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慢病毒载体的应用及表征

丹纳赫生命科学

2024.1.10

慢病毒作为最常用的病毒基因递送载体工具之一，被广泛应用于基因治疗、细胞免疫治疗和基因工程研究等领域。目前已经有多款应用慢病毒进行基因、细胞免疫治疗的药物上市，其临床应用前景广阔。

慢病毒，何为慢？

慢病毒（Lentivirus）之所以被命名为“慢”，不仅源于其英文前缀“Lenti-”，更重要的是它的感染特性。这种病毒在感染初期具有较长的潜伏期且在感染后缓慢引发疾病。作为逆转录病毒科的一员，慢病毒能够感染人类和脊椎动物，主要导致巨噬细胞和淋巴细胞的原发感染，并最终引发个体发病。然而，慢病毒与其他逆转录病毒相比，其结构和基因组更为复杂，这使得慢病毒具有独特的整合机制和病毒感染持久性。

慢病毒载体的特点

慢病毒能将大量的病毒互补DNA整合到宿主细胞的DNA中，从而有效地感染非分裂期细胞，这是最有效的基因传递方式之一，更为独特的是，它们可以变成内源性的，将它们的基因组整合到宿主细胞的基因组中，使病毒的基因组可以被宿主的后代遗传。

经典的慢病毒载体（Lentivirus）是一类改造自人免疫缺陷病毒（HIV）的病毒载体，它拥有一个带有突出糖蛋白的病毒包膜，有助于附着于宿主细胞的外膜。这种病毒包含一种逆转录酶分子，它在进入细胞后对病毒遗传物质进行转录。病毒基因组内有一系列编码特定蛋白质的RNA序列，这些蛋白质有助于将病毒序列整合到宿主细胞基因组中。

HIV-1粒子结构示意图（来源：维基百科）

与所有逆转录病毒一样，慢病毒具有gag、pol和env基因，按顺序编码病毒蛋白：5''-gag-pol-env-3''。其中，“gag”基因负责编码病毒核衣壳蛋白的结构成分，基质（MA/p17）、衣壳（CA/p24）以及核衣壳（NC/p7）蛋白；“pol”区域负责编码逆转录酶和整合酶；“env”结构域则负责编码病毒表面的糖蛋白和包膜。这些结构和编码的蛋白质在病毒感染和复制过程中起着至关重要的作用。然而，与其他逆转录病毒不同，慢病毒还具有两个调节基因：tat和rev。根据病毒的种类的不同，它们还可能具有额外的辅助基因（例如，HIV-1：vif、vpr、vpu、nef），这些基因的产物参与调节病毒RNA的合成、加工以及其他复制功能。这些额外的基因和蛋白质为慢病毒的感染和复制提供了更多的调控机制和灵活性。

HIV-1 RNA基因组的结构（来源：维基百科）

慢病毒载体在改造过程中剔除了毒性基因，保留了病毒的主要结构，使其能够高效感染和转导宿主细胞。同时，它具有长末端重复序列（LTR），可以促进病毒颗粒的包装和复制，并包含包装信号、多聚蛋白加工酶切位点和包膜蛋白等结构，以确保病毒颗粒的正确组装和释放。

经过修饰后，慢病毒载体可作为载体向细胞内插入目的基因。与其他逆转录病毒不同，慢病毒可以穿透核被膜，因此无论细胞是否正在分裂，它们都可以感染细胞，这主要是由于其衣壳蛋白的特性。许多类型的细胞（如神经元）在成体生物体中不会分裂，因此慢病毒基因疗法是治疗影响这些类型细胞的疾病的良好候选药物。

慢病毒载体的应用

正是由于慢病毒感染范围广、可实现目的基因的长时间稳定表达、操作安全性高、免疫原性低下等优点，使其在临床研究上具有广阔的应用前景。更重要的是，慢病毒载体用于改造T细胞进行CAR-T细胞治疗和基因治疗，使CAR-T细胞治疗更经济且安全有效。目前，比较受关注的通过慢病毒载体系统递送的细胞和基因治疗产品及管线包括有：

（表格整理自各公司官网）

慢病毒载体相关指导原则

随着慢病毒载体在生物医药领域的应用不断扩大，相关监管机构也逐渐开始建立更加严格的规范和标准：

（来源：知乎）

这意味着，未来在慢病毒载体的检测方面，监管机构将更加重视并加强相关的检测标准和程序。这不仅会促进慢病毒载体检测手段的升级与更新，还将进一步确保生物医药产品的安全性和有效性。

丹纳赫生命科学拥有一系列分析方法来广泛表征和监测多种慢病毒载体的质量属性，包括蛋白质图谱、基因组完整性、残留核酸评估、空壳率、物理滴度等，对于确保产品的有效性和安全性至关重要。

丹纳赫生命科学旗下SCIEX的毛细管电泳系统采用激光诱导荧光检测器配合十二烷基硫酸钠毛细管凝胶电泳（CE-SDS-LIF）和核酸凝胶电泳（CGE-LIF）模式，可分别对慢病毒载体的蛋白图谱以及包含基因组的完整性进行检测。在用CE-SDS-LIF对慢病毒蛋白图谱进行鉴定时，通过加入p24蛋白标准品来鉴定p24蛋白；通过LC-MS分析来鉴定VSV-G蛋白。慢病毒样品中p24峰的定量可用于监测下游纯化步骤，而p24和VSV-G的相对定量可用于监测工艺过程中慢病毒样品中是否存在游离p24。对于使用CGE-LIF分析慢病毒中的基因组则可监测不同纯化步骤中慢病毒洗脱稀释的基因组完整性和残留核酸。

八通道毛细管电泳系统Biophase^™ 8800

对慢病毒样品的蛋白图谱及基因组完整性进行检测

SCIEX Technote RUO-MKT-02-15028-A.

（长按识别如下二维码可下载详细资料）

另外，p24是构成慢病毒粒子衣壳的主要结构蛋白，每个病毒颗粒含有约2000个p24蛋白分子，通过ELISA测定样本中的p24蛋白，即可转换得到慢病毒的颗粒浓度。美谷分子仪器的SepctraMax i3x多功能酶标仪具有全波长光吸收、荧光、化学发光和FRET检测功能，兼容客户端模块化升级功能，可以根据需要任何时间随意升级至荧光偏振FP、HTRF、AlphaScreen、Western Blot、细胞成像和带有注射器模式下的快速动力学检测等，可进行不同商业化ELISA试剂盒的检测。