慢病毒属是逆转录病毒科中正逆转录病毒亚科六属之一。该属传统上只有7个成员,包括人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1, HIV-1)、猿类免疫缺陷病毒(simian immunodeficiency virus, SIV)、猫免疫缺陷病毒(felines immunodeficiency virus, FIV)、马传染性贫血病毒 (equine infectious anemia virus, EIAV)、山羊类关节炎-脑炎病毒(caprine arthritis-encephalitis virus, CAEV)、牛免疫缺陷病毒 (bovine immunodeficiency birus, BIV)、绵羊髓鞘脱落病毒 (visna/ maedi virus, VMV)。2018年在国际病毒分类委员会(ICTV)发布的报告中增加了美洲狮慢病毒(Puma lentivirus, PLV),詹布拉纳病病毒(Jembrana disease virus, JDV)和HIV-2。原发感染的细胞以淋巴和巨噬细胞为主。慢病毒感染的主要临床特点为潜伏期长,缓慢发病,因此被称为慢病毒(图1)。
图1 HIV-1病毒生活周期
重组慢病毒是一类由人免疫缺陷病毒1型改造获得的病毒载体,敲除HIV-1原有的毒性基因,并转入外源性的目标基因,属于假性病毒。这种重组假型慢病毒能将目标基因导入到一些较难转染的细胞,并将靶基因随机整合到宿主的基因组中。在一些假型慢病毒的构建中,通过使用新的包膜糖蛋白可以改变重组慢病毒的嗜性,即特异性的感染某一类具有对应受体的细胞(图2)。
图2 重组慢病毒感染模型
尽管如此,重组慢病毒还有其限制性,主要表现在生物安全方面。因为重组慢病毒载体来源HIV-1病毒。随着对于HIV-1的深入研究,重组慢病毒的结构也被不断改造,阻止形成具有复制能力的慢病毒。目前普遍采用四质粒系统构成。相较三质粒系统,四质粒系统将env基因构建于一个单独的表达质粒上,并将tat基因敲除,形成四质粒系统,即pGag/Pol、pRev、pVSV-G。尽管如此,设计载体时仍需要进一步缩短载体及包装质粒的病毒编码序列,降低病毒基因重组的几率(图3)。
图3 慢病毒包装质粒的演变
理论上,重组慢病毒载体出现复制型回复突变的可能性几乎为零。近二十多年来,使用重组慢病毒载体进行的临床研究和商业化应用也没有发现具有复制性的重组慢病毒案例。但由于RNA病毒天然属性,这种生物安全风险仍没有被完全消除。随着细胞治疗的发展,法规监管也在复制型病毒的分析和检出方面提出了新的要求。对于重组慢病毒的包装系统、重组慢病毒产品以及转导生成的改造后细胞治疗产品均需要通过感染性实验和分子分析等检定复制型慢病毒的可能(图4)。
图4 复制型慢病毒检定要求
复制型慢病毒的检定要求
复制型慢病毒的检测一般推荐采用感染法测定。根据2020 FDA发布的可复制型逆转录/慢病毒检测的指南中,规定对于可复制型慢病毒检测采用与至少5次传代的易感细胞共培养,并推荐使用包括QPERT在内的分子检测作为终点检测方法,达到至少1复制型慢病毒/剂量的要求。该方法目前仍存在如下几个方面的挑战:
01
缺乏标准阳性对照
缺乏统一标准的阳性对照。目前检测中所涉及的1复制型慢病毒的阳性病毒的标定缺乏统一标准。一方面是阳性对照自身的复制性,对于HIV-1对照而言,不同分离株的复制能力存在差异,影响了各实验室间的结果可比性;另一方面,阳性对照的标定标准,特别对于一些以假病毒作为标准对照的检测,由于各个病毒生产批次和标定批次之间的差异,可能造成实验难于确保一致性的结果。因此,行业内亟待统一标准的阳性对照。
目前,通过标准建库方式形成的病毒库,并采用周期性回顾滴度测定确定其稳定性是建立阳性对照一致性的解决方案。
02
高灵敏度的终点检测法
对于复制型慢病毒的终点检测方法可采用蛋白、核酸等不同的分析方式。但每种方法都有一定的局限性。一般采用逆转录酶活性测定分析方法(PERT)。PERT检测对于检测环境和方法验证的要求较高,特别对于可能具有逆转录活性的蛋白存在的干扰需要进行充分的判别,避免假阳性的出现。
03
排除残留核酸/蛋白的影响
重组慢病毒生产工艺中往往会使用过量的质粒进行细胞转染,残留的质粒会造成复制型慢病毒检测的假阳性。通常,生产工艺中会加入全能核酸酶进行残留质粒/核酸的控制。在实际检测中,由于终点qPCR检测的灵敏度,仍有可能会出现残留质粒造成的感染。
共培养阶段,通过多次的传代能有效去除和稀释残留的核酸,FDA在2020年的指南意见中将共培养从原来的8代减少为5代。如何确保在减少传代次数的同时,排除残留核酸的干扰并能有效富集复制型慢病毒,这就要求检测体系通过合理的验证体系确保方法的有效和稳健。
总体而言,复制型慢病毒是重组病毒载体生产中可能存在的生物安全风险因素,合理有效的检测实验设计和操作能有效控制风险。
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