复制缺陷型痘苗病毒天坛株的细胞生物学特性及复制缺陷机制探究

痘苗病毒减毒株作为基因表达载体,广泛应用于多种疾病的预防和治疗。复制缺陷型痘苗病毒天坛株(Non-replicating Tiantan vaccinia virus,NTV)作为一株高度减毒的痘苗病毒株,其生物学特性和复制缺陷机制还有待研究。探究NTV细胞生物学特性和复制缺陷机制。在不同种属和组织来源的细胞中测定NTV复制能力、细胞嗜性和毒力;Western Blot检测HeLa细胞中的NTV的A17/A27蛋白表达水平,Real-time PCR检测晚期蛋白A17/A27转录水平。NTV在BHK-21、CEF细胞中可有效复制和扩散,而在Vero细胞及人源细胞HeLa、2BS、Hep-2和143TK-中均不能有效复制;在HeLa细胞中,晚期蛋白A17和A27蛋白表达受阻,而转录水平基本不变。NTV是一株复制缺陷型痘苗病毒,在多种细胞中复制和扩散受限;NTV晚期蛋白A17和A27的表达受阻且与蛋白表达转录水平无关,初步判定蛋白表达受阻发生在蛋白翻译阶段。     

流行性乙型脑炎病毒GSS株prM、E和NS1蛋白基因的克隆及在非复制型痘苗病毒中的表达

克隆流行性乙型脑炎(乙脑)病毒野毒(JEV)GSS株前膜蛋白信号序列、前膜蛋白(prM)、包膜蛋白(E)、非结构蛋白-1(NSl)和非结构蛋白NS2a的编码基因,并与非复制型痘苗病毒载体NTV进行同源重组,构建了乙脑病毒非复制型重组痘苗病毒疫苗株NTVA(E／L)JEV。通过：PCR和Southern blot检测证明,在非复制型痘苗病毒中有乙暗病毒prM信号序列、prM、E、NS1和NS2a基因的插入：Western blot检测证明,重组病毒可以在细胞内成功地表达prM、E和NSl蛋白,并可将prM、E和NSl蛋白分泌到细胞培养上清中;免疫荧光检测证明,E和NSl蛋白主要分布在细胞膜上。电镜下可见分泌到细胞外的病毒样颗粒。     

表达人乳头瘤病毒58型L1、L2壳蛋白的非复制型重组痘苗病毒疫苗株的构建

采用PCR定点突变方法,对HPV581L1基因中痘苗病毒早期基因转录终止信号TTTTTNT结构进行修饰,并保留氨基酸不变.选用非复制型重组痘苗病毒为载体,将修饰的L1基因1.5kb和L2基因1.4kb分别插入痘苗病毒表达载体pJSD的7.5k和H6早期启动子之后,使之与非复制型重组痘苗病毒在TK区重组.经单斑筛选纯化,获得共表达HPV58L1、L2晚期蛋白的非复制型重组痘苗病毒疫苗实验株.该病毒在CEF细胞上连续传至第15代,经斑点杂交分析,重组痘苗病毒基因组中有L1和L2基因插入;经Western blot检测,重组病毒能稳定表达HPV581L1及L2蛋白.此结果为HPV58型非复制型重组痘苗病毒疫苗人用株的研究打下了基础.     

表达HPV16E6和E7蛋白的非复制型重组痘苗病毒的构建

为研制HPV16的治疗性疫苗,首先将表达质粒pJSA1175与非复制型痘苗病毒NTVJTK+进行同源重组,构建了痘苗重组病毒NTVJLac.再将表达质粒pJSDME6E7R与NTVJLac进行同源重组,构建了表达HPV16 E6和E7蛋白的非复制型重组痘苗病毒NTVJmE6E7,并对获得的重组病毒进行了鉴定.Southern杂交显示,重组痘苗病毒NTVJmE6E7基因组中有E6和E7基因插入.该重组病毒在人源细胞中不复制.Western blot显示,重组病毒在人源TK-143细胞中能表达E6和E7蛋白.非复制型重组痘苗病毒NTVJmE6E7可作为HPV16相关肿瘤及其癌前病变免疫治疗的实验性疫苗株.     

