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【领康时代CDMO】酵母表达系统的高效应用 —— HPV疫苗

服务资讯 2023-06-16

◆  宫颈癌的危害

宫颈癌是全球女性中常见的第二大恶性肿瘤,其发病率仅低于乳腺癌,死亡率极高。目前,宫颈癌的患病人群正逐渐趋于年轻化,且发病率在逐步增长。宫颈癌的病因是因为高危型HPV持续性感染。

◆  什么是HPV

HPV的全称是人乳头瘤病毒,是一种属于乳多空病毒科的乳头瘤空泡病毒,是球形DNA病毒,可以引起人体皮肤黏膜的鳞状上皮增殖。其具有正常细胞永生化能力及高度种属特异性和特殊嗜上皮性,病毒DNA以整合形式存于宿主细胞当中。


HPV病毒型主要分为两大类,低危型和高危型。低危型HPV约有12种,不会引起宫颈癌,但会引起各种湿疣或较为微弱的宫颈细胞变化,其型号有6、11、40、42、43、44、53、54、61、72、73和81。高危型HPV可引起宫颈细胞发生异常改变,若不及时处理,就可能会发展为宫颈癌,其型号包括16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59和68。


HPV病毒基因结构


HPV病毒基因结构:早期区域(E)、晚期区域(L)和上游调控区(URR) 

HPV的病毒基因结构分为三个区域,分别是早期区域(E)、晚期区域(L)和上游调控区(URR)。早期区域是主要参与病毒复制、转录、翻译和调控等功能;晚期区域基因表达产生结构后期蛋白,编码病毒颗粒的主要外壳蛋白L1和次要外壳蛋白L2;上游调控区含有复制起点和转录因子结合位点的非编码区,通过控制病毒基因转录调节DNA复制。早期区域中的E6蛋白和E7蛋白是主要的致癌基因,E6蛋白通过E6相关蛋白介导与P53抑癌基因蛋白结合,可导致P53的降解,还导致抑癌基因的功能降低,同时启动细胞周期,抑制细胞凋亡。E7蛋白是一个小分子癌蛋白,大约有100个氨基酸组成。E7 蛋白可与细胞pRb基因蛋白及其相关蛋白相互作用形成复合物,使pRb基因降解同时从基因复合物中释放出转录激活因子,其可与 DNA 结合,促进细胞增殖相关基因的表达,从而使细胞过度增殖,最终导致细胞的永生化或肿瘤的发生。

两个病毒衣壳蛋白L1和L2的编码区位于晚期区域。随宫颈鳞状上皮内病变的不断进展,L1蛋白的表达水平呈现逐步下降趋势,L1表达越低,则病变可能性越高。L1是HPV晚期结构蛋白,可自发组装成类病毒颗粒,其有大量重复抗原表位,有较强的抗原性和免疫原性,能诱导机体B细胞产生中和抗体,从而阻止病毒感染,因而L1蛋白是防治HPV感染基因工程疫苗研究的重要靶抗原。L2编码衣壳蛋白的次要组成成分,在病毒颗粒内作用于病毒DNA组装,与受体结合促进病毒基因转化。L1蛋白在L2蛋白的协同作用下包裹病毒核酸形成完整的病毒颗粒,病毒颗粒又通过L1蛋白与宿主细胞相互作用完成对细胞的吸附。

◆  HPV的感染途径

从HPV病毒感染到病变过程是较为漫长的,HPV从皮肤或黏膜的创伤部位进入上皮的基底细胞后,在衣壳蛋白L2的协助下,病毒DNA进入细胞核。HPV的早期蛋白E1和E2开始表达,但此时拷贝数一般较低,随着宿主细胞的向上迁移和分化,病毒DNA复制所需的蛋白增多,促进病毒基因组进行大量复制。在病毒感染终末期,早期蛋白E4和晚期蛋白L1和L2开始表达,晚期蛋白和基因组形成的新病毒颗粒在E4的帮助下从细胞中释放,进行下一轮感染。


HPV病毒生命周期

HPV病毒在人类上皮细胞中的生命周期

图片来源:https://www.std-gov.org/stds/human_papillomavirus_hpv.htm


◆  HPV预防性疫苗

研究表明,大部分HPV的感染都具有自限性,90%以上的感染者可以通过本身的免疫系统在1-3年清除病毒,只有持续感染高危型HPV才会引发宫颈癌。接种疫苗是控制宫颈癌发生最有效的手段,目前有两种疫苗,一种是已经上市的预防性疫苗,我们所熟知的二价、四价和九价疫苗;还有一种是还在临床阶段的治疗性疫苗。预防性疫苗是利用不同表达系统获得的由L1蛋白组装而成的病毒样颗粒( VLPs) ,它可在体内诱导病毒中和抗体和记忆效应,从而保护身体免受HPV感染,VLPs具有良好的抗原活性,但并不具备基因成分,不能复制。目前已有多款HPV疫苗在中国上市。

HPV疫苗

图片来源:freepik


HPV疫苗上市


HPV疫苗上市


HPV表达系统

图片来源:Vaccine antigens


目前成功应用于HPV L1蛋白的外源表达的表达系统有昆虫细胞、酿酒酵母、毕赤酵母和大肠杆菌等。其中酵母表达系统既可以高效分泌表达外源蛋白,又具有蛋白翻译后修饰功能,从而使HPV L1蛋白可以正确折叠,形成VLPs病毒颗粒,与其他表达系统相比具有明显的优势。


酵母表达流程

酵母表达流程


✦ 上海领康时代酵母表达平台

公司建有毕赤酵母、酿酒酵母重组蛋白表达平台,可实现从Gene到IND,以及早期临床样品制备的全流程开发服务,开发周期9-15个月。建设有符合GMP要求的1条500L微生物发酵和纯化的成熟生产线,可提供10L-50L、500L等规模的原液制备。


领康时代酵母表达平台工作流程图


领康时代酵母表达平台工作流程图


领康时代微生物表达平台


领康时代微生物表达平台

◆  参考文献

[1] 海亚冰. 面向宫颈癌HPV分型中序列结构分析方法研究与突变分析[D].浙江理工大学,2017.

[2] 罗凌霄,丛青.人乳头瘤病毒疫苗基本原理及免疫有效性[J].实用妇产科杂志,2022,38(11):801-804.

[3] 夏燕,吴芸,马彩玲.人乳头瘤病毒疫苗免疫原性及有效性研究的新进展[J].中国计划生育和妇产科,2022,14(08):27-30.

[4] 刘芸,乔佳佳,李芳,王中煦,田一凡,刘微. HPV疫苗的研究进展[J]. 吉林医药学院学报,2022,43(04):286-289.

撰文:LKTime-上游事业部