透過控制病毒複製忠實度製造減毒性病毒疫苗

Engineering attenuated virus vaccines by controlling replication fidelity

Nature Medicine 14, 154 - 161 (2008)

Speaker: Yi Shung Chen (陳怡璇)                                    Time: 15:00~16:00, Apr 23, 2008

Commentator: Shun-hua Chen, Ph.D.(陳舜華老師) Place: Room 601

摘要

  病毒性疾病可透過施打疫苗來預防，常見有死毒疫苗、減毒疫苗、重組疫苗等等，其中減毒性病毒製成之疫苗因為可引發先天性與後天性免疫反應，並且有長效保護作用，而被認為是最好的疫苗策略，但其風險為可能會回復成具毒性的表現型，或者是散佈到環境中等等¹。病毒可依遺傳物質簡單分為RNA virus與DNA virus，而RNA virus的基因突變率相當高，有研究認為較高突變率造成的基因多樣性對於RNA virus適應宿主體內的多變環境有幫助².。在動物模式的研究中發現，當增加複製忠實度時，限制了病毒的基因多樣性，可以得到減毒的病毒株³。而在本篇研究中，根據遺傳學分析與先前實驗，作者使用不同的胺基酸取代RNA-dependent RNA polymerase (RDRP)上的Gly64複製忠實度決定位置，從而增加小兒麻痺病毒的複製忠實度，並因此得到在Gly64位置上以valine, alanine, serine, threonine或leucine取代的穩定病毒株。

  病毒的複製突變率與Ribavirin抗病毒藥物的感受性成正比，使用Ribavirin測試以及基因序列分析證實所得到的減毒株確實有較低的基因多樣性，病毒生長與RNA expression等功能則並不受影響。而此五減毒株對於環境的適應性較野生株有明顯下降，且在細胞株培養與小鼠感染的模式中RDRP上的修飾仍會被保留，因此可確認其為減毒並穩定的病毒株。

  近一步以表現人類小兒麻痺病毒接受器的cPVR transgenic mouse檢驗野生株、減毒株、沙賓疫苗，減毒株具有較高的半致死劑量，症狀較晚出現，感染脾臟而不感染腦部，並且在小鼠糞便中測得的量較少，顯示減毒株具有低毒性，受限制的組織向性以及較低的環境散播風險。以上實驗雖證實減毒株的安全性與散佈危險，但仍需進一步了解其是否能引起良好的免疫保護作用，將小鼠以低劑量減毒株作為疫苗注射，再以野生株感染，實驗結果發現減毒株效能可與現行沙賓疫苗相同，並且也有長期保護效果。

  以不同胺基酸取代RDRP Gly64的減毒病毒株傾向具有許多優點，但在自然環境中病毒複製的代數遠比實驗細胞株所能培養之十代、二十代還久，不能否定其在自然環境中回復成具毒性的可能，在臨床使用會造成的影響也仍需進一步實驗確定。另外，其他RNA virus中也有研究使用同樣策略製作減毒株，或許可作為另外一種疫苗開發的途徑。

References

1. Cann, A.J. et al. Reversion to neurovirulence of the live-attenuated Sabin type 3 oral poliovirus vaccine. Nucleic Acids Res. 12, 7787–7792 (1984).

2. Pfeiffer, J.K. & Kirkegaard, K. Increased fidelity reduces poliovirus fitness and virulence under selective pressure in mice. PLoS Pathog. 1, e11 (2005).

3. Vignuzzi, M., Stone, J.K., Arnold, J.J., Cameron, C.E. & Andino, R. Quasispecies diversity determines pathogenesis through cooperative interactions in a viral population. Nature 439, 344–348 (2006).