双表达狂犬病毒基因的非复制型痘苗病毒改建及免疫效果

为减少重组病毒非必需外源基因,进一步提高非复制重组痘苗病毒狂犬病疫苗的安全性,本研究改建不含报道基因LacZ的双表达狂犬病毒aG株G、N的非复制重组痘苗病毒VTKRGΔCKRN。采用G418-neo富集、蓝白斑及免疫蚀斑筛选等方法,以表达狂犬病毒糖蛋白(RG)基因的非复制重组痘苗病毒VTKRG△CKlacZ作为亲本株,利用同源重组原理,删除C与K片断间lacZ,并将狂犬病毒核蛋白(RN)基因插入C-K片段间。经核酸及蛋白水平检测表明VTKRGΔCKRN能同时稳定有效地表达狂犬病毒G和N,并具有非复制病毒生长特性。重组病毒裸鼠毒力实验表明VTKRG△CKRN较复制型重组痘苗病毒VTKRG病毒毒力显著减弱。VTKRGΔCKRN免疫小鼠可诱生较高有效中和抗体,并能保护小鼠免于致死剂量狂犬病毒攻击。以1.6×106PFU较低免疫剂量、仅一次免疫狗可保护狗经致死量中国狂犬病毒街毒株SBD株攻击后存活,诱生具有保护性中和抗体。非复制狂犬-痘苗重组病毒VTKRGΔCKRN免疫效果好、更具安全性。     

天坛株痘苗病毒载体研究与应用概述

1982年,文献首次报道外源基因成功在痘苗病毒WR株（小鼠嗜神经毒株）中获得表达,引起了中国科学家的极大关注。1984年,中国医学科学院病毒学研究所在朱既明院士的组织下成立了痘苗病毒基因表达载体研究协作组,提出使用天坛痘苗病毒疫苗株开发可用于人体的痘苗病毒基因表达载体的新思路。该研究历时10余年,成功构建了痘苗病毒天坛株高效表达载体,并广泛用于外源基因表达、基因工程疫苗研究、单克隆抗体研制和诊断试剂开发。本文简单介绍了该载体的研究及应用,并对载体疫苗存在的问题及发展前景进行了讨论。     

痘苗病毒天坛株全基因组结构特点的分析

通过我国痘苗病毒天坛株(疫苗株)全基因组核苷酸序列的测定,对痘苗病毒基因组的一级结构进行了详细的分析,发现天坛株全基因组由189274个碱基对和碱基组成,与其它痘苗病毒株相比,在病毒基因组旁侧区限制性内切酶Hind Ⅲ-C,B及中央区Hind Ⅲ-A片段出现多个DNA片段的缺失和新的DNA片段的插入,这些片段中编码的某些多肽目前已知与病毒的生物学性状有关,对阐明痘苗病毒疫苗株与非疫苗株毒力上的差别及正痘病毒属成员的致病机理等方面的研究提供了线索.除此之外,有关病毒启动子、开放读码框架的分布特点、G+C含量及密码子使用频率等基因组结构特点的分析,也为研究基因表达的调控机制和利用该病毒作为载体进行基因工程重组疫苗的开发奠定了基础.     

双表达狂犬病毒基因的非复制型痘苗病毒改建及免疫效果

为减少重组病毒非必需外源基因,进一步提高非复制重组痘苗病毒狂犬病疫苗的安全性,本研究改建不含报道基因LacZ的双表达狂犬病毒Ag株G、N的非复制重组痘苗病毒VTKRG△CKRN.采用G418-neo富集、蓝白斑及免疫蚀斑筛选等方法,以表达狂犬病毒糖蛋白(RG)基因的非复制重组痘苗病毒VTKRG△CKlacZ作为亲本株,利用同源重组原理,删除C与K片断间lacZ,并将狂犬病毒核蛋白(RN)基因插入C-K片段间.经核酸及蛋白水平检测表明VTKRG△CKRN能同时稳定有效地表达狂犬病毒G和N,并具有非复制病毒生长特性.重组病毒裸鼠毒力实验表明VTKRG△CKRN较复制型重组痘苗病毒VTKRG病毒毒力显著减弱.VTKRG△CKRN免疫小鼠可诱生较高有效中和抗体,并能保护小鼠免于致死剂量狂犬病毒攻击.以1.6×106PFU较低免疫剂量、仅一次免疫狗可保护狗经致死量中国狂犬病毒街毒株SBD株攻击后存活,诱生具有保护性中和抗体.非复制狂犬-痘苗重组病毒VTKRG△CKRN免疫效果好、更具安全性.     

