病毒样颗粒：一种用途广泛且有效的疫苗平台

2.1. VLP 疫苗的生产

在优化条件下，病毒样颗粒（VLPs）通常可以快速、高效且大量地生产[5]。细菌、昆虫、酵母、哺乳动物细胞或植物细胞表达系统均可用于生产 VLPs[5]。细菌表达系统能够高产目标蛋白，易于规模化生产且生产成本低[11]。该系统最适合生产由一到两种结构蛋白组成且无包膜的简单 VLPs[11]，约 30%的 VLPs 是在细菌表达系统中生产的[5]；然而，细菌表达系统的局限性在于无法对 VLP 蛋白进行翻译后糖基化或添加二硫键。由于添加糖基对于真核蛋白的正确折叠以及向免疫系统呈递抗原至关重要，因此这可能会降低细菌系统中生产的 VLPs 的稳定性和免疫原性[5,11,24]。此外，将 VLP 制剂中的细菌脂多糖内毒素水平维持在可接受的阈值以下，可能会增加细菌表达系统的复杂性和成本[25]。然而，一种经过基因改造的无内毒素大肠杆菌菌株（KPM335）已被开发出来，以最大限度地减少这一限制[26]。

酵母和昆虫细胞宿主表达系统均能生产与细菌相当的病毒样颗粒（VLP）蛋白；这两种系统均常用于生产市售的人类 HPV VLP 疫苗。酿酒酵母 （Saccharomyces cerevisiae） 和斜纹夜蛾 （Trichoplusia ni） 细胞系分别用于合成人乳头瘤病毒（HPV）疫苗 Gardasil 9®（默克公司）和 Cervarix®（葛兰素史克公司）[27]。酵母系统允许对 VLP 进行一些翻译后糖基化修饰，但这些修饰仅限于高甘露糖糖蛋白修饰，无法模拟哺乳动物细胞中产生的病毒蛋白的糖基化模式[11,28]。一些酵母表达系统还存在一个局限性，即需要裂解酵母细胞才能提取 VLP，这可能导致 VLP 变性和错误折叠[29]。基因改造的酵母菌株增强了蛋白质分泌途径的活性，从而可能减少酵母表达系统中细胞裂解的需求[30]。在昆虫细胞表达系统中生产病毒样颗粒（VLP）可以支持真核蛋白质的翻译后修饰[31]。然而，由于用于感染昆虫细胞并驱动目标病毒蛋白表达的包膜杆状病毒的污染，从昆虫细胞系中纯化 VLP 可能具有挑战性[11,27]。

与其他表达系统相比，哺乳动物细胞表达系统具有显著优势，因为它们能够促进重组蛋白复杂的翻译后修饰[11,27]。然而，它们通常生产成本高昂且病毒样颗粒（VLP）产量低；因此，它们通常用于生产上述表达系统无法合成的复杂 VLP 结构。例如，PreHevbrio®（VBI Vaccines [最初以 Sci-B-Vax 的名义获得许可]）乙型肝炎疫苗的三抗原配方，该疫苗在中国仓鼠卵巢细胞中生产[11,27]；或者 Vimkunya®（Bavarian Nordic），该疫苗使用人胚肾 293 细胞系生产，含有基孔肯雅病毒结构衣壳蛋白 E2 和 E1，这些蛋白能够自组装形成与基孔肯雅病毒颗粒结构高度相似的 VLP[32,33]。

近年来，人们开发了多种转基因植物细胞表达系统（例如拟南芥、马铃薯、番茄、大豆或烟草），这些系统能够生产重组病毒样颗粒（VLP）蛋白[6,11,27]。例如，Covifenz® VLP 疫苗（葛兰素史克/Medicago）中使用的 SARS-CoV-2 蛋白就是利用本氏烟草（ Nicotiana benthamiana） 合成的[34]。一般来说，植物表达系统成本低廉且易于规模化生产。然而，初始基础设施建设和实现高产量所需的时间和成本，以及转基因植物生长相关的生物安全问题和转基因扩散对非目标生物的潜在影响，都是潜在的障碍[35]；但分子农业技术（例如 CRISPR-Cas9 基因编辑）的进步有望改善前者[36]。此外，与细菌表达系统类似，植物表达系统也存在表达蛋白无法进行翻译后修饰的问题[27]。表 1 总结了用于生产 VLP 的表达系统的优点和局限性。

