已上市及临床试验中以CHO细胞为生产平台的蛋白亚单位疫苗概述

CHO细胞包括从CHO-ori细胞系衍生出CHO-DXB11 (DHFR+/-) 、CHO-DG44 (-/-) 、CHO-GS、CHO-K1SV等多种细胞系，各具特定的特征，可分离稳定的转染物并获得高产量。与其他重组蛋白质生产细胞系相比，CHO细胞具有更高的生产力，流加批次培养可达到1-10 g/L。而相较于293细胞，病毒不易感染CHO细胞并在其中复制。CHO细胞对于蛋白的翻译后加工修饰与人类细胞的高度相似，如糖基化、二硫键形成以及蛋白的水解加工，但是也与人类细胞在翻译后修饰的特定模式与结构上存在微妙差异，没有工程化修饰过的CHO细胞不能合成某些人源聚糖键，比如：α-2,6-唾液酸化、二分N聚糖和α-1,3/4-岩藻糖基化，为了在CHO细胞内实现目的蛋白的糖基化，不同的团队也开发了相应的糖工程方法。CHO细胞可以进行高密度无血清悬浮培养，并将目的蛋白分泌到培养基中，因而是一个经济有效的大规模重组蛋白表达平台。

CHO细胞中重组蛋白的表达可受到多种因素影响，包括：表达质粒、启动子的选择、培养条件（培养基成分、温度、溶氧）、CHO细胞系的选择和表达系统的选择等。利用CHO细胞进行重组蛋白表达包括瞬时表达和稳定表达两种方式。瞬时表达系统中含有目的基因的cDNA会随着细胞分裂而被稀释，表达周期较短。尽管瞬时表达的效率低于稳定表达，但优化策略后的蛋白产量也可高达1 g/L。而瞬时表达减少了与细胞系开发相关的时间和成本，被广泛用于临床前研究中蛋白的快速生产。CHO细胞稳转则是大规模生物制造的标准方法。

蛋白亚单位疫苗是基于病原体的一种或几种分离或选定的成分，通常是免疫显性抗原（全蛋白、蛋白结构域或多肽），可在佐剂刺激下使产生体液和/或细胞免疫。蛋白亚单位疫苗因为没有恢复到致病形式的风险，也被认为比灭活疫苗或减毒活疫苗更安全。

蛋白亚单位疫苗已被批准用于多种病毒感染性疾病的预防，如：SARS-CoV-2、水痘-带状疱疹病毒、呼吸道合胞病毒和流感，剂量范围从5到180 ug。尽管新冠的蛋白亚单位疫苗应用范围没有其他类型疫苗广，但仍是目前临床前和临床候选疫苗的主要选择。蛋白亚单位疫苗的一个潜在挑战是免疫原性较低，这也凸显了识别抗原以引起强大保护性免疫的重要性。

呼吸道合胞病毒是全球呼吸道感染的主要原因，在幼儿、老年人和慢性病患者中可引起严重疾病，2019年全球幼儿死亡人数超过100000人，在高收入国家中造成2.2万到4.7万人死亡。早期使用甲醛灭活的RSV疫苗，甲醛导致病毒抗原产生羰基集团，阻碍了抗原在细胞质中的加工，产生了低亲和力的抗体，从而导致了增强型的RSV疾病，表现为：高烧、支气管炎和呼吸困难。目前RSV表面的病毒融合 (F) 蛋白作为疫苗开发的潜在靶点，这种预融合稳定形式的设计已被证明可以产生有效的中和抗体。但也有研究表明，即使采用低剂量预融合F蛋白在动物上也可能产生增强型RSV疾病。

相比之下，预融合的F蛋白在成人接种时表现出较好的结果，也导致葛兰素史克开发的RSV疫苗Arexvy疫苗 (RSVPreF3 OA) 的获批上市。该疫苗使用CHO细胞生产，由F蛋白的1-513号残基组成，通过T4纤维蛋白结构单元三聚体化。预融合形式通过将F1的Ser155和Ser290替换为半胱氨酸而实现，在不稳定的N端和结构刚性中心区域之间建立了二硫键，另外引入S190F和V207L突变以填充F1N端空隙，增加疏水相互作用。在早期临床试验展现良好的安全性，并确认其诱导产生中和抗体的能力后，和AS01E佐剂一起进入了III期临床，在17个国家25000名60岁以上成年人中评估有效性。研究结果显示，单剂该疫苗对RSV相关的下呼吸道疾病的有效性为82.6%，对严重表现的有效性为94.1%，对RSV相关急性呼吸道感染的有效性为71.7%。