同时表达多种外源基因的非复制型重组痘苗病毒的构建

利用非复制型痘苗病毒载体,构建了能同时表达乙型肝炎（乙肝）病毒ＳＳ１、麻疹病毒ＨＡ和Ｆ及白细胞介素２（ＩＬ－２）的非复制型重组痘苗病毒ＶＩＨＩＬ２△ＣＫＳＳ１,及其相应的复制型重组豇轩病毒ＶＨＦＩＬ２ＳＳ１。这两株重组病毒在ＣＥＦ细胞上连续传至第２５代,经Ｓｏｕｔｈｅｒｎ,两株病毒均在Ａ２４、Ａ２７间稳定整合有ＳＳ１基因,非复制型重组病毒Ｃ、Ｋ间基因稳定缺失。经ＲＩＡ、ＥＬＩＳＡ及Ｗｅｓｔｅｒｎ     

适用于疫苗株筛选的痘苗病毒载体的构建

为构建适用于疫苗株筛选的痘苗病毒载体,利用标记瞬时稳定的原理,在痘苗病毒单选择标记载体psc65的基础上,构建成带有neo和LacZ双选择标记的痘苗病毒载体pVI75.为检验载体pVI75的有效性,将HIV-1合成基因syngpnef插入到载体pVI75上,构建成转移质粒pVI75-syngpnef,并与天坛株752-1痘苗病毒共转染CEF细胞.筛选得到的重组病毒经PCR和Dot blot检验表明,标记基因已被删除,而目的基因被整合到痘苗病毒基因组上.Westem blot检测结果表明,目的基因的表达正确.痘苗病毒载体pVI75的构建使得疫苗株筛选的工作量大为降低,时间大大缩短,为利用痘苗病毒载体构建重组病毒疫苗株的研究提供了参考.     

非复制重组痘苗病毒天坛株C-K缺失区表达载体的构建及重组病毒生物学性状的研究

将反向串联的痘苗病毒启动p11k和p7.5k表达结构引入非复制痘苗病毒质粒载体,得到非复制痘苗病毒表达载体pNEOCK11β75、pNEOCK7511β、pNEOCK1175和pNEOCK7511。利用载体pNEOCK11β75、pNEOCK7511β及pNEOCK11β75IL6和RVJ123重组病毒进行同源重组,分别得到非复制重组痘苗病毒RVJ123△11β75、RVJ123△7511β和RVJ123△11β75IL6。Southern-blot证实：重组病毒RVJ123△11β75 C－K片段间大片段基因的稳定缺失,同时β－半乳糖苷酸基因插入到缺失区内并稳定表达,不影响另外非必要区外源基因的表达,缺失区内两外源基因的表达夫相互干扰,并且缺失区内外源基因的转录方向对其DNA复制及蛋白表达以及另外非必要区基因的表达无影响。     

表达EB病毒主要膜蛋白gp350／220的非复制型重组痘苗病毒的构建

利用非复制痘苗病毒质粒载体pNEOCK11β75及pNEOCK,改造了表达EB病毒主要膜蛋白gp350/22的复制型重组痘苗病毒VMA,构建了非复制型重组痘苗病毒VMA△CK。该病毒能在鸡胚原代成纤维细胞（CEF）中正常繁殖,而在人源细胞中不能正常繁殖。在CEF中连续传代至第25代,经PCR证明,该病毒符合非复制型重组痘苗病毒的特征。经免疫荧光及免疫酶斑法证实,VMA△CK可稳定表达gp350/220,且表达水平与VAM无明显差异。VMA△CK经腹腔免疫Balb/C小鼠,4周后能诱生一定水平的抗gp350/220特异性抗体,加强免疫2周后该抗体水平明显升高。这一结果类似于VMA免疫Balb/C小鼠的结果,初免后,VMA△CK且抗痘苗抗体水平明显低于VMA免疫组;加强免疫2周后,两组小鼠的抗痘苗抗体水平趋于一致。上述结果证明,所构建的非复制痘苗病毒不影响目的抗原的表达,也不影响该抗原的免疫原性,但导致病毒毒力下降,而且用该病毒免疫小鼠后小鼠抗痘苗病毒载体的免疫反应明显下降。     

Vaccinia and other poxvirus expression vectors.

