基于昆虫杆状病毒表达系统自身的特点和优势，目前已被广泛应用于药物研发、疫苗生产、重组病毒杀虫剂等众多领域。近几年的研究也表明，AcMNPV病毒也可作为哺乳动物基因治疗的载体。
本文系统梳理杆状病毒表达系统在疫苗、抗体研发、基因治疗、生物农药四大领域的最新应用进展，并附应用领域速查表与常见问题解答。
本文内容速览：
- 一、在疫苗中的应用（已获批产品与最新临床进展）
- 二、在抗体研发中的应用
- 三、在基因治疗中的应用
- 四、在生物农药方面的应用
- 五、应用领域速查表
- 六、常见问题解答（FAQ）
PART 01一、在疫苗中的应用
昆虫杆状病毒表达载体系统具有重组蛋白表达量高、蛋白翻译后修饰全面、适合大规模生产等优势，故其在疫苗研发方面获得了广泛的应用。
已获批上市的重要疫苗
- Cervarix（2009年FDA批准）：第一个利用昆虫杆状病毒表达系统生产的人用疫苗，以由人乳头瘤状病毒（HPV）16、18型L1蛋白所组成的病毒样颗粒作为主要成分，以AS04作为佐剂，临床研究表明其能诱导产生针对HPV16、18型的高滴度IgG抗体，并对HPV16、18型的感染能提供100%的保护。
- Flublok（2013年FDA批准）：第一个用昆虫杆状病毒表达系统和重组DNA技术制造的三价流感疫苗，用于19至49岁人群季节性流感的预防。
- Novavax新冠疫苗NVX-CoV2373：含在Sf9昆虫细胞中表达的重组刺突蛋白，临床试验中取得了89.7%的有效率，已获得全球授权，包括2024-2025年更新配方。WestVac开发的重组RBD疫苗和基于三聚体RBD的疫苗也均已在中国获得紧急使用授权。
- Vimkunya（2025年2月FDA批准）：丹麦Bavarian Nordic公司的基孔肯雅热VLP重组疫苗，用于12岁以上青少年及成人，单次接种。基于12岁以上健康人群3500余人的两项III期临床试验结果，接种21天后最高97.8%的受试者产生抗体。
图1 利用昆虫杆状病毒表达系统生产的已上市疫苗（部分）
正在进行临床试验的疫苗项目
目前也有许多利用昆虫杆状病毒表达系统且正在进行临床试验的项目，并取得了一定的进展：
- Glenn等以Sf9细胞表达的呼吸道合胞病毒F蛋白作为主要成分的疫苗进行了随机、双盲和安慰剂对照的临床I期试验，结果表明疫苗耐受性好，没有明显的剂量依赖的毒性和严重不良反应，与对照组相比，免疫组人群的血清中抗F蛋白抗体的水平有7～19倍的提升。
- Novavax公司开发的呼吸道合胞病毒（RSV）F蛋白纳米颗粒疫苗（III期临床试验）和埃博拉病毒糖蛋白纳米颗粒疫苗（I期临床试验）。
- 武田制药和HilleVax联合开发的二价诺如病毒样颗粒疫苗HIL-214（II期临床试验）。
- 神州细胞开发的重组14价人乳头瘤病毒VLP疫苗（SCT1000，III期临床试验）。
- 康希诺生物开发的一种重组三价脊髓灰质炎病毒VLP疫苗（I期临床试验）。
- 2024年发表的FluGuard®重组四价流感疫苗（杆状病毒-昆虫细胞表达）III期扩展试验显示，在18岁以上人群中具有良好的安全性和足够的免疫原性。
动物疫苗领域：昆虫细胞表达系统已成为兽用疫苗研发的领先平台。该系统已被应用于针对经典猪瘟病毒的亚单位疫苗和针对猪圆环病毒2型的VLP疫苗的生产，这两种疫苗均已实现商业化应用。
PART 02二、在抗体研发中的应用
昆虫杆状病毒表达系统所表达的蛋白具有正确的糖基化修饰和完整的生物学功能，且重组蛋白表达量高、重组表达载体构建快、成本也相对较低，这些特点都能满足研发与生产治疗性抗体的需要。
作为一种具有完整翻译后修饰功能的真核表达系统，昆虫杆状病毒表达系统在表达人源化抗体的时候经常能使其以可溶的形式分泌表达，尤其是表达不完全抗体片段（如Fab、ScFv等）时。
- 研究表明，在High Five细胞系中，与蛋白二硫键异构酶（PDI）或人热休克蛋白Hsp70共表达可提高IgG的分泌表达水平，这可能与PDI和Hsp70能帮助抗体片段形成正确折叠有关。
- Shao等利用Bac-to-Bac系统成功表达了具有结合人SW480和SW620结直肠癌细胞能力的CO17-1A单克隆抗体，并优化了其在Sf9细胞中表达的条件。
