任慧梅,陳慶華 綜述,李敏 審校
國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥品審評(píng)中心,北京 100022
1983年,SMITH等[1]采用昆蟲(chóng)桿狀病毒感染昆蟲(chóng)細(xì)胞,成功表達(dá)重組人β干擾素,標(biāo)志著昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的誕生。此后,昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì)作為桿狀病毒載體的宿主,廣泛應(yīng)用于重組蛋白的表達(dá)。在疫苗領(lǐng)域,昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的生產(chǎn)平臺(tái)也越來(lái)越受到關(guān)注,已有多種采用該系統(tǒng)生產(chǎn)的人用或獸用商品化疫苗上市[2-3]。但近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,多種昆蟲(chóng)細(xì)胞系被發(fā)現(xiàn)存在外源性病毒的持續(xù)感染[4],因此,昆蟲(chóng)細(xì)胞作為生物制品生產(chǎn)用細(xì)胞基質(zhì)的安全性引起人們的密切關(guān)注。
近期在我國(guó)進(jìn)行預(yù)防用生物制品臨床試驗(yàn)申報(bào)的藥學(xué)研究資料中,發(fā)現(xiàn)有些研發(fā)企業(yè)選用了昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行重組抗原的生產(chǎn),審評(píng)對(duì)其昆蟲(chóng)細(xì)胞外源因子的控制進(jìn)行了關(guān)注。本文綜合了預(yù)防用生物制品藥學(xué)審評(píng)過(guò)程中對(duì)外源因子的考慮,對(duì)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)中最常用的兩種昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì)SF9和High Five的外源因子控制,及該昆蟲(chóng)細(xì)胞系應(yīng)用于預(yù)防性疫苗時(shí)的藥學(xué)研發(fā)考慮進(jìn)行探討。
桿狀病毒(baculovirus)載體可在昆蟲(chóng)細(xì)胞中表達(dá)外源蛋白,且不能在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中復(fù)制,對(duì)包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物無(wú)致病性,具有很好的生物安全性[5-6]。目前研究和應(yīng)用最為廣泛的桿狀病毒是苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒(AcMNPV)[2]。
分離自鱗翅類(lèi)昆蟲(chóng)的SF-9和High Five(Hi-5)是桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)中常用的昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì)[7-8]。除了SF-9和Hi-5外,在過(guò)去30多年中,從鱗翅類(lèi)昆蟲(chóng)分離到多種可用于桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)人用或獸用生物制品的昆蟲(chóng)細(xì)胞系[5,9]。
昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)能對(duì)表達(dá)的重組蛋白進(jìn)行多種翻譯后修飾,如二硫鍵形成、磷酸化、?;?、糖基化、寡聚化和折疊[5]。由于其構(gòu)建簡(jiǎn)單,易于放大,效率高,既可表達(dá)單一的抗原蛋白,也可表達(dá)復(fù)合蛋白,并可在細(xì)胞內(nèi)形成具有良好抗原性的病毒樣顆粒,昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)已成為被廣泛認(rèn)可的生產(chǎn)重組蛋白的平臺(tái)及生產(chǎn)疫苗抗原的有效工具[3,10-11]。
預(yù)防性疫苗領(lǐng)域相對(duì)保守,由于接種疫苗的人群基本上都是健康人,包括兒童,安全性對(duì)疫苗來(lái)說(shuō)最為重要。而且在重組疫苗領(lǐng)域,已有被廣泛接受的哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)、大腸埃希菌及酵母培養(yǎng)平臺(tái),其安全性均已獲得臨床證明。雖然昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)具有一系列的優(yōu)點(diǎn),但其應(yīng)用于預(yù)防性疫苗生產(chǎn)時(shí)仍需格外慎重,外源因子的質(zhì)控必須嚴(yán)格執(zhí)行。
