简述基因工程疫苗的研究

简述基因工程疫苗的研究
自从1796年Edward Jenne 医生发明第一种真正意义上的疫苗—天花疫苗至今，人类已研制出了上千种疫苗，并在各种疾病的预防和控制中广泛应用，疫苗已成为人类同疾病斗争的一种必不可少的重要武器。

传统疫苗的研制和生产主要是通过改变培养条件，或在不同寄主动物上传代使致病微生物毒性减弱，或通过物理、化学方法将其灭活来完成的。

随着人类知识的不断进步，传统疫苗的局限性也日益显露出来：①动物和人类的病毒需要在动物细胞中培养，这使得疫苗生产的成本很高；②疫苗中的致病物质在疫苗生产过程中有可能没有完全杀死或充分减毒，这会导致疫苗中含有强毒性致病物质，进而使得疾病在更大的范围内传播；③减毒菌株有可能会发生突变；④有些疾病（例如艾滋病）用传统的疫苗防治收效甚微等。

因此，开发和研制更加安全、高效的疫苗显得十分必要和紧迫。

20世纪80年代随着现代生物学技术的兴起，特别是DNA重组技术的出现，为研制新一代的疫苗提供了崭新的方法。

目前利用基因工程技术已经和正在研制开发的新型疫苗主要有亚单位疫苗、活载体疫苗、核酸疫苗、肽疫苗等，这些疫苗统称为基因工程疫苗或重组疫苗。

基因工程疫苗还具有如下优点：第一，可降低生产成本，更廉价更大批地生产；第二，易于区分感染动物和免疫动物。

通过检测野毒中含有、而基因工程疫苗中没有的病毒蛋白的抗体，可以方便地从免疫动物中区分出野毒感染者。

第三，利用活载体可方便地制成多价联合疫苗，达到一针防多病的目的。

第四，应用重组DNA技术还有可能为目前尚无有效疫苗防治的
某些特殊疾病，研制生产出有效的疫苗，从而达到预防这些传染病的目的。

1.基因工程亚单位疫苗
基因工程亚单位疫苗（subunit vaccine）又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗，是指它只含有病原体的一种或几种抗原，而不含有病原体的其他遗传信息。

原则上讲，用这些疫苗接种动物，都可使之获得抗性而免受病原体的感染。

亚单位疫苗不含有感染性组分，因而无须灭活，也无致病性。

自1981年成功地将口蹄疫病毒的抗原性多肽基因VP3克隆到大肠埃希氏菌内并制成用于牛和猪的疫苗之后，这种方法又成功地应用于猫白血病疫苗以及预防仔猪腹泻病的K88疫苗等的研制。

国外在20世纪80年代初将乙型肝炎病毒（HBV）S基因的一个835bp片段克隆在表达载体上，在酵母中表达出了HbsAg 蛋白，使之成为第一种利用真核表达系统生产的基因工程疫苗。

