第34卷第2期 病毒学报 2018年3月 CHINESE JOURNAL OF VIROLOGY March 2018 人乳头瘤病毒样颗粒组装研究进展 史晶洁,宋硕1,王大宁2,李智海1,夏宁邵12,李少伟1,2 (1.厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心生命科学学院,厦门361102 2.厦门大学分子疫苗学与分子诊断学国家重点实验室公共卫生学院,厦门361102) 摘要:病毒样颗粒( Virus- like particles,VLPs)作为一种形态结构与真病毒高度相似的空心颗粒,具有真病毒类似 特性,在机体内能刺激免疫系统产生高滴度的中和抗体,又因为其缺乏核酸无法复制,近年来一直被作为理想的候 选疫苗蛋白。目前上市的三种人类乳头瘤病毒( Human papillomavirus,HPV)疫苗都是属于基因工程VLP疫苗 对于HPⅤⅥLP组装的研究能够更好的为疫苗研发方面提供更多的优化手段。该文旨在总结这十几年人乳头瘤 病毒ⅥLP组装的研究进展,为HPⅤ以及其它病毒的基因工程疫苗研发提供更多有价值的信息,为人类健康作出 贡献 关键词:人乳头瘤病毒(HPV);主要衣壳蛋白L1;病毒样颗粒(VLPs);疫苗;组装 中图分类号:R3739文献标识码:A文章编号:1000-8721(2018)02-0252-07 DOI: 10.13242/j cnki. bingduxuebao. 003329 全球每年新发癌症病例中5%是由人乳头瘤病LCR)。晚期基因区(L区)长度3000bp左右,编码 毒引发的癌症(包括女性宫颈癌、阴道癌、男性阴茎2个病毒衣壳蛋白,即病毒主要衣壳蛋白L1和次要 癌等),其中宫颈癌病例占据女性恶性肿瘤疾病第二衣壳蛋白L2。其中基因长约1.5kb的L1衣壳蛋白 位。据WHO世界卫生组织2012年癌症数据统计,是HPV衣壳蛋白的主要成份,蛋白表观分子量为 全球每年宫颈癌新生病例达528万,且每年死亡病50~60kD,占病毒衣壳蛋白总量的80%~90% 例高达266万。我国每年有近10万名女性被两种蛋白共同构成病毒的衣壳结构,与病毒入胞密 诊断出宫颈癌,且发病越来越趋于年轻化,其中切相关 99.7%都是由于HPV感染所引起的,所以,HPV 1991年 Frazer等人发现,HPV的L1蛋白可以 的研究刻不容缓。 在体外培养表达。该蛋白在一定条件下可以自发组 人类乳头瘤病毒属乳头瘤病毒科(papoτaτiri 装为与病毒颗粒结构高度一致的VLP。其由72个 dac)乳头瘤病毒属。乳头瘤病毒能感染人和多种高壳粒以T=7的二十面体形式组装而成。且每个壳 级脊椎动物如兔、牛、狗等的皮肤粘膜,诱导产生上粒都是由5个主要衣壳蛋白L1单体聚合形成五聚 皮组织的疣状增生乃至良恶性肿瘤。但由于乳头瘤体。另外, Chen X S等人在2001年解析出 病毒的感染具有严格的宿主特异性,传统的病毒学 HPV16L1T=1的三维结构,表明HPVL1在 研究难以开展。直到19世纪70年代基因测序技术 定条件下也可组装成12个壳粒的T=1的二十面 的发展,它们与各种粘膜疾病的关系才被研究清楚 体的“小VLP”。随后2010年 Wolf m等人解析 HPV基因组由闭合环状双链DNA分子构成 了 BPV VLP T=7的三维结构,揭示了L1蛋白的 不同型别间基因组长度不同,大小约7.2~8kb,包 含有8个开放阅读框,编码6个早期蛋白和2个晚结构基础,是HPV结构研究的重大突破 期蛋白,以及1个长调控区( Long control region, 研究表明,VLP保留了与真病毒颗粒相似的构 象且具有近乎相同的中和表位,进入机体后能够激 收稿日期:2017-1030;修回日期:2017-12-19 