2.2. VLP 设计进展

图 2 总结了本综述中讨论的 VLP 疫苗获批的时间线。早期用于预防乙型肝炎的 VLP 疫苗旨在呈递乙型肝炎表面抗原（HBsAg）。首个乙型肝炎疫苗 Heptavax-B®（默克公司）使用血浆来源的 HBsAg，并于 1981 年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，但此后已停产[37]。随后，利用重组表达系统生产 HBsAg 的乙型肝炎 VLP 疫苗相继问世，Recombivax HB®（默克公司）于 1986 年上市[6,16,38]，随后 Engerix-B®（葛兰素史克公司）于 1989 年获批[6,38]。近年来，多价疫苗的研发使得疫苗能够呈递多种抗原。已获批准的 HPV 病毒样颗粒（VLP）疫苗就是一个很好的例子，其中二价疫苗 Cervarix、四价疫苗 Gardasil 和九价疫苗 Gardasil 9 分别可预防多种 HPV 病毒类型[16,39,40]。多价疫苗的优势在于其能够拓宽免疫反应范围，提供更全面的保护，这对于遗传多样性高和/或突变速度快的病原体（例如 HPV 和严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2)）尤为重要[5]。

3.1 乙型肝炎

自 1986 年和 1989 年分别获批以来，多项研究表明，重组病毒样颗粒（VLP）乙肝疫苗 Recombivax HB 和 Engerix-B 具有很高的有效性。这两种疫苗均包含乙肝表面抗原（HBsAg）和氢氧化铝佐剂[6]。研究表明，两种疫苗的三剂接种方案均可为婴幼儿、儿童、青少年和成人提供接近 100%的乙肝保护率[41,43]。同样，长期随访研究报告显示，接种 Recombivax HB 或 Engerix-B 疫苗 30 年后，体内仍存在乙肝病毒（HBV）抗体[42]，且在免疫接种数十年后仍存在 HBV 特异性免疫记忆和回忆性免疫反应[65,66]。

尽管这两种疫苗都取得了成功，但它们在特定人群中仍受限于 6 个月内需接种三剂的方案，这可能导致接种依从性差，并给需要快速获得保护但无法参与加速疫苗接种计划的旅行者带来问题。此外，这两种疫苗在老年人群中的血清保护率均有所降低，40 岁及以上成年人中，Recombivax-HB 的血清保护率为 89%，Engerix 为 73%至 80%[41,67]。

为了改善成人接种方案和提高疫苗有效性，另外两种病毒样颗粒（VLP）疫苗——Heplisav-B®（Dynavax 公司）和 PreHevbrio®（VBI Vaccines 公司）——已被研发出来[37]。Heplisav-B 包含乙型肝炎表面抗原（HBsAg），并添加了 Toll 样受体 9 介导的免疫刺激序列佐剂。据推测，与氢氧化铝相比，该佐剂能够诱导更强的免疫反应，并允许在短短 4 周内完成两剂接种[44]。一项纳入 2415 名 18 至 55 岁健康成人的随机试验将该两剂接种方案与 Engerix-B 进行了比较，结果发现，接种后 28 周，Heplisav-B 的血清保护率显著高于 Engerix-B（95.1% vs. 81.1%）[44]。值得注意的是，血清保护出现的时间存在显著差异：接种 Heplisav-B 疫苗的参与者中，88.5%在 8 周时达到血清保护，而接种 Engerix-B 疫苗的参与者中，仅有约四分之一（26.4%）达到血清保护[44]。此外，40-55 岁成年人的血清保护率也很高（96.9%），表明 Heplisav-B 可以提高老年人对乙型肝炎的保护率[44]。重要的是，一项回顾性研究分析了美国成年人（ n = 356,826）长达 10 年的疫苗接种率，结果显示，Heplisav-B 的两剂接种方案提高了患者的依从性，其依从性（32.2%）比三剂接种方案疫苗（Recombivax HB 和 Engerix-B；14.3%）提高了两倍以上[68]。