迄今為止,采用昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)的人用預(yù)防性疫苗已有兩個(gè)產(chǎn)品上市:第1個(gè)是葛蘭素史克公司采用Hi-5細(xì)胞研發(fā)的人乳頭瘤病毒樣顆粒(HPV16和18雙價(jià))疫苗Cervarix,該疫苗于2007年在歐洲上市,于2016年在中國(guó)批準(zhǔn)進(jìn)口注冊(cè);第2個(gè)是由Protein Science公司采用SF9細(xì)胞制備的三價(jià)重組人流感病毒疫苗Flublok,于2013年上市,另外,F(xiàn)lublok四價(jià)疫苗于2016年在美國(guó)首次上市。除上述上市產(chǎn)品外,還有多個(gè)采用昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)制備的預(yù)防性疫苗處于臨床研究或臨床前研究階段,如:埃博拉疫苗、呼吸道合胞病毒疫苗、諾如病毒疫苗、B19微小病毒疫苗等[12]。上述疫苗均采用SF9或Hi-5細(xì)胞生產(chǎn),且選用SF9細(xì)胞進(jìn)行研究的疫苗數(shù)量遠(yuǎn)多于Hi-5細(xì)胞。
此外,Dendreon公司生產(chǎn)的治療性疫苗Provenge于2010年被FDA批準(zhǔn)上市,該疫苗是一種自體前列腺癌治療產(chǎn)品,其抗原為采用SF21細(xì)胞生產(chǎn)的由人前列腺酸磷酸酶和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子融合成的重組蛋白[11]。UniQure公司采用SF9細(xì)胞生產(chǎn)的基因治療藥物Glybera于2012年在歐洲上市,用于治療罕見(jiàn)病脂蛋白脂酶缺乏癥[11]。除以上4個(gè)已上市的人用生物制品外,還有多個(gè)采用昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)的重組獸用疫苗已上市[12]。
鑒于SF-9和Hi-5是桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)中最常用的昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì),且已上市的兩種預(yù)防性疫苗亦采用以上兩種昆蟲(chóng)細(xì)胞作為生產(chǎn)用細(xì)胞基質(zhì),因此本文關(guān)注了SF9和Hi-5細(xì)胞中的外源因子。
2014年,幾乎同一時(shí)間由3個(gè)不同團(tuán)隊(duì)在不同的SF細(xì)胞系中獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了彈狀病毒(SF-rhabdovirus)[4,13-14]。后續(xù)研究表明,SF 毛蟲(chóng)的持續(xù)感染是最近在SF細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的彈狀病毒感染的最終來(lái)源,SF21、SF9L5814和SF9細(xì)胞系均表現(xiàn)出彈狀病毒污染[4]。SF彈狀病毒的宿主范圍相對(duì)較窄,極可能僅限于少數(shù)鱗翅目昆蟲(chóng)物種和細(xì)胞系[15]。截至目前為止,尚未發(fā)現(xiàn)SF彈狀病毒在任何細(xì)胞株中引起細(xì)胞病變的報(bào)道,也未發(fā)現(xiàn)感染或易感染SF彈狀病毒的哺乳動(dòng)物細(xì)胞株[4,15-16]。
其中FDA生物制品評(píng)價(jià)與研究中心(Center for Biologics Evaluation and Research,CBER)通過(guò)高通量測(cè)序(massive parallel sequencing,MPS)發(fā)現(xiàn) SF9昆蟲(chóng)細(xì)胞中存在內(nèi)源性彈狀病毒。研究人員在SF9細(xì)胞中檢測(cè)到彈狀病毒5個(gè)主要基因的片段,幾乎包含其所有主要基因組及結(jié)構(gòu)蛋白,而且轉(zhuǎn)錄水平能檢測(cè)到基因轉(zhuǎn)錄,電鏡觀察能檢測(cè)到極少量的彈狀病毒顆粒。即SF9細(xì)胞中的彈狀病毒仍有以完整病毒形式存在的可能。該研究建議在生產(chǎn)的不同階段應(yīng)進(jìn)行敏感性檢測(cè),也可通過(guò)相關(guān)的病毒模型,結(jié)合病毒去除步驟,檢驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程的病毒安全性[14]。后續(xù)FDA跟蹤報(bào)道,說(shuō)明所有昆蟲(chóng)細(xì)胞來(lái)源的已上市疫苗產(chǎn)品,均對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估以證實(shí)不含外源病毒,其工藝均可保證生物制品的安全性[17]。