发体内相应的免疫应答,预防HPV病毒的入侵,且 基金项目:国家自然科学基金(项目号:31670935),题目:不同VLP不需要包裹遗传物质DNA不具有相应的复制 型别五聚体杂合的人乳头瘤病毒样颗粒的组装机制和型交叉免疫原 性的研究;国家自然科学基金(项目号:817016537),题目:人乳头瘤能力,已被作为一种主流的HPV疫苗形式[1 病毒16、31、33和58型别交叉中和表位的特征和初步定位;福建省 目前,上市的HPⅤ预防性疫苗主要包括默克 自然科学基金(项目号:2017J07005),题目:戊型肝炎病毒中和作用 公司的 gardasil和史克公司的 Cervarix”。它们通 和抗体间协同作用的机制及结构基础 作者简介:史品洁(192),女,陕西西安人,硕士研究生,生物学过真核表达系统制备相应的VLP。而国内由本实 专业,主要从事HPⅤ病毒研究工作,E-mail:329426420@qq.con 验室夏宁邵老师团队自主研发的原核系统表达的 本通讯作者:李少伟(1976),博士生导师,教投,主要从事分子HPV16/18(宫颈癌疫苗)目前正处在Ⅲ期临床试验 病毒学研究,E- mail, shaowei xmu.edu.cn 阶段,HPV6/11(尖锐湿疣疫苗)也处于Ⅱ期临床试 21994-2018ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net第３４卷 第２期 ２０１８ 年３月 病 毒 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＲＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．２ Ｍａｒｃｈ ２０１８ 人乳头瘤病毒样颗粒组装研究进展 史晶洁１，宋硕１，王大宁２，李智海１，夏宁邵１，２，李少伟１，２＊ （１．厦门大学 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心 生命科学学院，厦门 ３６１１０２； ２．厦门大学 分子疫苗学与分子诊断学国家重点实验室 公共卫生学院，厦门 ３６１１０２） 摘要：病毒样颗粒（Ｖｉｒｕｓ－ｌｉｋｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ＶＬＰｓ）作为一种形态结构与真病毒高度相似的空心颗粒，具有真病毒类似 特性，在机体内能刺激免疫系统产生高滴度的中和抗体，又因为其缺乏核酸无法复制，近年来一直被作为理想的候 选疫苗蛋白。目前上市的三种人类乳头瘤病毒（Ｈｕｍａｎｐａｐｉｌｌｏｍａｖｉｒｕｓ，ＨＰＶ）疫苗都是属于基因工程 ＶＬＰ疫 苗。 对于 ＨＰＶ ＶＬＰ组装的研究能够更好的为疫苗研发方面提供更多的优化手段。该文旨在总结这十几年人乳头瘤 病毒 ＶＬＰ组装的研究进展，为 ＨＰＶ 以及其它病毒的基因工程疫苗研发提供更多有价值的信息，为人类健康作出 贡献。 关键词：人乳头瘤病毒（ＨＰＶ）；主要衣壳蛋白 Ｌ１；病毒样颗粒（ＶＬＰｓ）；疫苗；组装 中图分类号：Ｒ３７３．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－８７２１（２０１８）０２－０２５２－０７ 收稿日期：２０１７－１０－３０；修回日期：２０１７－１２－１９ 基金项目：国家自然科 学 基 金 （项 目 号：３１６７０９３５），题 目：不 同 型别五聚体杂合的人乳头瘤病毒样颗粒的组装机制和型交叉免疫原 性的研究；国家自然 科 学 基 金（项 目 号：８１７０１６３７），题 目：人 乳 头 瘤 病毒１６、３１、３３和５８型别交叉中和表位的特征和初步定位；福 建 省 自然科学基金（项目号：２０１７Ｊ０７００５），题目：戊型肝炎病毒中和作用 和抗体间协同作用的机制及结构基础 作者简介：史晶洁（１９９２－），女，陕西西安人，硕士研究生，生物学 专业，主要从事 ＨＰＶ 病毒研究工作，Ｅ－ｍａｉｌ：３２９４２６４２０＠ｑｑ．