PreHevbrio 疫苗的研发目的是包含乙型肝炎病毒（HBV）的 pre-S1 和 pre-S2 抗原颗粒以及 HBsAg。这种三抗原设计预计能够增强免疫反应，优于 Recombivax HB 和 Engerix-B 等单抗原疫苗，因为 pre-S1 和 pre-S2 抗原上表达了高免疫原性的 T 细胞和 B 细胞表位[46]。一项名为 PROTECT 的双盲、3 期、随机对照试验比较了 PreHevbrio 和 Engerix-B 在三个年龄组（18-44 岁、45-64 岁和≥65 岁）中的免疫原性和安全性[46]。在第 196 天，PreHevbrio 的血清保护率在所有三个年龄组中均显著高于 En​​gerix-B（99.2% 对 91.1%；94.8% 对 80.1%；83.6% 对 64.7%）[46]。

总体而言，上述乙肝疫苗的安全性被认为是可以接受的，最常见的不良反应为轻微的注射部位疼痛和/或全身反应，例如疲劳、腹泻、发热、头痛或肌痛（见表 2 ）[41-44,46]。此外，乙肝疫苗接种计划对慢性感染相关疾病（例如肝细胞癌）产生了显著影响。泰国全民乙肝疫苗接种计划的长期随访研究很好地说明了这一点，该研究表明，乙肝疫苗接种与肝细胞癌发病率的显著降低相关[69]。

3.2. 人乳头瘤病毒

由于大约有 15 种高危黏膜型 HPV 与宫颈癌、生殖器癌和头颈癌相关[70]，疫苗研发的重点在于设计靶向多种 HPV 类型的多价病毒样颗粒（VLP）[71]。加卫苗（Gardasil）和卡维瑞克斯（Cervarix）是首批获批的 HPV VLP 疫苗[16,39,40]。卡维瑞克斯含有针对 HPV 16 型和 18 型的主要衣壳蛋白 L1 表位，已知这两种病毒可导致约 70%的宫颈癌[71]，以及由氢氧化铝和单磷酰脂质 A（MPL）组成的佐剂 AS04[72]。一项纳入 18,644 名女性的 3 期双盲随机对照试验报告称，卡维瑞克斯在预防 HPV 16 或 HPV 18 感染相关的宫颈上皮内病变方面有效率达 90.4%[50]。

Gardasil 的研发扩展了其保护范围，使其能够额外预防生殖器疣。除了 HPV 16 型和 18 型外，Gardasil 还含有 HPV6 型和 HPV11 型的主要衣壳蛋白 L1 表位，据报道，这两种病毒加在一起可导致约 90% 的生殖器疣 [6]，此外还含有羟基磷酸铝硫酸盐作为佐剂 [73]。两项 3 期随机双盲试验报告称，Gardasil 在预防 2 级或 3 级宫颈上皮内瘤变、 原位腺癌或与 HPV-16 或 HPV-18 感染相关的宫颈癌方面有效率达 98% [51]； 100% 的疫苗可预防生殖器疣、外阴或阴道上皮内瘤变或癌症的发生，以及宫颈上皮内瘤变、 原位腺癌或与 HPV 6、11、16 或 18 型相关的癌症的发生 [52]。长期随访研究表明，两种疫苗的免疫反应可持续 10 年以上 [53,54]。