基于SF9細(xì)胞制備的重組人流感病毒疫苗(美國(guó) Protein Science公司,F(xiàn)lublokTM)已于 2013年經(jīng)FDA批準(zhǔn)上市,Protein Science公司發(fā)表文獻(xiàn),說(shuō)明該SF9細(xì)胞上清中可檢測(cè)到彈狀病毒的基因,但該基因缺失320個(gè)核苷酸,缺失序列包括X、L基因的轉(zhuǎn)錄基序;將SF9細(xì)胞上清經(jīng)密度梯度離心處理得到1.14 g/mL條帶,經(jīng)電鏡分析認(rèn)為,該條帶為無(wú)定型微粒,即未形成彈狀病毒顆粒;對(duì)該條帶進(jìn)行SDS-PAGE、LC-MS/MS分析,顯示為exosome蛋白、彈狀病毒N蛋白、截短的NPG蛋白;1.14 g/mL條帶可將桿狀病毒基因轉(zhuǎn)染SF9細(xì)胞,該結(jié)果與exosome功能一致[18]。與FDA發(fā)表的文獻(xiàn)不同,該研究未在SF9細(xì)胞中檢測(cè)到病毒顆粒,認(rèn)為可能與SF9細(xì)胞的批號(hào)及傳代歷史不同有關(guān),并認(rèn)為不同來(lái)源的細(xì)胞檢定結(jié)果難以外推至其他細(xì)胞[18]。
此外,有研究提示,某些SF9細(xì)胞系中彈狀病毒基因組整合至細(xì)胞基因組上,以轉(zhuǎn)錄單元存在[12]。總體來(lái)說(shuō),到目前為止,彈狀病毒在昆蟲(chóng)細(xì)胞中的存在形式有不同的結(jié)論,但感染性試驗(yàn)的結(jié)論基本一致,即彈狀病毒可以感染同類(lèi)昆蟲(chóng)細(xì)胞,但不感染人和其她哺乳動(dòng)物細(xì)胞[15,19-20]。
2007年,日本國(guó)家傳染病研究所在Hi-5中發(fā)現(xiàn)粉紋夜蛾細(xì)胞系病毒(trichoplusiani cell line virus,TnCLV)[21]。TnCLV與一種特征明顯的昆蟲(chóng)病毒—獸棚病毒(flock house virus,F(xiàn)HV)相似,又被稱(chēng)為獸棚病毒變異株(flock house virus variant,F(xiàn)HVvar),其與FHV核苷酸及氨基酸序列同源性為80%左右,且TnCLV衣殼蛋白可被一種多克隆抗FHV抗血清識(shí)別[21]。與彈狀病毒不同,TnCLV及FHV一般不被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物病原體,因此與SF彈狀病毒相比,對(duì)TnCLV污染的細(xì)胞株和易感性的研究較少。目前已知的只有粉紋夜蛾Tn衍生的昆蟲(chóng)細(xì)胞系受到TnCLV 的污染,SF 細(xì)胞中不存在 TnCLV 污染[4,21]。
除外源病毒污染外,SF9和Hi-5細(xì)胞的逆轉(zhuǎn)錄酶檢測(cè)均為陽(yáng)性。此外,有證據(jù)表明,SF9細(xì)胞可被圣路易斯腦炎病毒、登革熱病毒、日本乙型腦炎病毒、切昆貢亞熱病毒感染,因此建議企業(yè)關(guān)注昆蟲(chóng)細(xì)胞中蟲(chóng)媒病毒的檢定[4]。
SF-RVN是目前唯一報(bào)道的無(wú)任何可檢測(cè)到彈狀病毒污染的SF細(xì)胞株,其形態(tài)、生長(zhǎng)特性、對(duì)桿狀病毒感染的反應(yīng)和重組蛋白產(chǎn)量均與SF9差異不大[18,20],但比 SF9 具有更好的生物安全性,更適用于生物制品的生產(chǎn)[4]。此外,據(jù)了解,國(guó)內(nèi)也有企業(yè)購(gòu)買(mǎi)商業(yè)化SF9細(xì)胞后,經(jīng)單克隆篩選得到彈狀病毒陰性的SF9細(xì)胞。鑒于國(guó)內(nèi)外均已獲得不含彈狀病毒的SF9細(xì)胞,因此建議有意愿采用SF9昆蟲(chóng)細(xì)胞進(jìn)行疫苗研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè),盡量在研發(fā)早期選用無(wú)外源病毒污染的細(xì)胞株。