- Palmberger等利用3种昆虫细胞和CHO细胞表达人抗gp41抗体3D6，结果表明3种昆虫细胞系与CHO细胞一样，所表达的抗体N-聚糖都具有岩藻糖残基，尤其是High Five细胞，表达产物具有高含量的核α1,3-岩藻糖。
- Sebastian等利用粉纹夜蛾幼虫表达了2种针对A型轮状病毒VP6蛋白的单域重链抗体（VHH）3B2和2KD1，表达量分别占总可溶蛋白的2.62%和3.63%，体外和体内检测表明重组抗体具有完整的生物学功能。
- Wang等用重组了针对H5N1型流感病毒血凝素单克隆抗体基因的表达载体转染果蝇施耐德2细胞，批次培养收获了201 mg蛋白，灌注培养收获了8212 mg蛋白，所表达的重组抗体均具有完整的中和活性。
杆状病毒表面展示技术：杆状病毒表面展示技术将抗体片段表达于杆状病毒表面，是一种有效的筛选和生产高亲和力和高特异性抗体的手段。它属于高等真核生物展示系统，可弥补原核展示系统的不足，并保持表面展示系统的优点。
PART 03三、在基因治疗中的应用
基因治疗是指向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片段，以纠正或补偿基因的缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。
目前研究较多的病毒载体有逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、疱疹病毒和慢病毒等。在重组病毒制备、外源基因插入长度、感染细胞特异性、转导效率、免疫原性、细胞毒性和安全性等方面的缺陷限制了它们的使用。
杆状病毒的独特优势：尽管杆状病毒仅感染无脊椎动物，还未有直接的证据表明其对脊椎动物也具有感染性，但杆状病毒却具备进入许多非昆虫细胞内的能力，只是它只能够在昆虫细胞内才能复制与释放。进入非昆虫细胞内的机制很可能是通过与不同细胞表面的物质进行非特异性结合而实现的，如硫酸乙酰肝素蛋白多糖和磷脂等，这使得杆状病毒作为一种新的基因治疗传递载体成为可能。
研究表明，杆状病毒可以转导非分裂期细胞，主要是在G1期向S期过渡的阶段，这使得其作为基因治疗载体的效率更高。
- 椎间盘退变治疗：构建含CMV启动子启动的绿色荧光蛋白基因的重组AcMNPV，体内实验表明杆状病毒能有效转导兔的椎间盘细胞，同时不具有毒性，证明了Sox9基因对椎间盘退化的治疗效果。
- 高效基因递送（2025年）：一项研究发现，高MOI杆状病毒感染可作为一个非常高效且通用的平台，用于在多种哺乳动物细胞类型以及动物模型的各种器官和神经组织中进行基因递送。在体外，Sf9、HepG2和Vero E6细胞显示出高转导率（分别为95.52%、80.53%和80.87%），即使在MOI为1000时细胞活力也基本未受影响。
- 大型基因转导（2025年）：通过改良杆状病毒载体系统，首次在哺乳动物原代肌肉干细胞中实现大型机械敏感离子通道PIEZO1（约77 kb）的高效表达，杆状病毒载体具有高达38 kb的包装容量，远高于慢病毒等载体。
- 心肌梗死基因治疗（2025年）：通过杆状病毒载体将转录因子MEIS1递送至心肌梗死绵羊的梗死周边区，可显著上调血管生成基因（如VEGF、HIF-1α等）表达，并促进毛细血管和小动脉新生。
- 杆状病毒用于基因治疗载体的安全性高，在没有选择压力存在的情况下，杆状病毒不会像逆转录病毒一样将基因组整合到宿主细胞中，所以不会引起细胞的转化与癌变。
- 但杆状病毒易被血清中的补体迅速灭活，所以其更适合于免疫赦免区的基因治疗，如脑、眼和睾丸，因为这些部位都具有血屏障，能保护杆状病毒免受补体的影响。
- 这也使得杆状病毒用于基因治疗载体在中枢神经系统性疾病中的应用将会更加广泛。
PART 04四、在生物农药方面的应用
化学农药的普遍使用使市售蔬菜水果大部分含有残留的化学农药，给人们的健康带来了严重的影响。杆状病毒是节肢动物的天敌，相比于化学农药：
- 昆虫病毒杀虫剂的使用量要小很多。
- 与化学农药不同的是，昆虫对于杆状病毒的抗性比较弱，不会产生明显的耐药性。
- 对人类和自然环境也比较温和，不易引起大规模的生态平衡的破坏。
因此，利用其作为杀虫剂已经成为现今生物农药研究的热点。
- 野生型杆状病毒因其杀虫的速度较慢，有必要进行重组改造。