第二个获批的RSV疫苗是辉瑞公司的Abrysvo，是由CHO细胞生产的针对RSV A和B亚群的双价融合前F蛋白。在III期临床中，对RSV相关的下呼吸道疾病有66.7%的有效性，对严重RSV相关疾病有85.7%的有效性，且严重不良事件发生率低，安全性无明显问题。并且也作为孕妇疫苗进行评估，接种孕妇时间为妊娠第24-36周，该疫苗显示在新生儿出生后的前90天内，预防严重RSV相关呼吸道疾病有81.8%的有效性，因此获批做为预防婴儿RSV的母亲疫苗。

以上两个疫苗受到了市场的广泛接受，在三个月内达到了12.35亿美元的销售额，也凸显了CHO细胞在疫苗制备中的商业潜力。

VZV可引起水痘，是一种与典型皮疹和轻微症状相关的高度传染性感染。初次感染后，病毒可在神经元中持续存在，多年后重新激活会引起带状疱疹；重新激活后以皮疼痛性水疱性皮疹为特征，在免疫受损的宿主中可能导致出血性病变，最主要的并发症为急性神经炎和带状疱疹后神经痛，影响50岁以上的25%-50%的患者。

为了保护年长或免疫缺陷的成年人，重组VZV疫苗Shingrix于2017年由FDA获批，一年后获批EMA。Shringrix是以VZV病毒表面最普遍的gE蛋白为抗原，是中和抗体和T细胞识别的关键靶标。该疫苗由CHO细胞生产，并由于去除了C端和跨膜结构域而可以被分泌到细胞外。在抗原产生过程中，CHO细胞的培养条件优化后，使用20 L的波浪式反应器进行批培养，最终每升产量在2.44 g。在50岁以上人群中，有效性达97.2%以上。

HCMV是一种感染了全球约80%人口的病原体，一旦个体免疫降低就会引发健康风险。并且也与各种癌症进展有关，其先天性感染也是出生缺陷的主要原因。即便如此，目前也没有批准上市的疫苗。但有几款疫苗在临床试验中，其中有几款疫苗基于HCMV表面的gB蛋白由CHO细胞产生，与病毒入侵过程中的膜融合至关重要，并且包含中和抗体的多个识别表位，该蛋白与佐剂MF59正处于临床II期进行测试。赛诺菲的gB基因来源于HCMV Towne毒株，不含跨膜结构域和弗林切割位点。gB/MF59疫苗在移植后患者、产后妇女和健康的青春期女孩等不同受众中均获得了良好的效果，结果显示，gB结合抗体滴度增加，CD4+T细胞反应增强，HCMV病毒血症降低。

葛兰素史克的另一款gB蛋白亚单位疫苗处于临床I期试验中，抗原基于AD169毒株，其修饰与赛诺菲相似。另外，来自单纯疱疹病毒1型的gD氨基酸序列融合在AD169 gB序列以促进分泌。

最近葛兰素史克开发的针对HCMV的新型佐剂，由gB蛋白和五聚体抗原组成。HCMV五聚体复合物也是疫苗开发中的具有吸引力的抗原，相比于gB蛋白，能诱导更有效的抗体中和进入上皮细胞。因此，葛兰素史克使用CHO-K1和CHO-DXB11衍生的细胞克隆获得400 mg/L的五聚体复合物，并在小鼠中诱导了有效的中和免疫反应。五聚体/gB 蛋白亚单位疫苗候选药物目前正在健康成人受试者中进行评估。

即使在发现HIV病毒40年后，HIV功能性疫苗的挑战仍然存在，主要原因包括逆转录酶中缺乏3’核酸外切酶的校对活性，使得病毒gp41和gp120可快速突变。而中和抗体靶向的抗原表位位于HIV包膜蛋白的gp可变区域，在免疫系统的筛选压力下也会导致突变体的产生。

