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这篇综述聚焦修饰 NS1 基因的甲型流感减毒活病毒(LAIV)。详细阐述了流感病毒 NS 基因及其编码产物的功能,总结了基于 NS 基因的 LAIV 研究进展,还探讨其作为疫苗载体及溶瘤病毒的潜力,为流感防治和相关疾病治疗提供新思路。
流感与流感疫苗
流感是由流感病毒(FluV)引起的急性呼吸道传染病,传播迅速且传染性强。目前,接种流感疫苗是预防流感的有效策略,能降低重症风险和死亡率。与传统灭活疫苗相比,减毒活疫苗(LAIV)有独特优势,如可模拟自然感染、诱导多种免疫反应、交叉保护变异株,且生产快速 。但 LAIV 的安全性和有效性存在担忧,研发更安全有效的 LAIV 是流感疫苗发展的关键方向。
流感病毒 NS 基因及其编码产物
流感病毒基因组含八个负链 RNA 片段,其中 NS 基因编码非结构蛋白 1(NS1)和核输出蛋白(NEP,即 NS2)。NS1 蛋白含 230 个氨基酸,有 RNA 结合域(RBD)和效应域(ED)等多个功能域。它能通过多种机制对抗宿主细胞抗病毒反应,如激活磷脂酰肌醇 3 - 激酶(PI3K)/ 蛋白激酶 B(AKT)信号通路、抑制维甲酸诱导基因 I(RIG - I)等。NS1 蛋白还存在多种翻译后修饰,影响其功能和病毒复制。NEP 蛋白主要调节病毒核糖核蛋白(vRNPs)的核输出。NS 基因在病毒复制和免疫逃逸中起关键作用,是 LAIV 研发的重要靶点。
基于 NS 基因的减毒活疫苗
- 基于 NS 基因点突变的 LAIV:运用反向遗传学技术在 FluV 基因组引入突变,可产生冷适应、温度敏感或复制缺陷的减毒表型。如在 NS1 蛋白中发现新磷酸化位点丝氨酸 80(T80),T80E 突变可减弱病毒复制;MFPT 处理 FluV 诱导的 P164S 突变,影响 vRNPs 核输出,使病毒减毒。
- 基于 NS 基因不同程度截断的 LAIV:截断 NS1 蛋白使其部分或完全丧失功能,可获得减毒菌株作为 LAIV 候选株。如表达 NS1 蛋白前 126 个氨基酸的病毒可在老年小鼠中诱导免疫反应;NS1 截断的 H3N2 猪流感疫苗对多种 H3N2 猪流感病毒有部分交叉保护作用。
- 基于 NS 基因重组的 LAIV:以 PR8 病毒株内部基因为骨干进行 NS 基因重组,可产生具有良好复制能力和免疫原性的重组病毒。如 Kim 等构建的重组病毒,其 NS 基因来自 H9N2,在小鼠肺部高效复制且无明显体重减轻;Nogales 等利用 PTV - 1 2A 分离 M 和 NS 基因,重组病毒在特定温度下复制效率改变且体内减毒。
- 基于 NS 基因密码子去优化的 LAIV:密码子去优化通过使用稀有密码子,在不改变蛋白质氨基酸组成的情况下减弱病毒毒力。如对 PR8 病毒 NS2 基因部分区域进行密码子去优化,得到的病毒在细胞中复制能力显著降低,且在小鼠中无致病性。
- 基于不匹配 NS1 蛋白的 LAIV:不同菌株的 NS1 基因调节宿主抗病毒反应能力不同,筛选含有不匹配 NS1 基因的菌株,可获得体内复制能力降低但免疫原性保留的 LAIV。
基于 NS 基因的减毒活病毒作为疫苗载体
流感病毒可作为基因递送载体,NS1 基因修饰对病毒生命周期影响小,能容纳较大外源片段。重组流感病毒可插入其他病原体关键抗原基因,如将呼吸道合胞病毒(RSV)的 F 和 G 蛋白表位插入 PR8 病毒 NS1 基因,构建的 rFlu/RSV/F + G 对流感病毒和 RSV 有保护作用;将结核分枝杆菌分泌抗原靶蛋白插入 NS 片段的重组病毒,可保护小鼠和豚鼠免受结核分枝杆菌攻击;NS1 缺失的流感病毒载体鼻内接种可对 SARS - CoV - 2 变异株提供广谱保护。
工程化溶瘤流感病毒
流感病毒可作为溶瘤病毒,直接裂解肿瘤细胞并激活免疫系统。NS1 蛋白部分缺失的流感病毒在肿瘤细胞中特异性复制,对正常细胞影响小。如 NS1 截断的流感病毒可在干扰素缺陷的肿瘤细胞中复制;NS1 缺失的流感病毒可激活免疫细胞,导致肿瘤细胞裂解。还可对溶瘤流感病毒进行改造,如插入 IL - 15 基因或 GM - CSF 编码序列,增强其免疫刺激特性,抑制肿瘤生长。
基于修饰 NS1 的 FluV 的减毒活疫苗和病毒载体的机遇、安全性与挑战
多项研究表明,部分截断或缺失 NS1 蛋白的重组流感病毒在多种物种中具有免疫原性和保护效力,含 NS1 缺陷型流感病毒株的三价疫苗在临床试验中耐受性良好且能诱导抗体反应。但利用此类病毒作为 LAIV 或基因治疗载体存在挑战,如在干扰素完整细胞中病毒复制能力低,可通过使用干扰素缺陷的 Vero 细胞或对 M 基因进行突变解决;LAIV 在不同人群中的复制效率不同,且存在毒力返强风险,需研究新策略降低风险。
结论
全球流感流行对公共卫生构成重大威胁,LAIV 是有前景的流感疫苗策略,但存在问题,如反向突变、抗体依赖性增强病毒感染性等。除反向遗传学技术改造 FluV 基因组外,添加合适佐剂可提高 LAIV 安全性和有效性。减毒后的 FluV 可作为基因治疗和其他疫苗的载体,具有操作简单、无基因整合风险、可被机体清除、可重复使用等优势,未来应优化其构建策略,开发更安全有效的产品。