血液製品安全性和供體血漿可用性的擔憂，以及重組DNA技術的進步，很快導致了重組HBsAg的開發，從而產生了第二代HBV疫苗。
第二代HBV疫苗：S基因的克隆和表達最早是在大腸桿菌中實現的。然而，當在細菌中產生時，HBsAg不分泌，很難以其自然形式純化和非免疫原性。為了產生免疫原性VLPs，使用了真核表達宿主，如酵母和哺乳動物細胞。目前已有的重組疫苗是在酵母(Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris and Hansenula polymorpha)或哺乳動物細胞(Chinese hamster ovary cell line）中生產的。
宿主細胞的選擇對產生的VLP的結構和生產過程都有影響。在CHOs和H.多態性中產生的重組HBsAg進行了表徵;分子質量、大小和單體數均有顯著差異。在生產過程中，酵母細胞更容易培養。在酵母基礎上的過程中，細胞收穫後必須進行一個破壞步驟來釋放HBsAg。其他胞內成分也隨之釋放，使得純化過程更加複雜。然而，哺乳動物細胞能夠則以22nm亞病毒顆粒的形式分泌HBsAg，使細胞培養上清液更容易恢復和純化。
以CHO細胞為基礎的疫苗由法國的Pasteur-Merieux Aventis (GenHevac B®)和以色列的SciGen (Sci-B-Vac™)，這兩種疫苗不僅包含HBsAg S蛋白，還包含M蛋白(GenHevac B)或M和L蛋白(Sci-B-Vac)。與傳統疫苗相比，這些疫苗不僅含有HBsAg的表位，還可能具有更強的免疫原性，能更快地起作用，並能對無應答者提供保護。
目前，還有 許多研究仍在進行中，但重組HBV疫苗仍然是一個令人難忘的成就，因為它代表了第一個基於VLPs的商業疫苗。
參考：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1586/erv.10.115
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7080154/
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本文參加【科學V計劃】，內容為作者原創。
