植物源疫苗研究进展 合成生物学    DOI:10.12211/2096-8280.2025-029

表3 植物来源的一些包膜VLP的实例［15］

正文中引用本图/表的段落

病毒样颗粒（Virus-like particles，VLPs）是一种由病毒结构蛋白自行装配而成的蛋白质颗粒。它们在形态结构上与天然的病毒颗粒相似，因此具有很强的免疫原性和生物学活性，且不含病毒核酸，没有复制能力，也不具有感染性，因此病毒样颗粒疫苗安全性较高。王跃驹于2019年利用生菜作为表达平台，成功生产病毒样颗粒的乙肝VLP疫苗，接种新西兰白兔后白兔产生免疫，并通过ELISA和假病毒颗粒中和试验验证了其生物活性［50］，发现乙型肝炎病毒核心蛋白HBcAg会在体外自组装形成二十面体对称结构，这种结构与天然乙肝病毒微粒的构象近似，直径约为30 nm，呈现较为均一的球形，外源序列重复且高密度地展示在VLPs的表面，这使得VLPs进入机体后能够快速诱导机体产生针对外源性抗原的特异性体液免疫及细胞免疫应答，具有极强的免疫原性与生物活性［51］；在2020年，他又利用相同技术成功表达了具有生物活性的HPV疫苗，该研究中产生的VLPs具有二十面体对称结构，这是类似于野生型VLPs的形态［28］。与之结构类似的还有Rybicki于2016年在植物细胞利用农杆菌转化法中成功稳定表达的HPV假病毒粒子，而该VLP疫苗已经进行了中和测定试验［33］。同样的技术还于2021年用于植物源牛瘤病毒（BPV）病毒样颗粒和假病毒粒子的生产，BPV VLPs能够诱导产生针对BPV的特异性抗体，包括IgG和中和（VN）抗体，以及促进Th1和Th2细胞因子的分泌，如IL-2、IL-4和IFN-γ［34］。猪细小病毒（PPV）导致母猪繁殖失败， CHO等人在2023年用本氏烟草成功表达可以让猪抵御PPV的PPV 1 -82 VP 2蛋白，这些蛋白自组装成的VLPs的直径范围在22.3到25.7纳米之间，在对怀孕母猪的抗病实验中，接种了PPV1-82 VP2的母猪在感染PPV株后，成功诱导了免疫反应并产下正常胎儿，而未接种疫苗的母猪则流产［52］，这些结果表明， PPV1-82 VP2 VLP疫苗在结构和功能上都显示出了作为有效疫苗候选物的潜力（表3）。

一般情况下的植物源疫苗生产出的都是亚单位疫苗，仅含有具有免疫原性的抗原结构基因，一般是病原体表面糖蛋白的基因，如果是易于变异的病原体，则选取各亚型共有的核心序列作为主要保护性抗原基因序列，且不含其他遗传信息［91］。此外，植物源疫苗的研制需根据刚需疾病或症状来选择合适的目标抗原，如每年秋冬季广为流行的由轮状病毒引起的腹泻病，贾宇臣使用了植物油体作为表达载体，在花生中表达了轮状病毒抗原蛋白G3VP7［35］。目标蛋白还需具有足够的免疫原性以激发机体产生免疫应答，如冠状病毒样颗粒COVID-19候选疫苗（CoVLP）就是由表达为病毒样颗粒（VLPs）的重组刺突（S）糖蛋白组成，这种S蛋白是大多数COVID-19疫苗中的抗原，能引发高效的机体免疫应答［120］。张改平院士团队提出了一种通用的“头对尾”二聚体疫苗抗原模型，这种模型通过重新构建抗原来暴露多对具有合适距离的表位，从而有效地激活B细胞。该模型在水稻胚乳表达系统中成功制备了高效的重组抗原Osr2HN，且该抗原在水稻胚乳中的表达量高达3.7mg/g，显示出与传统疫苗相比更高的免疫效价［121］。

