生物技术与人类健康

第一代疫苗
• 公元10世纪 ，人类就利用疫苗预防传染病， 我国有接种人痘预防天花的记载。 • 1796年，英国医生Jenner发现牛痘也可 感染人，且感染者对天花终生免疫，随后 使用牛痘代替人痘接种。 • 1980年5月，第33届世界卫生大会宣告 全世界已消灭天花。这是人类利用疫苗战 胜烈性传染病的一项伟大壮举。
• 可将同一病原体的不同抗原决定簇重组在 一个基因上，表达含不同抗原决定簇的多 表位抗原。 • 将不同病原体的抗原克隆在同一工程菌或 工程细胞，表达不同病原体的抗原，制备 成多价疫苗。
第三代疫苗
• 1990年，Wolff首先报道了小鼠肌肉注射 质粒DNA后，质粒及其所携带的基因可被 细胞摄取并表达。 • 将含有编码目的蛋白质基因序列的质粒载 体DNA，经肌肉注射或微弹轰击等方法导 入体内，通过宿主细胞表达系统表达抗原 蛋白，诱导宿主产生对抗原蛋白的免疫应 答，这种疫苗称为第三代疫苗。
• 我国乙型肝炎感染情况相当严重，全国无 症状携带者约占抽样总人口的1/10，约有 3000万人为慢性乙肝患者，每年新发现的 乙肝患者约占总人口的0.7%。 • 乙肝主要传播途径是血液传播和母婴传播。
乙肝疫苗
• 1982年，乙肝疫苗首次在美国面市，当时 的疫苗是从人携带者的血液中分离出的病 毒经灭活后作为疫苗，价格昂贵，且为血 源制品，安全上没有保障，有些国家已禁 止使用此类疫苗。
甲肝疫苗
• 甲型肝炎由消化道传染。 • 主要使用灭活疫苗、减毒疫苗和基因工程 疫苗。 • 基因工程疫苗是将基因工程空壳（不带病 毒的遗传物质）甲肝病毒及痘苗活病毒疫 苗（将甲肝病毒的抗原基因插入到减毒的 牛痘病毒基因组中） 构建重组病毒，经感 染可不断分泌甲肝抗原，达到长期免疫。
• 甲型和乙型肝炎是目前已知的所有病毒性 干眼中发病率最高和危害比较严重的传染 性疾病。 • 2001年美国FDA首先批准了甲乙型肝炎 联合疫苗。 • 2005年初我国也批准了甲乙型肝炎联合疫 苗，这也是我国自主研制开发生产的第一 支甲乙型肝炎联合疫苗。
• 现在除少数进入临床试验阶段，大多还处 于研究阶段。
10.2 生物技术与疾病诊断
• 传统的疾病诊断技术，要根据临床症状判 断，且需对病原物质进行分离培养；需要 花费较多的时间，成本高、速度慢，效率 低。 • 现代生物技术的开发应用，为医疗卫生领 域提供了崭新的诊断和检测技术。
ELISA和单克隆抗体
弱点： • 不安全性
– 生产过程繁殖的病原体对工作人员有健康威胁 – 减毒或灭活不彻底导致免疫者被感染
• 某些传染病使用效果不甚理想
第二代疫苗
• 基因工程技术发展，利用基因工程生 产疫苗。 • 将病原体的抗原基因克隆在细菌或真 核细胞内，利用细菌或细胞生产病原 体的抗原，这种疫苗被称为第二代疫 苗。
• 2004年11月25日，我国国家食品药品监督管 理局批准了我国自主研制的艾滋病疫苗进入I期临 床。 • 2005年3月12日，我国开始首次临床研究，在 广西对首批8名志愿者接种。 • 2006年6月11日，全部49名18岁至50岁的健 康成人受试者完成了180天随访观察，未出现明 显不良反应。疫苗注射15天后就能使人体产生针 对HIV的特异性细胞免疫反应。
第十章 生物技术与人类健康
• 医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、 成绩最显著、发展最迅速、潜力最大的一 个领域。 • 目前生物技术的实际应用约60%是在医药 卫生方面，主要表现在：
• 改进医药生产 • 开发新药品资源 • 改善医疗手段 • 提高医疗水平
美国生物技术产品销售（百万美元） 领域 1998年 2003年 人类疾病治疗 9120 16100 人类疾病诊断 2100 3100 农 业 420 1000 特制品 390 900 非医疗检验 270 400 合 计 12300 2150
DNA探针杂交技术
PCR技术
聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR） 是一项体外扩增特 异DNA片段的技术。 特点：灵敏度极高，可以检测极微量的 病原体。
利用PCR诊断遗传病
•临症诊断：是指遗传病出现临床症状后所进行的 诊断。 •症状前诊断：是指临床症状出现前所进行的诊断。 •产前诊断：胎儿出生前所进行的诊断。由于目前 大多遗传病无有效的治疗方法，因此产前诊断对于 降低遗传病的发生率，提高人口素质具有重要的意 义。
• ELISA技术称为酶联免疫吸附检测（enzyme linked immunosorbent assay），原理是： 将酶与抗体（原）交联成酶－抗体（原）符合物， 常用的有辣根过氧化物酶（HRP）、碱性磷酸酯 酶（AP）或脲酶等。将抗原或抗体吸附在以聚苯 乙烯制成的微孔滴定板上，使之固相化，免疫反 应和酶促反应均在其中进行，利用抗原与抗体的 特异结合以及酶将无色底物催化成有色底物，根 据在一定范围内酶量与颜色呈正相关的关系进行 检测。
艾滋病疫苗
• 艾滋病全称为人类获得性免疫缺陷综合症 （acquired immune deficiency syndrome, AIDS）是由人类免疫缺陷病毒 （HIV）的感染引起。自1981年在美国发现世 界上首例艾滋病以来，已有近4000万人感染， 报告的病例数已超过200万。至2006年，我国 被感染者和艾滋病患者为54万－76万人，其中 患者为6.5万－8.5万人，人群感染率已超过 0.04%-0.06%。
治疗性疫苗
• 1995年前医学界普遍认为，疫苗只作预防 疾病用，后来发现疫苗可以治疗一些难于 治疗的疾病，称为治疗性疫苗。这些疫苗 能在已感染或已患病的个体激发免疫应答， 清除已经感染的病原体和细胞，达到治疗 疾病的目的。
• 根据激活免疫特性的不同，分为： – 非特异性疫苗（增强机体免疫系统活性） – 特异性疫苗（治疗某一特定疾病）
• 1980年5月，法国科学家首先用基因工程 方法，在细菌和小鼠细胞中诱导产生乙肝 病毒的蛋白质，并证明有免疫原性。 • 1981年，Edman等成功克隆了乙肝表面 抗原基因并获得了大量的表面抗原。 • 1986年，美国FDA首先批准Merck公司 基因工程乙肝疫苗上市。
现在基因工程乙肝疫苗制备方法主要 有两种： – 美日等采用的，将重组DNA导入酵母菌， 产生乙肝抗原制成疫苗； – 以色列等采用的，将重组DNA导入仓鼠 细胞，由仓鼠细胞产生疫苗。 我国主要采用酵母表达系统产生疫苗， 也建立了仓鼠细胞表达系统。 • 但是使用过程中发现，约有10%的 接种者对乙肝疫苗无反应，所以新一代的 疫苗仍在研发。
• HIV病毒感染人体后，会在人的淋巴系统 复制、增殖、再释放入血液，是人的免疫 功能严重受损，感染者往往死于不可治愈 的机会感染或罕见的肿瘤。 • 艾滋病疫苗的研究是目前国际基因工程疫 苗研究投入最大的项目。
• 1986年人们开始研制HIV疫苗，现在全球有一 百多个艾滋病疫苗进入I期临床。 • 目前研究的疫苗主要有： 灭活病毒粒子疫苗 减毒活病毒疫苗 合成肽疫苗 活载体疫苗 核酸疫苗 由于艾滋病病毒多型善变的特点，研制的HIV疫 苗进入III期临床的很少。
2008年 27000 4300 2300 2000 600 36200
增长率% 11 7 19 18 8 11
（69％） 健康 农业（植物） 农业（动物） 化学/食品 其他 能源/环境
美国工业化生物技术研究与发展基金分布图
主要用途
• 常规方法不能生产的药品或制剂 • 替代化学合成或组织提取法等生产成 本昂贵的药品生产技术 • 临床诊断新试剂和新方法 • 新一代疫苗
主要产品
• 疫苗 • 单克隆抗体 • 基因探针 • 生物药品 • 治疗手段
10.1 生物技术与疫苗
• 疫苗可以在接受疫苗者体内建立对入侵物 质感染的免疫抗性，从而保护疫苗接受者 免受相应病原体的侵染。
