酵母发酵制备三价脊髓灰质炎病毒样颗粒疫苗：迈向无脊髓灰质炎世界的新希望

《npj Vaccines》：Production of an immunogenic trivalent poliovirus virus-like particle vaccine candidate in yeast using controlled fermentation

当前脊髓灰质炎（PV）疫苗在使用中存在病毒逃逸、毒力返强等安全隐患。研究人员开展了利用毕赤酵母（Pichia pastoris）控制发酵生产 PV 病毒样颗粒（VLPs）的研究。结果显示，酵母产生的 VLPs 有潜力成为下一代脊髓灰质炎疫苗，或可实现剂量节省。

　　脊髓灰质炎（Poliovirus，PV）是引发脊髓灰质炎的病原体，这是一种极具传染性的疾病，严重时可导致瘫痪甚至危及生命。自 1988 年全球脊髓灰质炎根除倡议（Global Polio Eradication Initiative，GPEI）启动以来，全球范围内瘫痪型脊髓灰质炎病例数量大幅减少，这主要归功于口服脊髓灰质炎减毒活疫苗（Oral Poliovirus Vaccine，OPV）和脊髓灰质炎灭活疫苗（Inactivated Poliovirus Vaccine，IPV）的广泛应用。然而，随着我们朝着 “无脊髓灰质炎” 世界迈进，这两种疫苗的持续使用引发了生物安全方面的担忧。

OPV 中的减毒病毒有可能恢复毒力，导致疫苗相关麻痹型脊髓灰质炎（Vaccine-Associated Paralytic Poliomyelitis，VAPP），并且在疫苗覆盖率低的地区，还可能引发循环疫苗衍生脊髓灰质炎病毒（Circulating Vaccine-Derived Poliovirus，cVDPV）的传播。目前，全球 cVDPV 病例数量已超过野生型 PV 病例。此外，OPV 还可能在共同感染时与其他 PV 或脊髓灰质炎样肠道病毒重组，产生新的神经毒力嵌合病毒。而 IPV 虽能有效预防疾病，但无法诱导黏膜免疫，不能阻止 PV 传播，且在生产过程中需要培养大量感染性病毒，存在潜在的生物安全风险。

为了解决这些问题，来自英国利兹大学（University of Leeds）、牛津大学（University of Oxford）等机构的研究人员开展了相关研究，致力于开发一种更安全有效的脊髓灰质炎疫苗。该研究成果发表在《npj Vaccines》上。

研究人员采用的关键技术方法包括：利用毕赤酵母作为表达系统，通过控制发酵条件生产重组稳定的病毒样颗粒（recombinant stabilised virus-like particles，rsVLPs）；运用冷冻电镜（cryo-EM）技术对 VLPs 进行结构分析；通过酶联免疫吸附试验（ELISA）检测抗原含量；在大鼠模型中评估 VLPs 的免疫原性。

研究结果如下：

1. PV rsVLPs 的生物反应器生产：研究人员探索了利用生物反应器大规模生产 PV rsVLPs 的可行性。通过在小型 250mL 生物反应器中测试不同的培养基、温度和进料条件对 D 抗原（D Ag）产量的影响，发现连续进料的 YPD/M 培养基在 28°C 时，各血清型的 VLPs 产量和质量最佳。在 10L 发酵规模下，各血清型均能产生高水平的 D Ag，且生物反应器生产的 VLPs 产量相较于摇瓶表达有显著提高，同时未受到酵母源颗粒的污染。
2. PV2 稳定突变体 SC5a 对 VLP 产量的影响：由于 PV2-SC6b 的产量低于 PV1-SC6b 和 PV3-SC8，研究人员对另一种 PV2 稳定突变体 SC5a 进行了研究。结果表明，PV2-SC5a 在摇瓶和生物反应器表达系统中均能产生更高产量的 D Ag，且热稳定性优于 PV2-SC6b 和当前的 IPV 疫苗。
3. PV2-SC6b 和 PV2-SC5a VLPs 的冷冻电镜结构分析：通过单颗粒冷冻电镜技术对生物反应器生产的 PV2-SC6b 和 PV2-SC5a VLPs 进行结构分析，结果显示两种 VLPs 均采用天然抗原（D Ag）构象，与天然病毒颗粒在整体特征上基本相同，且在衣壳原聚体中含有长度与哺乳动物和昆虫细胞表达的 PV2-SC6b 中建模的鞘氨醇一致的脂质部分。
4. 生物反应器衍生的 PV2-SC5a VLPs 在大鼠模型中的免疫原性：在大鼠模型中评估 PV2-SC5a VLPs 的免疫原性，结果表明在佐剂存在的情况下，PV2-SC5a VLPs 的免疫原性至少与 IPV 相当，且在较低剂量下也能诱导产生与 IPV 相当的中和抗体滴度。
5. 三价免疫诱导针对所有三种血清型的中和抗体：研究人员对生物反应器衍生的 rsVLPs 进行三价免疫试验，结果显示在佐剂存在的情况下，三价免疫产生的免疫原性与 IPV 相当，且在较低剂量下也能诱导产生高水平的中和抗体，表明这些酵母衍生的 VLPs 具有剂量节省的潜力。

研究结论和讨论部分指出，酵母衍生的 rsVLPs 适合使用简单且经济有效的培养基通过发酵生产，具备成为可行的下一代脊髓灰质炎疫苗的潜力。在佐剂存在的情况下，三价免疫使用这些 VLPs 可能实现剂量节省，进一步降低未来疫苗的成本。此外，毕赤酵母重组表达系统可利用中低收入国家（LMICs）已有的疫苗生产基础设施，为全球生产下一代脊髓灰质炎疫苗提供了一个优秀的候选方案。这一研究成果为脊髓灰质炎的防控提供了新的方向和希望，有望推动全球脊髓灰质炎根除计划的最终实现。