慢病毒及慢病毒载体

一、慢病毒

  1）概念

慢病毒是一种有包膜的RNA病毒，直径为80-120nm，呈二十面体对称结构、球形。病毒颗粒最外层是包膜(包膜蛋白决定了感染细胞的类型)，再往里依次为基质蛋白和衣壳，最里面是两条相同的正股RNA链和酶(逆转录酶、整合酶和蛋白酶)。慢病毒属于逆转录病毒科下的一个属，其主要有8种能够感染人和脊椎动物的病毒，原发感染的细胞以巨噬细胞和淋巴细胞为主，最终导致感染个体发病。慢病毒的基因组都很复杂，编码一系列不同于其他逆转录病毒的调控蛋白，这使得它们具有独特的调控途径和病毒持久性机制。

2）慢病毒感染的显著特点

感染个体在出现典型的临床症状之前，大多经历长达数年的潜伏期，之后缓慢发病，因此这些病原体被称为慢病毒。慢病毒包装系统一般由慢病毒表达载体和慢病毒包装载体组成。而慢病毒包装质粒可提供所有的转录并包装RNA到重组的慢病毒载体所需要的所有辅助蛋白。

3）慢病毒感染效率受到多种因素的影响

①考虑病毒包装制备是否存在问题，比如外源基因是否正确，病毒滴度是否合格等。

②考虑病毒运输和保存方式是否得当，解冻病毒一定要在冰上进行，避免反复冻融，否则会影响病毒滴度；-80℃保存半年以上需要重新测定滴度。

③细胞状态对于慢病毒转导效率也具有很大的影响，良好的生长状态是达到高感染效率的保证，一般选择细胞形态较好、轮廓清晰、处于对数生长期的细胞进行感染可提高感染效率。

4）临床慢病毒转导用途关于慢病毒转导的临床实验。

　　基因治疗的临床效果取决于细胞的高水平转导,虽可通过二次转导或提高感染复数(multiplicityofinfection,MOI)增加转导率,但延长体外培养时间可诱导干细胞进入细胞周期而影响其分化增殖能力;提高gan ran复数会提高插入突变风险和增加生产成本。因此,在不断改造慢病毒以增加安全性的同时,提高病毒转导效率是亟待解决的难题。慢病毒转导过程的限制因素包括病毒黏附、入胞、细胞运输及固有免疫作用。通过引入异源病毒包膜构建新的伪型载体和或在转导过程中添加病毒转导增强剂(transductionenhancers,TEs),可有效克服LVVs转导的障碍,增加转导细胞比例,从而达到临床需要的转导水平。

二、慢病毒载体

1）概念

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，是逆转录病毒的一种，基因组是RNA，其毒性基因已经被剔除并被外源性目的基因所取代，属于假型病毒可将外源基因整合到基因组中实现稳定表达，具有感染分裂期与非分裂期细胞的特性。

慢病毒基因组进入细胞后，在细胞浆中反转录为DNA，形成DNA整合前复合体，进入细胞核后，DNA整合到细胞基因组中。整合后的DNA转录成mRNA，回到细胞浆中，表达目的蛋白或产生小RNA。慢病毒介导的基因表达或小RNA干扰作用持续且稳定，并随细胞基因组的分裂而分裂

2）慢病毒载体特性

慢病毒载体具有宿主范围广，免疫原性低，基因容量大，可以长期表达等特点。能够有效地感染培养的肿瘤细胞、肝细胞、心肌细胞、神经元、内皮细胞、干细胞等多种类型的细胞。

　　慢病毒的感染具有整合特性，能够将外源基因有效地整合到宿主染色体上，达到持久性表达，因而可构建稳定细胞株，用于基因的细胞功能研究。借助慢病毒载体改造T细胞可用于CAR-T细胞治疗。

3）慢病毒包装与纯化

　　慢病毒包装采用三质粒或四质粒系统进行包装，收集细胞培养上清，通过超速离心浓缩纯化和收集病毒。

慢病毒滴度检测

检测方法：定量PCR检测感染后细胞基因组中外源DNA拷贝数

实验原理：慢病毒介导外源基因以逆转录方式整合进目的细胞基因组

4）慢病毒载体优势

① 表达时间长：慢病毒可将外源基因整合到宿主细胞基因组上，实现基因长时间稳定的表达，不随细胞分裂传代而丢失，是细胞实验的首选，常用于构建稳定株。
② 安全性高：未发现致病性，慢病毒载体改造T细胞用于CAR-T细胞治疗。
③ 免疫原性低：直接注射活体组织不易造成免疫反应，适用于动物实验。

5）常规应用

体外感染细胞

　　慢病毒载体能够有效地感染培养的肿瘤细胞、肝细胞、心肌细胞、神经元、内皮细胞、干细胞等多种类型原代细胞和大部分细胞系。

　　慢病毒的感染具有整合特性，能够将外源基因有效地整合到宿主染色体上，因而可以达到持久性表达，从而构建稳转细胞株，体外进行细胞功能学实验，包括细胞增殖、侵袭、迁移、凋亡等研究。稳定表达目的基因的肿瘤细胞株还可以进一步构建肿瘤动物模型，进行体内基因功能验证，药效药代，活体成像等检测，进一步研究体内肿瘤发生、发展和转移及药物治疗的效果。