第八章 基因工程疫苗

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一、基因工程亚单位疫苗 (gene engineering subunit vaccine)
1、概述
基因工程亚单位疫苗，主要是指将基因工程表达的蛋白抗 原纯化后制成的疫苗。 优点： ①产量高；
②纯度高；
③安全性高 ； ④用于病原体难于培养或有潜在致癌性，或有免疫病理作 用的疫苗研究。
疫苗的研究奠定了基础。
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四、核酸疫苗
核酸疫苗（nucleotide vaccine）：又 称DNA疫苗（DNA vaccine），是将一种 或多种目的抗原的编码基因克隆到真核 质粒表达载体上；再将重组质粒直接注 入到体内，在宿主细胞内表达目的蛋白， 诱发特异性免疫应答。
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四、核酸疫苗
1990年，Wolff等首次发现，给小鼠 肌肉注射裸露质粒DNA后，质粒携带的 基因可被肌细胞摄取并在其中表达，还 可诱生特异性免疫应答。
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2、基因缺失活疫苗的设计策略 设计关键：选择合适的靶基因。一般选择删除与毒力有关，病
原微生物复制的非必需基因。为了减少发生毒力返祖的可能
性，最为理想的是删除至少两个与毒力相关的基因或基因作 用位点。 必须建立在对病毒的毒力相关基因有清楚的了解基础之上。 目前，对病原体的基因组测序工作开展较多，为基因缺失活
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缺点：
与传统亚单位疫苗相比 ，免疫效果较差。
增强其免疫原性的方法：
①调整基因组合使之表达成颗粒性结构
②是在体外加以聚团化，包入脂质体或胶囊微球 ③加入有免疫增强作用的化合物作为佐剂（adjuvant）。
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2、基因工程亚单位疫苗的设计策略 2.1抗原的选择 保护性抗原成分的选择是疫苗设计中最为关键的步骤。 有效的保护性抗原需满足以下标准： A. 有效的保护性抗原为病原体中具有免疫优势的抗原决定 簇，能够有效地诱导机体产生针对该抗原的抗体，为机 体防御病原体的入侵提供保护。 B. 对人体是安全的。适量进入人体，不会致病。 C. 特异性，针对某一病毒或其它病原体。
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2、基因工程载体疫苗的设计策略 B. 新近形成的病毒粒可由机体排至体外，对环境造成污 染，如人类已经不再接种痘苗病毒预防天花，因此使 用痘苗病毒有潜在的危险。 对策：非复制型病毒。这种载体在转染细胞后仅能形成 一代病毒颗粒即自行消灭，由于传代少，发生毒力返祖 的可能性降低，并且子代数目少，对环境的污染程度降 低，因此可以大大提高疫苗的安全性。缺点：在体内存 在时间短，仅能形成一代病毒颗粒，因此保护性抗原拷 贝数低，故免疫效果受到影响，需多次接种。
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现代疫苗（Modern vaccine ）：是
一种利用现代分子生物学技术使用Ag
通过诱发机体产生特异性免疫反应以
予防和治疗疾病或达到某种特定的医
学目的生物制剂。
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1、理想疫苗的条件 高度有效、绝对安全、产生免疫快、适用于各种人群、 可大量生产、方便贮存和运输、价格合理。 2、基因工程疫苗研制的特点 相对于传统疫苗而言，基因工程疫苗的研制需要明确病 原体的保护性抗原； 基因工程疫苗的构建需要特定的载体与表达系统，载体 与表达系统既要能够高效表达外源基因，又要保证基因工程 疫苗的安全性。 在基因工程疫苗的研制中，保护性抗原（基因）的选择、 载体与表达系统的选择是关键性因素。佐剂的选择、免疫途 径、免疫部位、免疫时间及次数的选择，也是保证疫苗效力 的必不可少的环节。
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优点：
①易于制备； ②便于保存； ③可多次免疫并且容易制成多联多价疫苗。
缺点：
①外源核酸是否会整合到染色体中引起癌变； ②能否引起免疫病理作用，如自身抗核酸抗体 的产生，免疫耐受等。
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四、核酸疫苗
目前进入临床试验的核酸疫苗有
HIV DNA疫苗和疟疾 DNA疫苗。
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四、核酸疫苗
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2、基因工程载体疫苗的设计策略 常用载体： （2）细菌载体 卡介苗（BCG）经过半个多世纪的实践证明是一种安全 疫苗，以诱导细胞免疫为主。 缺点：卡介苗在接种者体内可诱导很强的针对结核分枝杆菌 的免疫反应，导致卡介苗被接种者免疫系统破坏，在体内 存在时间短；外源基因的抗原性较弱。
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Cell Surface Display of Highly Pathogenic Avian Influenza
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AGa1,甘露糖蛋白а凝集素
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三、基因缺失活疫苗（gene deleted live vaccine）
1、概述 基因缺失活疫苗使用分子生物学技术改造或去除与毒力有关株 的基因，获得稳定的减毒表型的缺失突变毒株，用该突变制成的
疫苗即为基因缺失活疫苗。
