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作者：香雪精準醫療-李鑫
發(fā)布時(shí)間：2020-03-16
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眾所周知人類(lèi)免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV），即艾滋病（AIDS，獲得性免疫缺陷綜合征）病毒，1981年人類(lèi)免疫缺陷病毒在中美洲首次發(fā)現，造成機體細胞及體液免疫功能降低，無(wú)法抵御外界病原微生物的侵襲而發(fā)生機會(huì )性感染、腫瘤等，臨床表現多樣且目前無(wú)法治愈。
HIV屬于逆轉錄病毒的慢病毒屬，可以高效的整合進(jìn)宿主細胞的DNA。這也使得HIV成為理想的用于基因治療的慢病毒載體。所以病毒的某些特質(zhì)一方面使得它成為侵害人類(lèi)健康的元兇，一方面卻使得它成為很好用的工具。
1. 什么是慢病毒？
慢病毒（Lentivirus）包括靈長(cháng)類(lèi)慢病毒,學(xué)名中“Lenti-”在拉丁文中有慢的意思。如人類(lèi)免疫缺陷病毒(HIV) 和猴免疫缺陷病毒(SIV) ,以及非靈長(cháng)類(lèi)慢病毒如貓免疫缺陷病毒( FIV) 、馬傳染性貧血病毒(EIAV) 、牛免疫缺陷病毒(BIV) 和維斯納-梅迪病毒(VMV)等。慢病毒的基因組都很復雜，編碼一系列不同于其他逆轉錄病毒的調控蛋白，這使得它們具有獨特的調控途徑和病毒持久性機制。
2. 什么是慢病毒載體？
慢病毒載體可以將外源基因或外源的shRNA有效地整合到宿主染色體上，從而達到持久性表達目的序列的效果。在感染能力方面可有效地感染神經(jīng)元細胞、肝細胞、心肌細胞、腫瘤細胞、內皮細胞、干細胞等多種類(lèi)型的細胞，從而達到良好的的基因治療效果。
目前,HIV-1、HIV-2、SIV、FIV 及EIAV被廣泛研究用作基因治療的載體,而其中又以HIV-1最為熱門(mén)。與一般的逆轉錄病毒載體相比，慢病毒載體對分裂細胞和非分裂細胞均具有感染能力因此具有更廣的宿主范圍。
2.1 HIV-1 病毒形態(tài)與結構
Figure 1. Schematic representation of the HIV-1 viral genome and structure of HIV-1 virion[2]
成熟的HIV-1 病毒直徑100～120nm、呈20 面體對稱(chēng)結構、球形,電鏡下可見(jiàn)一致密圓錐狀核心,內有病毒RNA 分子和酶,后者包括逆轉錄酶、整合酶(integrase) 和蛋白酶(protease)。HIV-1的最外層為脂蛋白包膜,膜上有表面蛋白 (gp120) 和相嵌蛋白(gp41) 兩種糖蛋白,gp120為刺突,gp41為跨膜蛋白。包膜內面為P17 構成的基質(zhì)蛋白(matrix) ,包膜內為衣殼蛋白(P24)包裹的RNA。
HIV-1 基因組含有9個(gè)開(kāi)放閱讀框，編碼至少15種與感染周期有關(guān)的不同蛋白質(zhì)，包括結構蛋白和調節蛋白。另外，在病毒生命周期的各個(gè)階段還需要一些順式作用元件，包括長(cháng)末端重復序列（LTRs），TAT 激活區（TAR），剪接供體和受體位點(diǎn)，包裝和二聚化信號（Ψ），Rev 反應元件（RRE）以及中央和末端多聚嘌呤區（PPT）[1]。
2.2慢病毒載體系統的發(fā)展
Figure 2. Schematic representation of HIV vectors[2]
第一代基于 HIV-1 的慢病毒載體將載體組分分成三個(gè)質(zhì)粒以增加安全性：（i）包裝質(zhì)粒;（ii）編碼病毒糖蛋白的 Env 質(zhì)粒（包膜質(zhì)粒）; 和（iii）轉移質(zhì)粒[2]。利用基因工程手段特異性刪除包裝質(zhì)粒的包裝信號或 LTRs 以避免它們傳輸到載體顆粒，并減少載體制劑中復制型感染性慢病毒（RCLs）的產(chǎn)生[2]。
第二代慢病毒載體系統是在第一代基礎上改進(jìn)的，在包裝質(zhì)粒中刪去了HIV的所有附屬基因vif、vpu、vpr和nef，以減少產(chǎn)生RCR的風(fēng)險。這些附屬基因的去除并不影響病毒的滴度和轉染能力，同時(shí)增加了載體的安全性[3]。
第三代慢病毒載體系統由四個(gè)質(zhì)粒組成，增加了兩個(gè)安全特性：一是構建了自身失活的慢病毒載體，即刪除了U3區的3’ LTR，使載體失去HIV-1增強子及啟動(dòng)子序列；二是去除了tat基因，代之以異源啟動(dòng)子序列，這樣原始的HIV基因組中的9個(gè)基因在慢病毒載體中只保留了3個(gè)（gag、pol和rev）[4] ，因此第三代慢病毒載體系統更加安全。
在體外實(shí)驗及體內實(shí)驗的研究中，慢病毒己經(jīng)成為表達外源基因或外源shRNA的常用載體形式之一， 并且正在獲得越來(lái)越廣泛的應用。
參考文獻:
1, Trono, D. Lentiviral Vectors (Berlin-Heidelberg, Springer-Verlag, 2002).
2, Sakuma, T., Barry, M. A. and Ikeda, Y. (2012) Lentiviral vectors: basic to translational. J. Biochem. 443, 603–618
3. Zufferey R, Nagy D, Mandel R J, et al. Multiply attenuated lentiviral vector achieves efficient gene delivery in vivo.[J]. Nature Biotechnology, 1997, 15(9):871-5.
4. Dull T, Zufferey R, Kelly M, et al. A third-generation lentivirus vector with a conditional packaging system.[J]. Journal of Virology, 1998, 72(11):8463-8471.
