Strategies for the Modification of Vaccinia Virus towards a Better Vaccine Vector
痘苗病毒作为疫苗载体的优化策略获突破性综述进展
作者：Hao Sun , Xinwen Chen , Yun Wang
近期，中国科学院武汉病毒研究所 Xinwen Chen 和 Yun Wang 教授团队在《 Zoonoses 》发表题为《 Strategies for the Modification of Vaccinia Virus towards a Better Vaccine Vector 》的综述论文，系统解析了痘苗病毒（ VACV ）作为疫苗载体的遗传改造策略。研究指出，通过靶向调控胞外包膜病毒的形成、免疫调节因子及宿主范围基因，可显著提升 VACV 载体的安全性与免疫原性，为应对猴痘（ Monkeypox ）等新发人兽共患病提供关键技术支撑。
痘苗病毒的生物学特性与历史使命
痘苗病毒作为痘病毒科正痘病毒属的代表，具有一条约190 kb的线状双链DNA基因组，可编码约250种蛋白质。其独特的胞质内复制特性规避了宿主细胞核的基因整合风险，使其成为理想的疫苗载体表达平台。自18世纪末詹纳首次使用牛痘病毒预防天花以来，VACV在根除天花的历史战役中发挥了核心作用。尽管全球天花于1980年宣告消灭，但猴痘病毒（Monkeypox virus，MPXV）的跨国传播及天花病毒潜在的生物安全威胁，持续推动着VACV载体技术的革新。
四代天花疫苗演进：从经验主义到精准设计
第一代疫苗（FGSVs）以活体动物皮肤培养生产，包括纽约NYCBH（New York City Board of Health)株、李斯特株及中国天坛株，虽有效控制天花流行，但存在批次质量不稳定和严重不良反应风险。第二代疫苗 采用细胞培养技术（如ACAM2000）生产，提升了产品的一致性，但仍可能诱发接种部位感染和心肌炎。第三代疫苗 通过异源宿主传代实现自然衰减。如改良安卡拉株（MVA）经鸡胚成纤维细胞连续传代后缺失15%的基因组（包括干扰素抑制基因），丧失在人体内的复制能力；日本LC16m8株因B5R基因移码突变导致胞外包膜病毒（EV）形成障碍；俄罗斯DIs株则缺失15.4 kb宿主范围基因片段（含K1L/C7L）。第四代疫苗 采用基因工程精准编辑。如纽约株（NYVAC）删除18个与宿主范围和毒力因子相关开放阅读框（ORFs），包括宿主范围基因簇（C7L-K1L）和胸苷激酶（J2R）；哥本哈根载体（SCV）通过删除病毒组装基因D13L实现复制缺陷，但需在表达D13的CHO细胞中增殖；中国非复制型天坛株（NTV）缺失21 kb毒力区域，在人体细胞中仅能启动早期复制。
关键改造靶点：三重调控路径
1. 胞外包膜病毒形成通路
B5R和F13L基因编码的膜糖蛋白是EV组装的分子枢纽。F13L编码的p37蛋白在半胱氨酸185/186位点棕榈酰化修饰后，能够介导病毒粒子在反式高尔基体/内吞体获得双层膜。ST-246小分子药物通过阻断p37与宿主Rab9/TIP47蛋白互作，能够有效抑制EV释放。动物实验表明，F13L基因缺失病毒株的扩散能力降低百倍，成为安全的新型活疫苗候选毒株。而B5R基因缺失虽降低EV产量，但其保守重复序列的修饰可意外增强EV释放效率。
2. 免疫逃逸与毒力网络
VACV编码的免疫调节蛋白构成复杂防御体系。E3L蛋白通过结合双链RNA，抑制PKR激酶活性和RNase L通路激活；N1L蛋白能够阻断NF-κB和IRF3通路的激活，并抑制细胞凋亡；A46/A52/B15/K7蛋白靶向Toll样受体介导的信号级联反应。研究表明，联合缺失N1L、C6L和K7L基因的小鼠模型毒力显著降低且免疫原性增强。此外，补体调控蛋白（C3L）、IFN-γ受体类似物（B8R）及血凝素（A56R）的缺失均能降低病毒致病性。值得注意的是，这些免疫调节基因在MPXV、VARV等正痘病毒中高度保守（同源性>85%），为广谱疫苗设计提供靶点。
3. 宿主范围基因工程
宿主范围基因决定病毒跨物种感染能力。C7L通过抑制eIF2α磷酸化拮抗宿主抗病毒反应；K1L阻断NF-κB活化途径；K3L作为PKR激酶假性底物；C16L/B22R则促进核心蛋白A3加工以增强病毒粒子组装。天坛株衍生疫苗MVTT2-GFP因缺失K1L/K2L/M1L/M2L基因簇，在HeLa等细胞中复制受限，在小鼠脑内接种时毒力降低340倍。研究证实，在MVA中恢复C16L/B22R功能可显著提升其在人源细胞中的复制效率。
新兴应用与未来挑战
在COVID-19防控中，表达SARS-CoV-2全长刺突蛋白的MVA载体疫苗（如MVA-CoV2-S）在小鼠和非人灵长类动物中可诱导持续6-8个月的体液与细胞免疫应答。针对HIV的MVA-B疫苗通过删除A40R基因后增强了免疫原性，且HIV阳性患者临床试验显示良好安全性。然而，预存免疫（如既往天花疫苗接种）可能削弱载体效果，需开发异源初免-加强策略。
合成生物学技术正突破传统载体局限：诺伊斯团队通过化学合成DNA片段重建马痘病毒；中国学者构建了D13L缺陷的SCV载体，其单剂鼻腔接种即可在仓鼠体内激发全面免疫保护。未来研究需平衡三大方向：建立高产量细胞培养系统（如改造EV/MV粒子释放比例）、开发适用于免疫缺陷人群的长期安全性评价体系，以及探索新型递送途径（如口服缓释制剂、干粉吸入剂）。
结论
痘苗病毒载体的迭代升级体现了从经验衰减到理性设计的范式转变。通过多基因协同调控宿主范围、毒力因子和免疫逃逸机制，新一代VACV载体在保障安全性的同时，可为应对猴痘等新发人兽共患病及生物安全威胁提供可扩展平台。随着合成生物学与递送技术的融合，表达多抗原的“即用型”VACV载体有望成为未来疫苗研发的核心引擎。
感谢安徽科技学院张留君对这篇中文述评的校对。
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引用信息
Citation:
Sun H, Chen XW, Wang Y. Strategies for the modification of vaccinia virus towards a better vaccine vector. Zoonoses. 2025, 5(1): 6. DOI: 10.15212/ZOONOSES-2024-0044返回搜狐，查看更多
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