彈狀病毒的發(fā)現(xiàn)(2014年)是在含有彈狀病毒的SF9細(xì)胞生產(chǎn)的Flublok上市(2013年)之后,并且之后FDA批準(zhǔn)了Flublok的四價(jià)流感疫苗。基于此,有些研發(fā)企業(yè)認(rèn)為若后續(xù)的病毒滅活和工藝控制可完全去除彈狀病毒,使用含有彈狀病毒的SF9細(xì)胞進(jìn)行預(yù)防性疫苗的生產(chǎn)是可以接受的。雖然目前尚無(wú)證據(jù)表明彈狀病毒對(duì)人具有感染性,但在已知SF9細(xì)胞含有彈狀病毒的前提下,作為生產(chǎn)中的外源病毒仍具有潛在的風(fēng)險(xiǎn),在我國(guó)進(jìn)行臨床試驗(yàn)申報(bào)仍建議研發(fā)企業(yè)深入鑒定、評(píng)價(jià)所用的SF9細(xì)胞,如基因組測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、質(zhì)譜、電鏡檢測(cè)等,明確彈狀病毒是以核酸片段形式存在,還是以病毒顆粒形式存在。若彈狀病毒以病毒顆粒形式存在,則不符合《中國(guó)藥典》“疫苗總論”要求:種子批無(wú)外源因子污染。若確認(rèn)不是以完整病毒存在,而是以核酸片段存在,則需闡明存在方式,并加強(qiáng)細(xì)胞庫(kù)和毒種庫(kù)以及生產(chǎn)工藝中間品的檢定:如增加彈狀病毒檢測(cè)靶點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄或蛋白水平檢測(cè)等,確保無(wú)污染風(fēng)險(xiǎn)。只有以核酸片段的形式存在,才能進(jìn)一步評(píng)估產(chǎn)品的必要性和獲益,以及該疫苗臨床是否急需綜合評(píng)價(jià),考慮開(kāi)展早期臨床試驗(yàn)。但若要進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn),毒種制備用SF9細(xì)胞應(yīng)使用克隆篩選后無(wú)彈狀病毒污染的細(xì)胞株,即Ⅲ期臨床前需完成無(wú)彈狀病毒污染細(xì)胞株的篩選。
在審評(píng)過(guò)程中曾發(fā)現(xiàn)采用Hi-5細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)的某產(chǎn)品,在其研發(fā)早期,種子庫(kù)中檢測(cè)到FHVvar病毒RNA,并通過(guò)電鏡在細(xì)胞質(zhì)中觀察到一種病毒顆粒樣結(jié)構(gòu)。審評(píng)采用與上述SF彈狀病毒一致的原則,要求申請(qǐng)人進(jìn)行廣泛研究(參照上述SF彈狀病毒),明確該外源病毒的存在形式,并證實(shí)該外源因子不具備在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中擴(kuò)增和感染的能力,同樣,若要進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn),應(yīng)篩選不含F(xiàn)HVvar的細(xì)胞株。后期申請(qǐng)人采用終點(diǎn)稀釋法對(duì)該細(xì)胞進(jìn)行克隆和篩選,得到不含F(xiàn)HVvar病毒RNA的Hi-5細(xì)胞克隆,并采用該細(xì)胞株重新建立了生產(chǎn)用細(xì)胞庫(kù),F(xiàn)HVvar RNA檢測(cè)陰性。出于安全性考慮,藥審中心仍要求申請(qǐng)人在研發(fā)相關(guān)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行FHVvar病毒檢測(cè),且結(jié)果應(yīng)為陰性。
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,國(guó)外幾個(gè)研究小組已獨(dú)立獲得6個(gè)無(wú)TnCLV污染的Tn細(xì)胞系,但這些細(xì)胞系的克隆狀態(tài)、特征程度均不同[4]。據(jù)了解,國(guó)內(nèi)也有生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)多輪細(xì)胞亞克隆及篩選,成功獲得了不含TnCLV的Hi-5細(xì)胞株。因此,建議疫苗研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)盡量在研發(fā)早期選用無(wú)TnCLV污染的Hi-5細(xì)胞。
目前已上市的疫苗除乙肝疫苗使用的CHO細(xì)胞外,生產(chǎn)用細(xì)胞基質(zhì)均未見(jiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶活性陽(yáng)性。《中國(guó)藥典》生物制品生產(chǎn)檢定用動(dòng)物細(xì)胞基質(zhì)制備及檢定規(guī)程中,對(duì)生產(chǎn)用細(xì)胞基質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄酶及逆轉(zhuǎn)錄病毒的要求為:若細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄酶活性檢測(cè)為陽(yáng)性,則需進(jìn)行透射電鏡檢查或PCR檢測(cè)及感染性試驗(yàn),以確證是否存在感染性逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒。可產(chǎn)生感染性逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒,且下游工藝不能證明病毒被清除的細(xì)胞基質(zhì)不得用于生產(chǎn)。因此,疫苗研發(fā)企業(yè)應(yīng)按照《中國(guó)藥典》的要求,進(jìn)一步確認(rèn)SF9和Hi-5細(xì)胞是否含有逆轉(zhuǎn)錄病毒,并建議在原液中進(jìn)一步闡明是否有逆轉(zhuǎn)錄病毒序列,開(kāi)展昆蟲(chóng)細(xì)胞中逆轉(zhuǎn)錄酶活性相關(guān)的轉(zhuǎn)座子風(fēng)險(xiǎn)研究。
