疫苗不同生产技术的特性概述

陈秋萍

（北京市朝阳区六里屯社区卫生服务中心100026）

摘要：无论是疫苗的常规免疫或者是大流行下的疾病控制，疫苗对人类的文明发展做出了不可估量的贡献。随着科学技术的发展和对病原菌的认识提高，疫苗的生产也经历的几次技术革命，以减毒活疫苗、灭活疫苗为主的的第一次技术革命；以病毒载体疫苗、基因工程疫苗、多糖结合疫苗为代表的第二次技术革命；以核酸疫苗（包括DNA疫苗、mRNA疫苗）为代表的第三次技术革命。研发热度比较高的转基因植物疫苗或将成为新一代疫苗技术革新。

关键词：疫苗 技术革命 病毒载体 基因工程 多糖结合 mRNA疫苗

疫苗是为了预防、控制疾病的发生或流行，用病原体(如细菌、病毒等)的成分或减毒的病原体等制成的可诱导机体产生特定性免疫力的生物制品。自18世纪人类发现接种牛痘可以预防天花以来,疫苗已成为人类抵御病原体感染、预防疾病发生的重要手段。疫苗在保障人类健康和国家生物安全方面发挥了巨大作用，疫苗的应用已历经200多年的检验，极大地减轻了全世界传染病的疾病负担[1]。随着科学技术的不断发展和对病原微生物的认知水平的提高，疫苗的研制技术也经历了3次的技术革命。

第一次技术革命为传统疫苗时代，发生于19世纪末20世纪初，主要通过生物传代或物理化学方法处理病原体得到减毒或灭活疫苗。

【减毒活疫苗】

1884年研制了首个病毒减毒活疫苗——狂犬病疫苗, 由于巴斯德在疫苗研制方面做出了巨大贡献被誉为“疫苗之父” [2]。减毒活疫苗是将病毒通过一定的方式进行处理,获得毒性减低的毒株而制成的疫苗。目前使用的如：麻疹减毒活疫苗、水痘减毒活疫苗、带状疱疹减毒活疫苗等。将病原体毒性减弱后，接种到人体，仍保留其抗原性的一类疫苗，模拟了自然感染过程，所以活疫苗的预防效果通常优于灭活疫苗，能够诱导体液免疫和细胞免疫应答。在减毒活疫苗的研发中,需要特别注意的是确保减毒毒株无法通过重组发生表型逆转而恢复其致病性[3]，不适用于高致病性病原体。

【灭活疫苗】

在减毒活疫苗的基础之上，德国科学家柯利(Kolle)于1896年用琼脂培养霍乱弧菌后再将其加热杀死，经过多次改进制成了灭活疫苗。灭活病毒疫苗的研发工艺主要是通过在细胞基质上对病毒进行培养，然后用物理或化学方法将具有感染性的病毒杀死但同时保持其抗原颗粒的完整性，使其失去致病力而保留抗原性[4]，目前使用的如：流感灭活疫苗、EV71灭活疫苗、甲肝灭活疫苗等。灭活疫苗的主要特点是疫苗的成分和天然的病毒结构比较相似，是把病原体整个杀灭后直接做成疫苗，被灭活但仍可被机体的免疫系统识别，并产生有效的免疫应答，可用于免疫系统相对较弱的个体[5]。其缺点主要为免疫原性相对较弱，一般需进行多次接种。病毒疫苗相比更稳定和安全，不会发生因疫苗接种而导致的感染。

【亚单位疫苗】

整个个灭活疫苗的病原体，真正能让身体产生免疫力的，其实只是其中一部分特异性免疫原成分，亚单位疫苗就是通过化学分解或蛋白质水解等手段提取病原体上的具有免疫活性的片段制成的疫苗，也称组分疫苗，如：流感病毒亚单位疫苗、肺炎多糖疫苗。由于疫苗只有病原体的某种特定的抗原蛋白，不是整个病原体，所以不存在感染风险[6]，但是蛋白或多肽成分免疫原性较弱，往往需要佐剂增强、多次注射。

第二次技术革命是发生在 20 世纪 80 年代，疫苗研制能够从整体病原体水平进阶到分子水平，以基因重组技术和蛋白质化学技术为基础开创了疫苗研制的第2次革命，以酵母制备乙肝疫苗作为二次疫苗革命的分水岭。

【基因工程亚单位疫苗】

基因工程亚单位疫苗是利用DNA重组技术将病毒目的抗原基因通过重组的方式构建在表达载体上，再转化到细菌、酵母、哺乳动物或昆虫细胞中，诱导表达出抗原蛋白，最后纯化后制成疫苗，又称重组亚单位疫苗, 因缺少病毒基因组，不具有传染性，安全性更高。。目前使用的如：重组乙肝疫苗、重做人乳头瘤病毒疫苗、重组带状疱疹疫苗等。由于疫苗是利用不同表达系统来表达病原体的部分蛋白作为抗原，最终表达的抗原蛋白可能跟病毒蛋白的天然构象存在差异[7]，而影响疫苗的免疫原性.大肠杆菌是用于高表达衣壳蛋白的首选宿主工程细胞[8], 杆状病毒-昆虫和酵母也是衣壳蛋白的重要表达系统。