ｃｏｍ ＊通讯作者：李少伟（１９７６－），博 士 生 导 师，教 授，主 要 从 事 分 子 病毒学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｗｅｉ＠ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 全球每年新发癌症病例中５％是由人乳头瘤病 毒引发的癌症（包括女性宫颈癌、阴道癌、男性阴茎 癌等），其中宫颈癌病例占据女性恶性肿瘤疾病第二 位。据 ＷＨＯ 世界卫生组织２０１２年癌症数据统计， 全球每年宫颈癌新生病例达５２．８万，且每年死亡病 例高达２６．６万［１－３］。我 国 每 年 有 近１０万 名 女 性 被 诊断出宫颈癌，且发病越来越趋 于 年 轻 化［４－６］，其 中 ９９．７％都是由 于 ＨＰＶ 感 染 所 引 起 的，所 以，ＨＰＶ 的研究刻不容缓。 人类乳头瘤病毒属乳头瘤病毒科（ｐａｐｏｖａｖｉｒｉ－ ｄａｅ）乳头瘤病毒属。乳头瘤病毒能感染人和多种高 级脊椎动物如兔、牛、狗等的皮肤粘膜，诱导产生上 皮组织的疣状增生乃至良恶性肿瘤。但由于乳头瘤 病毒的感染具有严格的宿主特异性，传统的病毒学 研究难以开展。直到１９世纪７０年代基因测序技术 的发展，它们与各种粘膜疾病的关系才被研究清楚。 ＨＰＶ 基因组由闭合环状双链 ＤＮＡ 分子构成， 不同型别间基因组长度不同，大小约７．２～８ｋｂ，包 含有８个开放阅读框，编码６个早期蛋白和２个晚 期蛋 白，以 及 １ 个 长 调 控 区（Ｌｏｎｇｃｏｎｔｒｏｌｒｅｇｉｏｎ， ＬＣＲ）。晚期基因区（Ｌ区）长度３０００ｂｐ左右，编码 ２个病毒衣壳蛋白，即病毒主要衣壳蛋白 Ｌ１和次要 衣壳蛋白Ｌ２。其中基因长约１．５ｋｂ的Ｌ１衣壳蛋白 是 ＨＰＶ 衣壳蛋 白 的 主 要 成 份，蛋 白 表 观 分 子 量 为 ５０～６０ｋＤ，占病 毒 衣 壳 蛋 白 总 量 的８０％～９０％［７］， 两种蛋白共同构成病毒的衣壳结构，与病毒入胞密 切相关。 １９９１年Ｆｒａｚｅｒ等人发现，ＨＰＶ 的Ｌ１蛋白可以 在体外培养表达。该蛋白在一定条件下可以自发组 装为与病毒颗粒结构高度一致的 ＶＬＰ。其由７２个 壳粒以 Ｔ＝７的二十面体形式组装而成。且每个壳 粒都是由５个主要衣壳蛋白 Ｌ１单体聚合形成五聚 体。另 外，Ｃｈｅｎ Ｘ Ｓ 等 人［８，９］在 ２００１ 年 解 析 出 ＨＰＶ１６Ｌ１Ｔ＝１的 三 维 结 构，表 明 ＨＰＶ Ｌ１在 一 定条件下也可组装成１２个壳粒的 Ｔ＝１的 二 十 面 体的“小 ＶＬＰ”。随后２０１０年 ＷｏｌｆＭ 等人［１０］解析 了 ＢＰＶ ＶＬＰＴ＝７ 的三维结构，揭示了 Ｌ１蛋白的 结构基础，是 ＨＰＶ 结构研究的重大突破。 研究表明，ＶＬＰ保留了与真病毒颗粒相似的构 象且具有近乎相同的中和表位，进入机体后能够激 发体内相应的免疫应答，预防 ＨＰＶ 病毒的入侵，且 ＶＬＰ不需要包裹遗传物质 ＤＮＡ 不具有相应的复制 能力，已被作为一种主流的 ＨＰＶ 疫苗形式［１１－１３］。 目前，上 市 的 ＨＰＶ 预 防 性 疫 苗 主 要 包 括 默 克 公司的 Ｇａｒｄａｓｉｌ 和史克公司的Ｃｅｒｖａｒｉｘ 。它们通 过真核表达 系 统 制 备 相 应 的 ＶＬＰ。而 国 内 由 本 实 验室夏宁邵老师团队自主研发的原核系统表达的 ＨＰＶ１６／１８（宫颈癌疫苗）目前正处在Ⅲ期临床试验 阶段，ＨＰＶ６／１１（尖锐湿疣疫苗）也处于Ⅱ期临床试 DOI:10.13242/j.cnki.bingduxuebao.003329