酵母表达系统现在已经大规模生产供给人类使用的第一代重组肝炎疫苗。

迄今，已研制出许多亚单位疫苗，有病毒性疾病的和细菌性疾病的，也有激素类的亚单位疫苗。

亚单位疫苗是利用单一蛋白质抗原分子来诱导免疫反应的。

因此，在研制亚单位疫苗时，首先要明确编码具有免疫活性的特定抗原的DNA。

一般选择病原体表面糖蛋白编码基因；而对于易变异的病毒（如A型流感病毒）则可选择各亚型共有的核心蛋白的主要保护性抗原基因序列。

其次，应用重组DNA技术研制亚单位疫苗，还必须有合适的表达系统用于生产克隆基因产物。

每一系统的目标都是为了达到所需基因产物的高水平表达。

因此，研究和了
解各种表达系统中基因表达和产物稳定性的调节和控制参数是十分重要的工作。

用于亚单位疫苗生产的表达系统主要有大肠埃希氏菌、枯草杆菌、酵母、昆虫细胞、哺乳类细胞、转基因植物、转基因动物（乳腺反应器）。

基因工程亚单位疫苗分以下3类。

①细菌性疾病亚单位疫苗。

现已研制出包括产肠毒素性大肠杆菌病、炭疽、链球菌病和牛布鲁氏菌病等的亚单位疫苗，都能对相应的疾病产生有效的保护，甚至对不同血清型的疾病也有交叉保护作用。

②病毒性疾病亚单位疫苗。

口前已商品化或在中试阶段的主要有乙型肝炎、口蹄疫、狂犬病等十几种。

③激素亚单位疫苗。

是以生长抑制素作免疫原，使免疫动物的生长抑制素水平下降，生长激素释放增多，达到刺激生长的口的。

无论是哪一种疫苗，衡量其能否投入实际应用的标准有两个：一是安全性，二是有效性。

亚单位疫苗在所有疫苗中是最安全而实用的，尽管它在免疫效力上不及活载体疫苗，但对人类、动物健康和对生态环境都没有潜在的危害。

因此，它是一个具有很好发展前景的疫苗。

2.基因工程活载体疫苗
活载体疫苗是以某种无致病性病毒或细菌（株）为载体，用来携带并表达其他强致病性病原的、与保护性免疫相关的抗原基因。

即用基因工程的方法，将一种病毒免疫相关基因整合到另一种载体病毒基因组DNA的非复制必需片段中，而构成重组病毒。

在被接种的动物体内，特定免疫原基因可随重组载体病毒的复制而适量表达。

目前在动物用活载体疫苗中常用作载体的病毒有痘苗病毒、禽痘病毒、地疹病毒、腺病毒、反转录病毒等。

在实验室条件下应用的比较成功的这
类基因工程疫苗有：重组猪伪狂犬病毒疫苗，重组禽痘病毒疫苗，重组痘苗病毒等。

目前活载体疫苗的研究非常活跃，其优点是：①活载体疫苗可同时启动肌体细胞免疫和体液免疫，避免了灭活疫苗的免疫缺陷；②尤为重要的是活载体疫苗可以同时构成多价以至多联疫苗，既能降低生产成本，又能简化免疫程序，还能克服不同病毒弱毒疫苗间产生的干扰现象；③疫苗用量少，免疫保护持续时间长、效果好，不须添加佐剂，降低了成本；④不影响该病的监测和流行病学调查。

然而其缺点也是不能忽视的：①存在用作载体的毒力返强现象；②痘苗病毒能引起未种痘病毒疫苗肌体感染，并使极少数感染者发病，因而重组痘病毒疫苗难以商品化；③活载体疫苗在二次免疫时还会诱发针对载体的排斥反应等。

3.核酸疫苗
核酸疫苗（nucleic vaccine）又名基因疫苗（gene vaccine）或DNA疫苗（DNA vaccine），是一种或多种抗原编码基因克隆到真核表达载体上，将构建的重组质粒（plasmid）直接注入到体内而激活机体免疫系统，因此也有人称DNA免疫。

1995年，WHO在日内瓦召开国际会议，将其统一命名为核酸疫苗。

它所合成的抗原蛋白类似于亚单位疫苗，区别只在于核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫对象体内产生的。

研究发现，对肌肉直接进行DNA注射能够得到表达的蛋白产物，并指出这可能为发展疫苗提供了新的途径。

有学者将携带流感病毒核心蛋白编码基因的质粒注入小鼠肌肉，使小鼠产生了对多种流感病毒的免疫保护，开辟了基因疫苗研究的新时代。

目前已有多种分别针对艾
滋病、流感、癌症等疾病的基因疫苗进入临床试验阶段，针对狂犬病、猪瘟、麻疹和过敏等各种疾病的基因疫苗研究也在进行中。

基因疫苗与重组亚单位疫苗一样，都是利用单一蛋白质抗原分子来诱导免疫反应，因此首先要明确编码具有免疫活性的特定抗原的DNA；其次是选择合适的质粒载体，虽然病毒载体曾经被用作抗原基因载体，但无论是用腺病毒载体还是逆转录病毒载体，总体上达到的免疫效果都不如用质粒载体。

而且，细菌质粒本身没有很强的免疫原性，这对保证质粒在体内长期稳定地表达有重要意义。

核酸疫苗大多采用质粒作载体。

常用的质粒载体启动子多为来源于病毒基因组的巨细胞病毒（CMV）早期启动子，具有很强的转录激活作用；另外，疫苗DNA 中还可包含一些合适的增强子、终止子、内含子、免疫激活序列及多聚腺苷酸信号等。

基因疫苗导入动物体的方法和途径主要有注射、粒子轰击（part icle bombardment ）技术和口服、鼻内滴注等。

核酸疫苗能引起多种免疫反应：体液免疫反应，细胞毒T淋巴细胞免疫反应和辅助T细胞反应。

4.肽疫苗
肽疫苗（peptide vaccine）是类似于抗原决定簇的小肽（约20~ 40 个氨基酸），将其连在一个蛋白载体上，增加稳定性，同时也可提高
免疫原性。

如口蹄疫VP1肽疫苗等。

针对提高肽疫苗的免疫原性，进行了许多研究，如独特型肽疫苗、热休克蛋白（heatshock protein）—肽复合体疫苗等。

一般来说单独的抗原决定簇的免疫原性较弱，所以通常要与载体偶联，或以融合蛋白的形式进行免疫，还可以与细胞
因子一起作用，以提高免疫原性。

试验证明，热休克蛋白—肽复合体可以诱发很强的细胞反应，有持续时间较长，又有记忆功能且不需要佐剂等优点。

当然，利用小肽作疫苗也有一些限制因素：①充当抗原决定簇的肽段不能太长，而且要连续，但在有的病毒中抗原决定簇是由很多氨基酸组成的，而且这些氨基酸有可能散布在蛋白的不同区域，这样要制造肽段疫苗就有一定的困难；②要求肽段的构象必须与完整病毒上的抗原决定簇构象一致；③要求选定单一的抗原决定簇必须要有足够强的免疫原性。

显然，对于肽疫苗来说，还有许多有待研究和改进的工作要做。