由于 Cervarix 和 Gardasil 对 HPV16 和 18 的保护作用仅能预防约 70% 的宫颈癌 [71]，因此开发了九价疫苗 Gardasil 9，以扩大对 HPV31、33、45、52 和 58 引起的癌症的保护范围；因此，可预防约 90% 的宫颈癌 [71,74]。在一项纳入 14,215 名 16 至 26 岁女性的活性对照、双盲、随机临床试验中，接种 Gardasil 9 的患者中，与 HPV-31、33、45、52 和 58 相关的高级别宫颈、外阴或阴道疾病的发生率为每千人年 0.1 例，而接种 Gardasil 的患者中，该发生率为每千人年 1.6 例 [55]。 Gardasil 9 预防 HPV-31、33、45、52 和 58 相关癌症的疗效为 96.7% [55]，3 期试验的长期扩展报告显示，10 年疗效 ≥ 95%，且长达 11 年未出现 HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58 相关的高级别上皮内瘤变或尖锐湿疣病例 [56]。

Cervarix、Gardasil 和 Gardasil 9 的安全性均可接受。最常见的不良反应通常局限于注射部位（例如红斑、疼痛、瘙痒或肿胀），或为轻微的全身性反应，例如发热、头痛、高热、恶心、头晕或疲劳（见表 2 ）[50-56]。此外，剂量减少研究的证据表明，单剂或两剂方案即可提供针对 HPV 感染的保护[75-77]，这促使一些国家，例如英国和澳大利亚，将原有的三剂免疫接种方案简化为单剂或两剂，尤其针对青少年患者[78,79]。

作为国家疫苗接种计划的一部分，针对 HPV 的病毒样颗粒（VLP）疫苗的持续研发和改进可能显著降低了宫颈癌的发病率。一项对 2006 年至 2020 年间英国 HPV 疫苗接种计划的分析估计，HPV 疫苗接种预防了 687 例宫颈癌和 23192 例宫颈上皮内瘤变[80]。此外，疫苗接种模型表明，有效的全球 HPV 疫苗接种计划在未来 100 年内可预防 6100 万例宫颈癌[81]。

3.3 疟疾

VLP 疫苗 Mosquirix®（葛兰素史克公司）的研发，充分展现了 VLP 如何为开发基于表位的疫苗提供平台，而这些表位作为独立疫苗时并未显示出临床疗效。Mosquirix 的抗原靶点——环子孢子蛋白（CSP）表位，最初于 20 世纪 80 年代被发现，但当时的临床试验表明其免疫原性欠佳[82]。大约 20 年后，一种 VLP 疫苗（RTS,S）被研发出来，该疫苗将 CSP 的中央区和 C 端区与 HBsAg 的 N 端融合，作为病毒样颗粒的骨架[83]。

由此产生的病毒样颗粒（VLP）在乙型肝炎表面抗原（HBsAg）上展示 CSP 抗原，从而增强抗原向免疫系统（尤其是 B 细胞）的呈递[83]。Mosquirix 将 RTS,S 与佐剂 AS01 结合使用，AS01 由脂质体、MPL 和来自皂树皮提取物的皂苷 QS-21 组成，研究表明，在受控的人类疟疾感染研究中，该佐剂可提高 RTS,S 的免疫原性[84]。一项在撒哈拉以南非洲 7 个国家开展的 Mosquirix III 期双盲随机对照试验，测试了其预防 5-17 个月龄儿童（ n =8992）和 6-12 周龄婴儿（ n =6537）临床疟疾的疗效[57,85]。参与者分别于第 0、1 和 2 个月接种疫苗，随后于第 20 个月接种第四剂（加强剂），疫苗为 Mosquirix 或对照疫苗（婴儿接种脑膜炎球菌疫苗，儿童接种狂犬病疫苗）[57]。与对照疫苗相比，在接种第三剂疫苗后 18 个月（即加强剂接种前），Mosquirix 在婴儿组中的有效率为 27%，在儿童组中的有效率为 46%[85]。在第 20 个月接种加强剂后，经过 48 个月的中位随访期，婴儿组的有效率为 25.9%，儿童组的有效率为 36.3%[57]。然而，研究表明 Mosquirix 的有效率会随时间显著下降，一项对接种三剂 Mosquirix 的儿童进行的 7 年随访研究报告称，其有效率低至 4.4%[58]。