植物相比传统的细胞表达系统有几个潜在的好处。它们的栽培很简单，因为不需要无菌环境，且相对便宜，只需使用常规肥料即可快速生长，而动物细胞培养系统则需要昂贵的培养基，通常还需要高等级的生物安全设施。植物的生产平台具有无限的可扩展性，扩展所需的成本远低于更传统的大肠杆菌与酵母菌发酵表达平台的扩展成本，植物表达系统的生产成本可以低至每千克10-20美元，而酵母表达系统每千克疫苗的生产成本约为200-300美元［164］，细菌表达系统的疫苗生产成本约为每千克100-200美元，哺乳动物细胞表达系统每千克疫苗的生产成本约为260美元［165］。植物可以在温室或垂直农场中轻松扩大生产，这样可以实现多吨级的产量。快速和准确地生产疫苗和治疗性抗体在应对即将成为全球大流行病之前的威胁至关重要。瞬时表达允许快速生成产品，获得基因序列后大约8周即可完成，而且由于所用植物并未经过基因改造，因此商业生产的监管要求可能较少。这样的快速生产方式操作简便，能够快速应对大型流行病。此外，植物可以进行翻译后修饰（PTM），产生类似于哺乳动物相应物的糖基化产品。通过瞬时共同表达伴侣蛋白或其他酶，可以实现蛋白质的正确折叠和处理［166］。由于表达载体开发的现代化，特别是能够瞬时表达的载体，新的植物表达系统还提供了源自哺乳动物细胞培养物的表达技术无法匹配的速度和易处理性［3］。“解构的”病毒载体系统如pEAQ、magnICON和双生病毒表达平台的进展已经成功地解决了植物中生物制药生产的蛋白质表达水平、速度和一致性不足等问题［167-169］。

病毒样颗粒（Virus-like particles，VLPs）是一种由病毒结构蛋白自行装配而成的蛋白质颗粒.它们在形态结构上与天然的病毒颗粒相似，因此具有很强的免疫原性和生物学活性，且不含病毒核酸，没有复制能力，也不具有感染性，因此病毒样颗粒疫苗安全性较高.王跃驹于2019年利用生菜作为表达平台，成功生产病毒样颗粒的乙肝VLP疫苗，接种新西兰白兔后白兔产生免疫，并通过ELISA和假病毒颗粒中和试验验证了其生物活性［50］，发现乙型肝炎病毒核心蛋白HBcAg会在体外自组装形成二十面体对称结构，这种结构与天然乙肝病毒微粒的构象近似，直径约为30 nm，呈现较为均一的球形，外源序列重复且高密度地展示在VLPs的表面，这使得VLPs进入机体后能够快速诱导机体产生针对外源性抗原的特异性体液免疫及细胞免疫应答，具有极强的免疫原性与生物活性［51］；在2020年，他又利用相同技术成功表达了具有生物活性的HPV疫苗，该研究中产生的VLPs具有二十面体对称结构，这是类似于野生型VLPs的形态［28］.与之结构类似的还有Rybicki于2016年在植物细胞利用农杆菌转化法中成功稳定表达的HPV假病毒粒子，而该VLP疫苗已经进行了中和测定试验［33］.同样的技术还于2021年用于植物源牛瘤病毒（BPV）病毒样颗粒和假病毒粒子的生产，BPV VLPs能够诱导产生针对BPV的特异性抗体，包括IgG和中和（VN）抗体，以及促进Th1和Th2细胞因子的分泌，如IL-2、IL-4和IFN-γ［34］.猪细小病毒（PPV）导致母猪繁殖失败， CHO等人在2023年用本氏烟草成功表达可以让猪抵御PPV的PPV 1 -82 VP 2蛋白，这些蛋白自组装成的VLPs的直径范围在22.3到25.7纳米之间，在对怀孕母猪的抗病实验中，接种了PPV1-82 VP2的母猪在感染PPV株后，成功诱导了免疫反应并产下正常胎儿，而未接种疫苗的母猪则流产［52］，这些结果表明， PPV1-82 VP2 VLP疫苗在结构和功能上都显示出了作为有效疫苗候选物的潜力（表3）. ...