【病毒载体疫苗】

重组病毒载体疫苗是以经过基因工程加工改造的病毒作为载体，获得的重组病毒能在机体内利用宿主的遗传物质进行表达目的抗原蛋白，并诱导机体产生相应抗体，从而达到免疫接种的目的[9]，病毒感染人体后表达病毒的抗原蛋白从而产生免疫原性。常见的DNA病毒载体有：疱疹病毒、杆状病毒、痘病毒、和腺病毒，腺病毒具有细胞嗜性广、稳定性好、安全性高、有多种血清型可供选择等优点[10]。重组病毒载体疫苗由于利用了外源性病毒载体,因此具有双重的免疫作用，其进入人体后需要克服针对病毒载体的预存免疫,预存的病毒抗体往往会使这类疫苗的效力大大削弱甚至消除。病毒载体疫苗还具有制备周期短、生产工艺能很快放大、且能够表达高量蛋白等优点。尽管使用的致病菌载体是经过减毒的，但其仍保留微弱的毒性，而且还存在着毒力返强的突变风险，提升微生物作为疫苗载体的安全性，是疫苗载体安全性研究的一个重要方[11]。

【合成肽疫苗】

合成肽疫苗是利用蛋白质化学技术，对病原体抗原决定簇中免疫应答起关键作用的小部分抗原核苷酸序列人工合成出具有免疫活性的保护性多肽或抗原表位制成的疫苗称为合成肽疫苗。这种分子中含较多的抗原表位肽，不需载体蛋白就能对机体诱导出较高的免疫应答。这种设计方法使疫苗的一个分子中能够包含多种特异性的表位，能够很好的模拟表位构象，可诱导更好的保护力[12]。合成肽疫苗的研究最早始于口蹄疫病毒的合成肽疫苗，这类疫苗不含核酸成分，安全性高，但免疫原性较低，但使用合适载体和佐剂可以增强其免疫原性，是目前研发感染性疾病和恶性肿瘤新型疫苗的热门方向之一。

【多糖结合疫苗】

随着抗生素的使用，病原细菌感染的状况在一段时间内得到极大的改善，但抗生素滥用导致细菌耐药性的出现，各类细菌性疫苗的研制又重新引起了人们极大的兴趣，如：肺炎球菌多糖疫苗、脑膜炎奈色球菌疫苗、肺炎多糖结合疫苗、流感嗜血杆菌结合疫苗等。多糖属于2型T细胞非依赖抗原，在整个免疫过程中并没有T 细胞的参与，因此不会形成免疫记忆，产生的抗体主要是亲和力较低的IgM和IgG。多糖结合疫苗是指采用化学方法将细菌的荚膜多糖共价结合在蛋白载体上生产的多糖-蛋白结合物，使非T细胞依赖性的多糖抗原转变为T细胞依赖性抗原，可以提高细菌疫苗多糖抗原的免疫原性，刺激细胞免疫记忆。早期动物试验证明，当多糖连接上蛋白后可以加强其免疫原性，这种免疫机制与多糖疫苗引起的免疫机制完全不同，不仅能刺激机体产生非T细胞依赖免疫反应，还能引起T细胞依赖免疫反应，产生长久的免疫效果[13]。在疫苗的制备过程中，每一种血清型都有适合结合方法，多糖与蛋白结合反应过程的各个环节都十分重要，结合疫苗的免疫原性也受到多种因素的影响,如多糖的活化程度、分子量大小、结合物中多糖与蛋白的比例、交联程度、游离糖及游离蛋白的含量等[14] 。

第三次技术革命是20世纪90年代研制成功核酸疫苗，1995年美国纽约科学院召开专门研讨核酸疫苗会议，称之为疫苗学的新纪元和疫苗的第三次革命。核酸疫苗继传统减毒疫苗、灭活疫苗和基因工程亚单位疫苗之后被行业内称为“第三代疫苗技术”，核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗[15]。重组质粒DNA疫苗作为成熟的疫苗研发平台已应用多年,而mRNA疫苗则作为新兴平台成为病毒疫苗研发领域的热点。

【mRNA疫苗】

mRNA疫苗的机制是通过将编码抗原蛋白的mRNA接种到宿主，然后在体内细胞中利用宿主的遗传物质进行表达合成抗原蛋白，通过抗原蛋白诱导和激活机体的免疫系统产生免疫反应，从而达到预防和治疗疾病的目的[16]。mRNA疫苗生产过程中不使用病原体及抗生素，提高了生物安全性，同时能够激活体液免疫和细胞免疫[17]，且易于规模化生产，针对病原体变异有效性高。

【展望】

1798年是科学史上具有里程碑意义的一年，人类发明了应用疫苗接种预防天花的新技术。近年来，随着科学技术的发展，治疗性疫苗也得到了阶段性的进展。人们利用肿瘤细胞与正常细胞之间的某些生物学性状的差异，构建了肿瘤选择增殖型腺病毒，最终溶解肿瘤细胞，减少了对正常细胞的细胞毒性和对宿主的免疫反应[18]。随着植物转基因技术的兴起，从上个世纪90年代初就开始应用转基因植物作为表达哺乳动物病原抗原蛋白的异源表达载体，已经表达成功的抗原蛋白有乙型肝炎病毒表面抗原、狂犬病病毒表面抗原等。利用植物作为疫苗蛋白表达载体仍处于实验室试验阶段，要真正实现产业化还有很长一段路要走。总之，随着最生物技术、分子生物学、基因工程技术、遗传学、生物化学等学科技术的发展，终将疫苗的生产带入下一个全新的时代。

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