病毒样颗粒（Virus-like particles，VLPs），最初被设计用于原子层面上解析病毒结构，随后被广泛应用于多种预防性疫苗的开发中，包括乙型肝炎病毒（HBV）、人乳头瘤病毒（HPV）以及戊型肝炎病毒（HEV）等。近年来，VLPs在医疗领域的应用也逐步拓展，不仅在治疗性疫苗（针对炎症、疼痛、过敏、肿瘤等）的研究中取得显著进展，而且在作为药物递送载体的应用上也展现出了巨大的潜力。

2022年8月，来自瑞士伯尔尼大学的Mona O Mohsen和牛津大学的Martin F. Bachmann共同在期刊《Cellular & Molecular Immunology》上发表了题为“Virus-like particle vaccinology, from bench to bedside”的综述，文章回顾了VLPs在疫苗开发中的历史演变，从针对病毒的传统疫苗到针对慢性炎症、疼痛、过敏和癌症的治疗性疫苗，以及从实验性临床前疫苗到上市疫苗的成功案例，为未来的疫苗开发提供了启示和方向。

一、为何利用VLPs作为疫苗研发工具？

VLPs是由病毒单一或多个结构蛋白自行装配而成的高度结构化的蛋白颗粒，在形态结构上与天然的病毒颗粒相似。典型的RNA病毒颗粒因其高度重复的表面能有效交联B细胞受体，并被抗体识别，激活补体途径，促进抗原沉积和增强生发中心（GC）形成，诱导长寿命浆细胞。基于此，用全长抗原装饰并装载RNA的VLPs成为激活B细胞和诱导持久免疫反应的重要工具（图1）。

 

图1 抗原重复结构被免疫系统识别的结构模式

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

二、VLPs疫苗的研究进展

VLP疫苗的开发类型主要包括天然VLP和嵌合式VLP两种类型。由于天然VLPs的结构和成分与天然病毒相似，因此能够高效诱导人体产生免疫保护反应，例如HBV疫苗、HPV疫苗等。而嵌合式VLP是指当病毒抗原蛋白无法天然形成颗粒时，通过“嵌合”的方式将抗原展示于“颗粒载体”之上而形成的颗粒状结构，通过嵌合方式展示的抗原能够更有效地被免疫系统识别，从而激发更强的免疫反应，例如疟疾疫苗、新冠疫苗等。VLP疫苗相较于传统疫苗，具备高安全性、免疫效果佳、病毒来源多样化、表达系统丰富以及易于生产的优势（表1）。

表1 VLPs作为疫苗平台的优势

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

1.传染病

冠状病毒病：特别是SARS-CoV-2，因其引起的全球大流行而备受关注。冠状病毒是一类具有单链正义RNA的病毒，基因组约30kB（图2A）。疫苗开发方面，尤其是基于VLP平台，部分针对SARS-CoV-2的疫苗研究进入了临床试验（表2），但大多数研究仍处于临床前阶段。

 

图2 典型的冠状病毒结构

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

表2 正在进行临床试验的VLP疫苗

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

 

 

中东呼吸综合症（MERS）：是一种由MERS冠状病毒（MERS-CoV）引起的严重呼吸道疾病，其具有包膜的RNA病毒，基因组编码多种免疫原性蛋白，其中S蛋白是疫苗开发的重要靶点。研究人员利用VLP展示平台开发了多种MERS-CoV疫苗策略，包括基于CuMV_TT（将破伤风毒素表位融合至黄瓜花叶病毒样颗粒）的改良型VLP疫苗平台、在前者基础上进一步融合MERS-CoV病毒S蛋白受体结合域的嵌合VLP疫苗mCuMV_TT-MERS（图2B）以及基于犬细小病毒VP2结构蛋白的嵌合VLP疫苗。这些疫苗在体内外试验中均表现出良好的免疫原性，但尚未进入临床阶段。

流感：流感病毒是一类属于Orthomyxoviridae科的包膜RNA病毒（图3）。病毒表面的糖蛋白血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）是疫苗开发的主要靶点。研究人员利用哺乳动物或细菌平台表达病毒蛋白或将HA球状结构域与Qβ噬菌体VLP表面耦合，发现均显示出高免疫原性。鉴于HA蛋白的保守性较低，研究者们还开始探索其他结构蛋白作为疫苗靶点，如M2的胞外结构域（eM2）和HA的茎部结构，结果发现也能够高水平诱导特异性抗体产生。

 

 图3 流感病毒结构

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

2.炎症

虫咬过敏（IBH）：白细胞介素-5（IL-5）是嗜酸性粒细胞的关键刺激因子，在这种过敏反应中起到重要作用。研究人员通过将IL-5共价偶联至CuMV_TTVLP，成功在动物体内诱导了针对IL-5的抗体，有效率高达100%。这种疫苗每年加强注射后，基本可消除症状。另外，基于CuMV_TT-VLP平台，研究人员还设计了IL-31疫苗，并在马和犬体内验证了其安全性和有效性（图4）。