- 20世纪90年代早期已逐渐发展了一些重组了细菌、螨虫、蝎子和黄蜂的毒蛋白基因的杆状病毒，这些重组的杆状病毒的杀虫效应有了一定的提高，发挥效应的速度也有所加快。
- HaSNPV-AaIT：通过插入昆虫选择性蝎神经毒素基因（AaIT）构建的重组病毒，根据龄期不同可使棉铃虫幼虫失能速度比野生型病毒快17-43%。田间试验表明，在整个棉花季节施用HaSNPV-AaIT比施用野生型HaSNPV可提高棉花皮棉产量22%。
- NezhNPV：2024年从死亡幼虫中分离的一种新型核多角体病毒，作为浙江松叶蜂（一种新兴森林害虫）的新型生物防治剂，可减少对化学防治的依赖。
选择考量：由于重组杆状病毒多利用多角体启动子来进行表达，其多角体基因已被删除，故相比于野生型杆状病毒，其对自然环境具有更高的敏感性。所以在选择使用野生型杆状病毒和重组型杆状病毒作为生物农药时要做综合考虑。
速查五、应用领域速查表
| 应用领域 | 核心优势 | 代表案例 / 进展 |
|---|---|---|
| 疫苗 | 表达量高、翻译后修饰全面、适合大规模生产；VLP可自组装且无感染性 | Cervarix（HPV）、Flublok（流感）、Novavax新冠疫苗、Vimkunya（基孔肯雅热，2025年获批） |
| 抗体研发 | 正确糖基化修饰、可溶分泌表达、载体构建快、成本较低 | CO17-1A单抗、抗gp41抗体3D6、H5N1单抗扩大化培养 |
| 基因治疗 | 安全性高（不整合基因组）、可转导非分裂期细胞、包装容量高达38 kb | 椎间盘退变治疗、高MOI高效基因递送、PIEZO1大型基因转导、MEIS1心肌基因治疗 |
| 生物农药 | 不易产生耐药性、对环境和人畜温和、生物安全性高 | HaSNPV-AaIT（棉铃虫防治）、NezhNPV（新型森林害虫防治） |
FAQ六、常见问题解答
Q1：杆状病毒表达系统在疫苗领域有哪些已获批产品？
已获批产品包括：Cervarix（2009年FDA批准的第一个利用昆虫杆状病毒表达系统生产的人用疫苗）；Flublok（2013年FDA批准的第一个用昆虫杆状病毒表达系统和重组DNA技术制造的三价流感疫苗）；Novavax新冠疫苗NVX-CoV2373（含Sf9昆虫细胞表达的重组刺突蛋白，已获得全球授权，包括2024-2025年更新配方）；Vimkunya（2025年2月FDA批准的基孔肯雅热VLP重组疫苗，用于12岁以上人群）。此外，WestVac开发的重组RBD疫苗也已在中国获得紧急使用授权。
Q2：杆状病毒作为基因治疗载体有什么优势和局限？
优势：杆状病毒不会将基因组整合到宿主细胞中，不会引起细胞的转化与癌变，安全性高；可转导非分裂期细胞，主要在G1期向S期过渡阶段；包装容量高达38 kb，远高于慢病毒等常用载体。局限：杆状病毒易被血清中的补体迅速灭活，因此更适合于免疫赦免区的基因治疗，如脑、眼和睾丸。
Q3：杆状病毒表达系统在抗体研发中有什么优势？
昆虫杆状病毒表达系统所表达的蛋白具有正确的糖基化修饰和完整的生物学功能，且重组蛋白表达量高、重组表达载体构建快、成本相对较低，这些特点能满足研发与生产治疗性抗体的需要。在表达人源化抗体时经常能使其以可溶的形式分泌表达，尤其是表达不完全抗体片段（如Fab、ScFv等）时。
Q4：杆状病毒作为生物农药有什么优势和局限？
优势：昆虫对于杆状病毒的抗性比较弱，不会产生明显的耐药性，对人类和自然环境也比较温和，不易引起大规模的生态平衡破坏。局限：野生型杆状病毒杀虫速度较慢，有必要进行重组改造。但由于重组杆状病毒多利用多角体启动子来进行表达，其多角体基因已被删除，故相比于野生型杆状病毒，其对自然环境具有更高的敏感性，所以在选择使用野生型杆状病毒和重组型杆状病毒作为生物农药时要做综合考虑。
Q5：杆状病毒表面展示技术在抗体研发中有哪些应用？
杆状病毒表面展示技术将外源蛋白与杆状病毒外壳蛋白或囊膜糖蛋白融合，从而将外源蛋白表达于杆状病毒表面，通过筛选得到有特异性外源蛋白表达的杆状病毒粒子，并能构建特异性外源蛋白库。利用杆状病毒表面展示技术，将抗体片段表达于杆状病毒表面，是一种有效的筛选和生产高亲和力和高特异性抗体的手段。
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