非洲猪瘟病毒CRISPR/Cas9敲除技术研究进展

非洲猪瘟（Africanswine fever, ASF）是由非洲猪瘟病毒（African swine fever virus,ASFV）引起的一种急性、烈性、高度接触性的传染病，发病率高，死亡率可高达100%，一经确诊必须全部扑杀。世界动物卫生组织（Office international desépizooties，OIE）将ASF列为必须报告动物疫病，我国将其列为一类动物疫病，是重点防控的外来病。2018年8月3日，中国辽宁省沈阳市确诊国内首例非洲猪瘟疫情，疫点内913头生猪已经全部扑杀和无害化，消毒工作全面展开。虽然国内在此之前无非洲猪瘟疫病例报告，但相关防控以及疫苗研制工作一直在推进。研究人员在免疫佐剂、弱毒疫苗、DNA疫苗和亚单位疫苗（P72、P30、P54、P12）方面已进行了大量的工作，但遗憾的是，临床试验结果显示这些疫苗均不能提供良好的保护效率。近期研究发现通过建立非洲猪瘟病毒CRISPR/Cas9基因敲除操作技术平台，将为非洲猪瘟病毒基因功能研究和毒力基因缺失的新型弱毒疫苗研究提供便捷的工具。

一、传统ASFV疫苗研究进展

目前国内外已经研制出ASFV的灭活疫苗、亚单位疫苗、DNA疫苗、同源重组弱毒疫苗以及其他新型疫苗，但这几种疫苗都存在不同程度的局限性。

1、灭活疫苗

灭活疫苗是最经典最早期的疫苗研制方式。非洲猪瘟病毒刚被发现时，研究人员就已开始研制灭活疫苗。然而，至今为止，使用或不使用佐剂都不能诱导机体产生有效保护性反应，经加热、复方碘溶液、甲苯、福尔马林、结晶紫、β-丙内酯、乙酰氮丙啶和缩水甘油醛处理的ASFV灭活疫苗虽部分能刺激猪产生抗体，但即使借助佐剂仍无法抵御ASFV的攻击。

2、亚单位疫苗

亚单位疫苗的研究策略主要是将具有中和表位的ASFV保护性抗原基因在原核或真核细胞中表达，然后将产生的蛋白质或多肽递呈给抗原递呈细胞，以诱导产生高滴度的抗ASFV中和抗体。ASFV编码的结构蛋白有很多。恢复期猪血清显示P72、P30和P54为感染过程中引起体液免疫应答最重要的３个抗原蛋白。针对P72和P54的抗体可以阻止病毒吸附，针对P30的抗体可以阻止病毒内吞。但目前大量研究结果显示，将这3个蛋白质作为ASF亚单位疫苗仅可提供部分保护或没有保护。

3、DNA疫苗

DNA疫苗又称核酸疫苗。作为新一代的疫苗研制方向，ASFV的相关研究工作也已经在开展。Argilaguet等利用真核表达质粒pCMV-PQ表达P30和P54，结果显示，该DNA疫苗免疫猪后无法抵御强毒株的攻击。随后，该实验室又进一步将ASFV血凝素蛋白基因和泛素基因（ubiquitin）连入上述DNA疫苗中，结果仍不能达到完全保护的功效。

4、同源重组弱毒疫苗

弱毒疫苗通常能赋予机体针对同源病毒的相对保护力，但针对异源病毒的保护力弱甚至没有保护力，同时弱毒疫苗还存在造成潜伏感染和毒力返强的可能性。对于弱毒疫苗的研制，同源重组一直是ASFV基因缺失的主导技术。但该方法的同源效率非常低，且需要经过多轮纯化才能去除野生型病毒。目前科学家们已利用同源重组技术成功构建了多种基因敲除的ASFV。重组致弱疫苗不仅可以提供良好的免疫保护，而且由于复制缺陷的特点，将显著降低疫苗毒株返强和毒副作用。然而，这类疫苗的动物实验仍停留在实验室阶段，由于大部分单一基因缺失毒株的毒力仍难以稳定致弱，至今很难应用于临床免疫防控。

5、细菌染色体组技术

由于ASFV的病毒DNA两端存在可变区，基因组DNA末端交叉连接成环形，病毒粒子含依赖于DNA的RNA多聚酶，而该聚合酶的亚基种类至今尚未全面了解。因此，至今难以在该病毒中使用细菌染色体组技术。

二、CRISPR/Cas9敲除技术在ASFV疫苗研究中的应用

1、CRISPR/Cas9敲除技术

CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats），被称为规律成簇间隔短回文重复，是一种来自细菌降解入侵的病毒DNA或其他外源DNA的免疫机制。在细菌及古细菌中，CRISPR系统共分成3类，其中Ⅰ类和Ⅲ类需要多种CRISPR相关蛋白（Cas蛋白）共同发挥作用，而Ⅱ类系统只需要一种Cas蛋白即可，这为其能够广泛应用提供了便利条件。目前，来自化脓链球菌的CRISPR/Cas9系统应用最为广泛。Cas9蛋白含有两个核酸酶结构域，可以分别切割DNA两条单链。Cas9首先与crRNA及tracrRNA结合成复合物，然后通过前间区序列邻近基序（protospacer adjacent motifs, PAM）结合并侵入DNA，形成RNA-DNA复合结构，进而对目的DNA双链进行切割，使DNA双链断裂。由于PAM序列结构简单（5'-NGG-3'），几乎可以在所有基因中找到大量靶点。迄今为止，CRISPR/Cas9系统已广泛用于动、植物和微生物的基因组改造。科研人员已经使用CRISPR系统编辑了多种病毒，例如I型单纯疱疹病毒，Epstein-Barr病毒，伪狂犬病毒和牛痘病毒等。2018年，CRISPR/Cas9系统已开始用于非洲猪瘟病毒的基因组改造，且敲除效率得到显著提升。

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