• 对病原微生物，人体有强大而完善的防御 体系——免疫系统，可预防各种异己成分 的入侵，维持机体内环境的稳定，保证人 体健康。 • 疫苗带有致病原（病原微生物及其代谢产 物）信息的抗原成分，进入集体以后会被 机体识别，激活免疫系统产生抗体，以后 遇到相似的入侵物质，免疫系统仍会被激 活，使入侵病原体被中和失活或致死而排 出体外，使致病性降低或消失。
其他病毒性疾病疫苗
• 小儿麻痹疫苗（脊髓灰质炎病毒，中枢神 经系统疾病） • 狂犬病疫苗（狂犬病毒，中枢神经系统疾 病） • 疱疹病毒疫苗（疱疹病毒，淋巴系统疾病） • 流感疫苗（流感病毒，呼吸系统疾病）
细菌性疾病的疫苗
细菌感染在多数情况下可用抗生素控 制，因此目前使用的细菌基因工程疫苗没 有病毒疫苗广泛。主要有： 霍乱弧菌疫苗（霍乱，消化道传染病） 麻风杆菌疫苗（麻风，接触性传染病） 幽门螺杆菌疫苗（慢性胃炎、消化道 溃疡，消化道传染病）
• 19世纪中叶，法国科学家Parsteur首先 发明了减毒疫苗制备技术，用于牛、羊的 炭疽病预防。 • 1885年6月， Parsteur用制备的狂犬疫 苗挽救了一个被疯狗咬伤的男孩生命，这 是减毒疫苗首次用于人类。 • 病原体减毒或弱化的疫苗称为第一代疫苗。 现在的卡介苗、麻疹疫苗、乙脑疫苗都是 减毒疫苗。
特点：
• 具有第二代疫苗的安全性 • 如同第一代疫苗激发机体强免疫反应 • 免疫效果持久 • 制备简便 • 省时价廉
我国儿童计划免疫疫苗
我国卫生部将5种疫苗7种传染性 疾病列入儿童免疫的计划免疫，由国 家免费提供疫苗。
卡介苗（结核病） 乙肝疫苗 脊髓灰质炎疫苗 百白破疫苗（白喉-百日咳-破伤风） 麻疹疫苗
疫苗分类
• 病毒性疾病的疫苗 • 细菌性疾病的疫苗 • 寄生虫病疫苗 • DNA疫苗 • 治疗性疫苗
病毒性疫苗
• 肝炎病毒疫苗
• 肝炎病毒常见的为甲、乙、丙、丁、戊、庚六 种，全世界肝炎病毒携带者多达5亿人，每年 新患者达5000多万人，其中乙肝为最，携带 者多达2亿人。全世界范围内约有60％以上的 肝癌发病与乙肝有关。
ELISA
单克隆抗体
• 抗体的制备常用技术是用抗原直接免疫动 物，但是每个抗原往往会有多个抗原决定 簇，产生的抗体是一种混合物，是分别与 多个抗原决定簇结合的多种抗体，称为多 克隆抗体。缺点：
– 特异性较低 – 产品质量难于控制 – 生产过程费时、步骤多、成本高。
• 单克隆抗体是利用细胞融合技术，在体外 大量培养融合细胞，由融合细胞产生大量 抗体。优点：
单克隆抗体应用范围
• 鉴定微生物病原体 • 确定激素水平 • 检测肿瘤相关蛋白质 • 检测血液中的药物含量 • 肿瘤检测
DNA诊断技术
1978年Kan和Dozy首先应用羊水细 胞DNA限制性片段长度多态性（RFLP） 进行镰状细胞贫血症的产前诊断，开创了 DNA诊断的新技术。30多年来，DNA诊 断技术飞速发展，建立了多种多样的检测方 法，这些检测方法可以用于遗传性疾病、肿 瘤、传染性疾病等多种பைடு நூலகம்病的诊断。
寄生虫病疫苗
• 疟原虫疫苗（疟疾） • 血吸虫疫苗（慢性消耗性疾病）
DNA疫苗
• DNA疫苗是第三代疫苗，利用克隆于载体 上的病原基因直接注射机体（皮下、皮内、 肌肉等）、口服、鼻内滴注、鼻腔喷雾等， 被细胞摄取并在细胞内表达相应的抗原， 通过不同途径诱导机体的免疫应答。
优点：
• 易于制备 • 便于保存 • 基因在细胞的持续表达可达到持续 免疫效果 • 可制成多联多价疫苗 • 激发细胞免疫
– 特异性强 – 成分均一 – 灵敏度高 – 产量大 – 容易标准化生产
1975年Milstein和Kohler将产生抗体的淋巴B细胞 同肿瘤细胞融合，成功建立了单克隆抗体技术，而 获得1984年诺贝尔医学和生理学奖。 哺乳动物体内有两种淋巴细胞：T细胞和B细胞。 当抗原分子进入动物体内，B淋巴细胞群就会产生抗 体。但每个B淋巴细胞仅专一地产生、分泌一种针对 某种抗原决定簇的特异性抗体，不能无限分裂增殖。 而肿瘤细胞却可以无限增殖，因此淋巴B细胞同肿瘤 细胞融合产生的杂交瘤细胞可在体外培养或移植到 体内条件下产生大量单克隆抗体。