优点：①有突变性状明确、稳定； ②不易返祖、毒力恢复； ③是研究安全有效的新型疫苗的重要途径。
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2、基因工程载体疫苗的设计策略 常用载体： （1）病毒载体 最常用的是痘苗病毒和腺病毒。 痘病毒 优点：宿主范围广，可容纳大分子外源基因，高水平表达 缺点：不能采用口服免疫途径，因此不能形成黏膜免疫。
腺病毒 优点：可经黏膜免疫的理想载体系统
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2、基因工程载体疫苗的设计策略 常用载体： （2）细菌载体 优点：免疫全面，可诱发黏膜、细胞、体液免疫 操作简单，易于实现多种抗原的输送。 缺点：使用原核系统表达抗原，免疫原性可能受到影响。 伤寒沙门氏菌是一种肠道致病菌，其减毒菌株可用于疫苗载 体，能诱导黏膜免疫。 减毒伤寒沙门氏菌 Ty21a缺失了galE基因，细菌表面的Vi抗 原为阴性，而且重要抗原——脂多糖的合成能力下降，为 减毒菌株。 缺点：质粒不稳定，外源蛋白易降解。
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2、基因工程亚单位疫苗的设计策略
2.2 表达载体及表达系统的选择 表达载体： 质粒——大肠杆菌及酵母（表达宿主） 腺病毒载体、痘苗载体、逆转录病毒载体——哺乳动物 细胞
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二 、 基 因 工 程 载 体 疫 苗 （ gene engineering vector vaccine）
1、概述 基因工程载体疫苗是指利用微生物做载体，将保护性抗原基 因重组到微生物体中，使用能表达保护性抗原基因的重组微生 物制成的疫苗。 优点：疫苗多为活疫苗，重组体用量少，抗原不需纯化，载 体本身可发挥佐剂效应增强免疫效果 缺点：曾感染过腺病毒或者接种过痘苗的人，对载体微生物 已具有免疫力，使之接种后不易繁殖，因而影响免疫效果。
的疫苗；而基因工程疫苗则属于新一代疫苗（New generation Vaccine）或高技术疫苗范畴（High-tech Vaccine）。 主要包括基因工程亚单位疫苗、基因工程载体疫
苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗、蛋白工程疫苗等
等，广义的还包括遗传重组疫苗、合成肽疫苗、抗 独特型抗体疫苗以及微胶囊可控缓释疫苗等。
由于核酸疫苗具有构建容易、生产 方便、表达稳定及可诱发全面的免疫应 答等特点，在抗感染、抗肿瘤免疫及疾 病的预防等方面具有广阔的应用前景，
被誉为疫苗的“第三次革命”。
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四、核酸疫苗
1、免疫机制 局部注射的核酸（重组质粒DNA） 被周围的细胞（如黏膜上皮细胞、抗原 提呈细胞）摄取后，进入核内进行转录， 并在胞质中翻译成目的蛋白。
Virus Hemagglutinin on the Surface of Pichia pastoris Cells
Using a-Agglutinin for Production of Oral Vaccines
Expression of proteins in yeast is fast, inexpensive, and yeast have the added benefit of providing high-quality nutrition when given in the feed. Yeast are generally regarded as safe and benign organisms and would therefore allow long-term feeding of yeast expressing recombinant proteins in order to maintain immunity over time with limited side effects. In addition to the convenience of production, components of the yeast cell wall have been shown to contain natural adjuvant activity. Therefore, the expressed recombinant proteins are more immunogenic when administered with the yeast cell wall components.
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四、核酸疫苗
DNA疫苗接种后，体内仅表达pg～ ng水平的外源蛋白，但能诱发强而持久 的细胞免疫和体液免疫应答。 如何解释这一现象呢？
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四、核酸疫苗
目的基因（含载体质粒）含有CpG基 序的回文序列，能激活较强的CTL效应， 并能激活巨噬细胞与NK细胞，因此，CpG 回文序列被称为免疫刺激DNA序列。 CpG基序与IL-2、TNF-β、IFN-γ的 基因结构相似而产生协同作用。
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2、基因工程亚单位疫苗的设计策略 保护性抗原的选择：
一般选择病原体的结构蛋白作为抗原构建疫苗，对 于易变的病毒如A型流感病毒，可选择各亚型共有的 核心蛋白保守区段作为保护性抗原构建疫苗。这样可 以产生跨株系的保护反应，避免易变病毒的免疫逃避 问题。
一些非结构蛋白也可以作为抗原构建疫苗，如乙型 脑炎病毒的NS1蛋白也有保护作用。
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国内常将细菌制作的人工主动免疫生物
制品称为菌苗。将病毒（Virus）、立克次
氏体（Rickettia）、螺旋体（Spiral coil）