目前WHO細(xì)胞基質(zhì)技術(shù)指南和FDA細(xì)胞基質(zhì)技術(shù)指南均無(wú)對(duì)昆蟲(chóng)細(xì)胞細(xì)胞基質(zhì)殘留的定量限度要求。建議申請(qǐng)人采用目前國(guó)內(nèi)外具有一定認(rèn)可程度的昆蟲(chóng)表達(dá)體系試劑盒或斑點(diǎn)雜交法進(jìn)行殘留DNA、殘留宿主細(xì)胞蛋白的檢測(cè)。原則上,在方法學(xué)可比的基礎(chǔ)上,昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì)殘留應(yīng)不高于已上市同類(lèi)產(chǎn)品的要求。此外,對(duì)于DNA殘留應(yīng)結(jié)合成瘤性檢測(cè)綜合評(píng)估,雖然體內(nèi)法是成瘤性評(píng)估的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但昆蟲(chóng)細(xì)胞的生長(zhǎng)溫度為27℃,因此成瘤性試驗(yàn)采用的動(dòng)物模型(動(dòng)物體溫為37℃)不適用,可考慮進(jìn)行軟瓊脂克隆作為參考,并進(jìn)一步對(duì)核酸殘留進(jìn)行質(zhì)控,以進(jìn)行更好的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。由于昆蟲(chóng)細(xì)胞基質(zhì)可參考上市產(chǎn)品較少,對(duì)于宿主細(xì)胞蛋白及DNA殘留風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究較少,企業(yè)應(yīng)在臨床前研究中充分評(píng)估安全性風(fēng)險(xiǎn)后,再考慮開(kāi)展人體臨床研究。
昆蟲(chóng)細(xì)胞-桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)依賴(lài)于桿狀病毒的增殖生產(chǎn)目的蛋白,因此,桿狀病毒的去除為生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)。疫苗研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中,需參照《中國(guó)藥典-人用疫苗總論》、《重組制品生產(chǎn)用哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)量控制技術(shù)評(píng)價(jià)一般原則》以及ICH Q5A《來(lái)源于人或動(dòng)物細(xì)胞系生物技術(shù)產(chǎn)品的病毒安全性評(píng)價(jià)》指南的要求,制定全面系統(tǒng)的病毒去除/滅活措施以及嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),以控制產(chǎn)品潛在的病毒污染。此外,病毒滅活后應(yīng)考察滅活劑對(duì)重組蛋白完整性、免疫原性的影響,并對(duì)抗原蛋白的回收率等進(jìn)行研究。
由于昆蟲(chóng)細(xì)胞的生存環(huán)境使其經(jīng)常受到外源病毒的污染,考慮到目前的技術(shù)發(fā)展水平,昆蟲(chóng)細(xì)胞系只有在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè),以及生產(chǎn)過(guò)程中的嚴(yán)格質(zhì)控,才能被認(rèn)為無(wú)外源病毒。因此,昆蟲(chóng)細(xì)胞被用于生物制品生產(chǎn)或研究之前,應(yīng)廣泛檢測(cè)其是否存在外源病毒污染,并在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)施嚴(yán)格的措施以避免污染。若已選擇的昆蟲(chóng)細(xì)胞含有外源病毒,應(yīng)對(duì)該外源病毒進(jìn)行廣泛研究,盡量通過(guò)各種技術(shù)手段去除外源病毒污染。
綜上所述,由于對(duì)昆蟲(chóng)細(xì)胞的前期研究、背景資料和致瘤性風(fēng)險(xiǎn)等積累的認(rèn)識(shí)十分有限,其開(kāi)發(fā)應(yīng)用將引入新的安全性隱患,需慎重權(quán)衡利弊,在開(kāi)展充分研究的基礎(chǔ)上嚴(yán)格控制潛在的風(fēng)險(xiǎn)性。