 

图4 IL-31和IL-5介导过敏性瘙痒

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

银屑病：促炎性细胞因子IL-17是银屑病的一个重要靶点。基于Qβ或CMV_TT平台开发的IL-17疫苗在多种炎症性疾病的临床前模型中表现出有效性，包括心肌炎、类风湿性关节炎、多发性硬化症和银屑病。

3.过敏

治疗性疫苗是控制过敏的一种潜在策略，数次注射后可缓解过敏症状。研究人员将猫过敏原（Fel d1）偶联Qβ-VLP制成治疗性疫苗，单次注射即可针对Ⅰ型过敏反应产生保护效应。此外，还尝试了向猫体内注射过敏原CuMV_TT嵌合疫苗，结果产生中和抗体，且具有良好的耐受性。研究人员推测这一免疫策略也可能会使人受益，降低人患哮喘的风险。另有研究报道，Qβ-VLP或CuMV_TT-VLP与屋尘螨过敏原Der p1、花生过敏原Ara R的嵌合疫苗，在动物模型中可诱导产生针对特异过敏原的抗体（图5）。

 

图5 花生过敏模型中抑制FcγRIIb对肥大细胞的作用机制

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

4.疼痛

神经生长因子（NGF）对神经系统的早期发育至关重要，但在后期，它成为疼痛发生的重要介质。Tanezumab是一种NGF抗体，在Ⅲ期临床试验中明显减轻骨关节炎患者的疼痛，另外还有许多其他mAbs药物正在开发中。此外，研究人员以NGF为靶点设计的VLP治疗性疫苗，其临床前研究显示，CuMV_TT-VLPs-NGF可减轻类风湿关节炎和骨关节炎相关的疼痛，但是仍需进一步的安全性研究。

5.神经退行性疾病

阿尔兹海默症（AD）：据阿尔茨海默病协会数据，全球大约有620万65岁以上的人群患有老年痴呆症，预计在2060年增加到1.3亿以上。淀粉样斑块沉积是AD患者的主要特征之一，因此Aβ可能是一个有效靶点。CAD106是首款利用Qβ平台和Aβ蛋白的N末端开发出的VLP疫苗，其临床前试验表明，CAD106能有效清除淀粉样前体蛋白（APP）转基因小鼠的斑块。另外，研究人员利用免疫优化后的VLPs（CuMV_TT-VLPs）以及Aβ1-6蛋白所开发的针对AD的疫苗，在幼龄和老龄小鼠中表现出较高的免疫原性，且诱导的抗体能有效识别AD斑块，提示其兼具预防和治疗AD的潜力。还有研究通过截断乙肝核心抗原（HBc）并结合不同HIV及tau蛋白抗原组装成VLP，观察发现HBc-S-pTau422可改善转基因小鼠认知缺陷及神经病变。其他基于Qβ、HPV和逆转录病毒颗粒的候选疫苗也展现出强免疫原性和良好安全性。

帕金森症(PD)：PD会引起人运动障碍、认知障碍和进行性残疾，在60岁以上的人群中帕金森症患者约占1%。毒性α-突触核蛋白（a-syn）低聚物是PD治疗的一个重要靶点，通常认为中和a-syn低聚物可抑制大脑中低聚物和聚合物的扩散。研究人员尝试将α-syn C端短肽与Qβ VLPs载体结合制成疫苗，发现能在小鼠中诱导抗体，识别PD病理特征，但对转基因小鼠模型行为无影响，说明需进一步优化临床前模型。

6.癌症

人乳头瘤病毒（HPV）引起的癌症：预防性HPV疫苗针对病毒衣壳蛋白L1和L2产生体液反应，而HPV治疗性疫苗则主要负责消除癌前病变和持续的HPV感染。早期E蛋白（E6和E7）是转录因子，能推动感染细胞增殖，是治疗性疫苗的理想靶标。目前已经采取了多种不同的临床前方法来开发HPV治疗性疫苗，例如，研究人员通过生成包含主要衣壳蛋白L1和非结构性E7或E2，并融合到衣壳蛋白L2中的嵌合VLPs疫苗来诱导免疫反应。另有研究报道，将疫苗与抗CTLA-4检查点抑制剂或用于Treg耗竭的抗CD25结合使用，能够减少肿瘤负担并提高生存率。

乳腺癌：单克隆抗体是重要的抗肿瘤药物之一，而治疗性疫苗能够主动激发机体产生抗体，说明治疗性疫苗在肿瘤治疗的研究中具有非常大的潜力。有研究报道，将HER-2与VLP偶联可克服B细胞耐受，有效诱导抗HER-2抗体，抑制HER-2表达阳性小鼠的乳腺癌进展。在三阴性乳腺癌中，xCT蛋白过表达被作为靶点表位连接至MS2-VLPs，在建立的4T1小鼠模型中，该疫苗能够有效诱导特异性抗IgG2a反应，从而抑制肿瘤生长和转移。