HIV env gp重组三聚体是目前作为疫苗开发最有潜力的靶点，可能会引发广泛的中和抗体。始终保持融合前构象的早期可溶性三聚体称为“SOSIP”，其中包括gp120-gp41之间的工程化二硫键 (SOS) 以及有助于维持融合前构象的螺旋断裂突变（I559P，称为IP）。最近的临床试验中的SOSIP三聚体已经进行了改进，包括CHO细胞的改进。其中某些env蛋白，尤其是HIV分支B的env蛋白容易受蛋白水解影响。为了解决这个问题，采用了工程化的C1蛋白酶缺陷的CHO细胞系，从而减少蛋白降解。三聚体4571 (BG505 DS-SOSIP.664) 是基于HIV A分支的高度稳定的与融合闭合可溶性包膜糖蛋白三聚体。该三聚体在gp120中结合了201C-433C二硫键突变以防止CD4诱导的构象变化。最近三聚体4571在I期临床试验中进行了独立评估，并在异源方案中作为加强剂量中做了评估，结果显示三聚体4571是安全的，没有引起不良反应，并能够成功诱导特异性抗体产生，主要是集中在三聚体上的无聚糖基底上的抗体。但是对于天然三聚体，通常由于免疫系统无法接触到无聚糖基底而导致其在临床试验中具有更明显的非中和反应。为了减少这种基底定向免疫，未来CHO细胞生产的蛋白亚基疫苗可以使用聚糖进行工程设计以掩盖三聚体基底结构域，减少非中和抗体的产生。

SARS-CoV-2蛋白亚单位疫苗开发最广泛使用的策略之一是使用S蛋白的胞外结构域 (ECD) 作为抗原。Medigen Vaccine Biologics Corporation开发的MVC-COV1901疫苗基于融合前稳定的S ECD三聚体，该三聚体具有K986P和V987P突变，以及在S1/S2连接处具有弗林蛋白酶切割位点682突变 (RRAR>GGAS) ，以提高稳定性并增加了T4纤维蛋白三聚体化结构域。CHO细胞用于生成表达该S抗原的稳定克隆，该抗原被证明类似于人HEK293细胞表达的SARS-CoV-2 S蛋白的结构。该候选疫苗用氢氧化铝（明矾）和CpG 1018佐剂，CpG 1018是一种TLR-9激动剂，通过刺激CD4+/CD8+T淋巴细胞来增强免疫原性。II期临床试验 (NCT04695652) 表明，MVC-COV1901是安全的且耐受性良好，并且在年轻人和老年人中都能诱导高中和抗体滴度。MVC-COV1901还与牛津-阿斯利康的ChAdOx1 nCoV-19病毒载体疫苗进行了比较，其中MVC-COV1901被证明更优越，可诱导更广泛的IgG亚类和更高的抗Omicron (BA.1) 变体的中和抗体滴度。MVC-COV1901已获准在斯威士兰、巴拉圭、索马里兰和台湾使用。

SARS-CoV-2 S蛋白内的受体结合域 (RBD) 是中和抗体的主要靶点。因此，它已被用于生产各种蛋白亚单位疫苗。已经探索了不同的策略来进一步增强其抗原性，例如使用单体、二聚体或多聚体形式。

ZIFIVAX (ZF2001) 疫苗由安徽智飞龙康生物制药公司开发，由三剂基于RBD的疫苗和明矾佐剂组成。ZF2001是由两个拷贝的RBD (R319-K537) 形成并在CHO细胞中产生串联重复的二聚体。这种RBD二聚体与RBD单体保持相似的亲和力，而且能够有效地与人ACE2受体结合。在I期和II期临床试验中，ZF2001在人体中表现出安全特征和免疫原性。在多个国家/地区进行的III期临床试验显示，在完全接种疫苗后至少六个月内对有症状和重度至危重的COVID-19具有安全性和有效性。ZF2001疫苗已获准在中国、哥伦比亚、印度尼西亚和乌兹别克斯坦使用。

CHO cells for virus-like particle and subunit vaccine manufacturing