Over the past year improvements have been made in recombinant vaccinia virus gene expression and a new method for inserting DNA into the poxvirus genome has been developed, along with alternative methods for selecting recombinant viruses. Attenuated and non-replicating vaccinia virus and avian poxvirus vectors are now being used successfully. Field trials of an oral, wild-life rabies vaccine and phase 1 testing of human vaccines derived from vaccinia virus are underway.     

表达人乳头瘤病毒16型E6/E7融合蛋白的非复制型重组痘苗病毒的构建及免疫效果观察

采用基因工程方法将HPV16E6、E7基因融合后插入痘苗病毒载体,通过同源重组构建表达人乳头瘤病毒16型E6/E7融合蛋白的非复制型重组痘苗病毒疫苗,用C57BL/6小鼠观察其免疫原性和抗肿瘤移植情况。测序结果表明融合的HPV16E6、E7基因序列与设计相符;构建的非复制型重组痘苗病毒经Dot blot鉴定,显示有E6、E7融合基因的插入;Western blot检测表明该重组病毒在鸡胚成纤维细胞中能表达HPV16型E6/E7融合蛋白。动物免疫试验表明,该重组病毒在小鼠体内可诱发E6、E7特异性抗体;被免疫小鼠能抵抗TC-1肿瘤细胞的攻击。此结果为将来进一步研制HPV16、18型联合疫苗打下了基础。     

Pre-clinical efficacy and safety of experimental vaccines based on non-replicating vaccinia vectors against yellow fever

Background

Currently existing yellow fever (YF) vaccines are based on the live attenuated yellow fever virus 17D strain (YFV-17D). Although, a good safety profile was historically attributed to the 17D vaccine, serious adverse events have been reported, making the development of a safer, more modern vaccine desirable.

Methodology/Principal Findings

A gene encoding the precursor of the membrane and envelope (prME) protein of the YFV-17D strain was inserted into the non-replicating modified vaccinia virus Ankara and into the D4R-defective vaccinia virus. Candidate vaccines based on the recombinant vaccinia viruses were assessed for immunogenicity and protection in a mouse model and compared to the commercial YFV-17D vaccine. The recombinant live vaccines induced γ-interferon-secreting CD4- and functionally active CD8-T cells, and conferred full protection against lethal challenge already after a single low immunization dose of 10⁵ TCID₅₀. Surprisingly, pre-existing immunity against wild-type vaccinia virus did not negatively influence protection. Unlike the classical 17D vaccine, the vaccinia virus-based vaccines did not cause mortality following intracerebral administration in mice, demonstrating better safety profiles.

Conclusions/Significance

The non-replicating recombinant YF candidate live vaccines induced a broad immune response after single dose administration, were effective even in the presence of a pre-existing immunity against vaccinia virus and demonstrated an excellent safety profile in mice.     

表达HIV-1多价合成基因的重组痘苗病毒疫苗株的构建

为研制适合我国使用的HIV疫苗,选择具有代表意义的中国流行株HIV CN54(B′/C)病毒gag、pol、nef等基因的合成基因syngpnef,插入到自行构建的能在病毒筛选过程中将标记基因去除掉的双标记基因痘苗病毒载体pVI75的KpnI酶切位点,构建成转移质粒pVI75-syngpnef,与我国的天坛株痘苗病毒共转染鸡胚成纤维细胞,通过蓝白斑筛选得到的重组病毒疫苗株DNA。经PCR鉴定标记基因已被删除并有目的基因的整合,Western blot可检测到目的基因的融合表达。此重组病毒疫苗株有望成为HIV/AIDS候选疫苗。     

EIAV env基因在痘苗病毒中的表达及其免疫效果的观察

将马传贫驴白细胞弱毒疫苗及其亲本株env基因克隆到痘苗病毒表达载体pSC65的pE／L启动子下游,通过同源重组插入到痘苗病毒天坛株基因组TK区,经蓝白斑筛选获得重组痘苗病毒rvv—DINenv和rvv—LNenv,Westem blot检测目的蛋白的表达,结果表明重组痘苗病毒能够有效表达完整的EIAV Env蛋白,其肌肉接种免疫小鼠后,表达的目的蛋白具有良好的免疫原性,能够诱导机体产生有效的体液和细胞免疫应答,其中以细胞免疫效果更为显著,CTL特异性裂解最高可达28％。本研究为EIAV基因工程疫苗的开发研制奠定了基础。