黑色素瘤：一些临床前试验已经探索了使用VLPs作为针对黑色素瘤治疗性疫苗的疗效。CMP-001是一种由Qβ噬菌体衣壳蛋白组成的VLP，包裹CpG-A寡脱氧核苷酸，不含肿瘤抗原。CMP-001单药或联合PD-1抑制剂在晚期黑素瘤患者中耐受性良好，并能够逆转抗PD-1的耐药治疗，表现出持久且强烈的临床应答。另外，Qβ(G10)MelanA疫苗通过化学偶联方法开发，其Ⅰ/Ⅱ期研究数据表明了其对中晚期黑色素瘤患者有效。

三、商业化的VLPs疫苗及其发展历程

1.人乳头瘤病毒（HPV）疫苗

佳达修（Gardasil）是首个针对HPV的预防性疫苗，由默沙东开发，于2006年获美国FDA批准上市。Gardasil是一种包括HPV6型、11型、16型和18型的四价HPV疫苗，将编码主要衣壳蛋白L1的重组DNA转入酵母中，表达得到的重组蛋白L1自组装成VLP。Gardasil 9是在Gardasil的基础上新增了五种分型：31、33、45、52和58，并于2014年12月获美国FDA批准上市，随后于2018年在国内获批。2022年8月，Gardasil 9在国内获得扩龄，适用人群由初始的16-26岁拓展至9-45岁。希瑞适（Cervarix）是一款针对HPV16、18型的二价HPV疫苗，由GSK开发，分别于2007年和2017年在美国和国内批准上市，它基于昆虫-杆状病毒表达体系表达得到L1蛋白，在纯化工艺的最后组装形成VLP。馨可宁（Cecolin）是一款针对HPV1、16型的二价HPV疫苗，由厦门万泰沧海开发，2019年12月获NMPA批准，并于2020年5月正式在国内上市，2021年10月通过世界卫生组织（WHO）PQ认证（表3）。

表3 获批上市的基于VLP的HPV疫苗

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

2.乙型肝炎病毒（HBV）疫苗

HBV感染会使人们面临肝硬化和肝癌的风险。现有的疫苗对HBV的防护率可达98%至100%。

第一代HBV疫苗是从人类携带者中直接获取乙型肝炎表面抗原（HBsAg）而制成，但因生物安全问题于1986年被重组型HBsAg疫苗取代，后者利用重组DNA技术在酵母细胞和哺乳动物细胞中生产。第二代HBV重组疫苗使用酵母系统生产，基于HBsAg单体自组装成VLPs，这些VLPs具有高度免疫原性且安全，但使用单一抗原（HBsAg）疫苗的情况下，成年人需要多剂接种才能达到保护水平。第三代HBV疫苗PreHevBrio于2021年获得美国FDA批准上市，它能够表达三种HBV表面抗原（S、pre-S1、pre-S2），临床试验显示其在老年人和慢性病患者中具有高免疫原性。与单一抗原疫苗相比，接种三剂后，PreHevBrio在血清保护率上表现更优，安全性良好。表4和表5分别总结了部分上市的基于VLP的HBV疫苗以及第二代与第三代疫苗间的主要差异。

表4 部分获批上市的基于VLP的HBV疫苗

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

表5 第二代与第三代HBV疫苗的比较

（图片来源：Mohsen MO, et al, Cell Mol Immunol. 2022）

 

3.戊型肝炎病毒（HEV）疫苗

2012年，全球首款戊型肝炎病毒（HEV）预防性疫苗益可宁（Hecolin）获批，由厦门万泰沧海开发，使用大肠杆菌表达戊肝病毒结构蛋白P239，并自组装成VLPs。益可宁是全球唯一一款用于戊肝病毒预防的疫苗，在小鼠和恒河猴中具有高免疫原性，其在美国等地的全球性临床研究也正在开展中，以评估在高危人群中的安全性和有效性。

4.疟疾疫苗

RTS,S/AS01（Mosquiri）是全球首款获批的疟疾疫苗，也是针对疟疾红细胞前期最先进的疫苗，由GSK开发，其抗原为CSP（环孢子体蛋白）与HBsAg的融合蛋白，通过酿酒酵母表达，自组装成VLPs。该疫苗在Ⅲ期临床试验结果显示仅能实现部分保护，且存在安全问题。RTS,S/AS01嵌合颗粒包含过量未修饰的HBsAg亚基。而下一代疫苗RTS,S/AS01（R21）仅含CSP-HBsAg融合蛋白，因此R21在颗粒表面显示出更多的CSP表位，能在小鼠中诱导更强保护，目前该临床试验正在进行中。

总结

VLPs因其高免疫原性和安全性，成为疫苗设计的优选平台。自HBV疫苗研究开展以来，VLP技术已广泛应用于多种疫苗领域，并展现出作为展示平台的巨大潜力，不仅限于病原体抗原，还涉及自身分子和细胞因子。预计未来几年，将有更多基于VLPs的新产品面世，惠及人类和动物健康。