Mosquirix 疫苗疗效一般的一个可能解释是其嵌合设计，其中 CSP 抗原仅表达于约 20%的 HBsAg 亚单位上[59]。因此，一种新型疫苗 R21/Matrix-M™（牛津大学/Novavax 公司）近期研发成功，并已获得世界卫生组织疟疾政策咨询小组的批准[86]，该疫苗的所有 HBsAg 均表达 CSP 抗原[59]。一项针对 5-36 个月龄儿童（ n =4878）的双盲随机 3 期临床试验，测试了间隔 4 周接种三剂 R21/Matrix-M 疫苗，并在第三剂接种后 12 个月进行加强免疫，以评估其预防临床疟疾的疗效[59]。结果显示，在常年疟疾流行地区，该疫苗一年后的有效率达 68%；在季节性疟疾流行地区，有效率达 75%[59]。

Mosquirix 和 R21/Matrix-M 的安全性均可接受，报告的不良事件大多较轻微（表 2 ）；然而，两种疫苗均有罕见的热性惊厥发生率报告，Mosquirix 还与脑膜炎风险增加有关 [58,59,85]，3 期试验报告称，5-17 个月龄接种 Mosquirix 的儿童脑膜炎发生率为 0.2%，而接种对照疫苗的儿童脑膜炎发生率为 0.0% [85]。

3.4. 新冠肺炎

Covifenz®（葛兰素史克/Medicago）是一种用于预防 SARS-CoV-2 病毒感染的病毒样颗粒（VLP）疫苗。尽管该疫苗于 2022 年在加拿大获准使用，但其上市许可持有人随后于 2023 年撤销了该疫苗的授权[87]。尽管如此，该疫苗仍代表了一种 VLP 疫苗如何利用新型表达系统实现疫苗生产的快速规模化[88]。Covifenz 以本氏烟草 （Nicotiana benthamiana） 为表达系统，合成重组 SARS-CoV-2 S 蛋白，该蛋白可三聚化并自发形成 VLP，VLP 从植物细胞膜出芽[89]，随后与佐剂 AS03 结合[34]。一项 3 期随机、安慰剂对照试验表明，Covifenz 对中重度 COVID-19 的有效率为 78.8%，对任何症状的 COVID-19 的有效率为 69.5%[34]。该试验还报告了良好的安全性，不良事件大多为短暂且性质轻微/中度（例如发热、头痛、肌痛；见表 2 ）[34]。有关用于预防 COVID-19 的 VLP 疫苗临床开发的更多信息，我们建议读者参阅 Dhawan 等人最近的综述[90]。

3.5. 基孔肯雅热

用于预防基孔肯雅热的 Vimkunya 疫苗近期已完成 3 期临床试验[32]，并于 2025 年 2 月获得美国 FDA 批准，可用于 12 岁及以上人群[91]。Vimkunya 是一种氢氧化铝佐剂的基孔肯雅病毒样颗粒（VLP）疫苗，含有重组基孔肯雅病毒衣壳蛋白、E2 蛋白和 E1 蛋白[32]。这些结构蛋白能够自组装成与野生型基孔肯雅病毒相似的病毒颗粒[33]；由此产生的 VLP 被认为能够有效地附着、进入并融合到宿主细胞中，从而诱导与野生型基孔肯雅病毒颗粒相似的抗体反应[32]。两项 3 期临床试验研究了单次注射 Vimkunya 疫苗的血清反应率和安全性（表 2 ）[60-64]。第一项研究表明，Vimkunya 疫苗在 12 岁至 65 岁人群中，接种后两周、三周和六个月分别可诱导 97%、98%和 86%的个体产生保护性血清反应[63]。第二项研究调查了 65 岁及以上成年人的血清反应，发现其发生率较低（两周时为 82%，三周时为 87%，六个月时为 76%）[64]。该疫苗的安全性与其他 VLP 疫苗非常相似，最常见的不良反应包括注射部位疼痛、肌痛、疲劳和头痛[63,64]。除获得美国 FDA 批准外，欧洲药品管理局人用药品委员会也建议欧盟批准 Vimkunya 疫苗上市[92]。