生物技术在疫苗领域的应用

生物技术在疫苗领域的应用

现代生物技术是直接操作有机体细胞和基因的一种全新技术，已从七十年代纯学术性研究的分子生物学领域，发展成为解决农业、医疗保健、环境保护等众多社会热点问题的重要手段。特别是近十年来，在全球HGP计划的推动下，转基因动物、转基因植物、克隆技术等方面的研究取得了突破性进展，为生物技术在预防性和治疗性疫苗领域的应用打下了坚实的基础，带来了无限光明的前景。

疫苗是目前医学上最有潜力的防御性物质，它可在接受者体内建立起对入侵物质感染的免疫抗性，从而免受疾病侵染。经典的疫苗主要是灭活和减毒的致病微生物，其生产方式存在着成本高、疫苗有效期短、运输不便等明显缺点。从本世纪八十年代中期以来，随着DNA克隆重组技术的日益成熟，特别是基因工程的发展，人们开发生产新疫苗的有效途径大为拓展。

1 基因工程疫苗

基因工程疫苗指的是用基因工程的方法，表达出病原物的特定基因序列，将表达产物(多数是无毒性、无感染能力，但具有较强的免疫原性)用作疫苗。如将乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)基因转移到痘病毒基因组中，当将这种重组病毒接种到人或动物身体上就会产生许多乙肝表面抗原，刺激机体产生对乙肝病毒的抵抗能力。基因工程疫苗十分安全，避免了常规疫苗存在的许多明显缺点。基因工程疫苗主要有以下几种类型：

1．1 亚基疫苗。它是利用病原物结构的某一部分(即亚基)制得的疫苗。目前成功的例子较多，具有代表性的是单纯疱疹病毒疫苗、口蹄疫病毒疫苗、人乙型肝炎病毒疫苗等。这些疫苗生产的基本原理是：首先鉴定出病原物中哪些成分能够激发机体产生抗体，如单纯疱疹病毒1型(HSV—1)衣壳糖蛋白D(gpD)、口蹄疫病毒衣壳蛋白1(VP1)等，再分离出编码该蛋白亚基的基因，然后转移到特定的载体DNA—大肠杆菌质粒DNA上，再大量增殖大肠杆菌，在菌体溶解后，就可获得大量相应的病毒蛋白亚基，将这些病毒蛋白亚基纯化，并与辅剂混合，就能生产大量该病毒的亚基疫苗。

除了用质粒—大肠杆菌系统生产亚基疫苗外，近几年来，杆状病毒—昆虫细胞系统已被普遍接受为用于表达异源基因最佳表达系统之一。如在该系统中表达的人乙型肝炎病毒表面抗原蛋白已与

相应的天然蛋白结构非常类似，而且产量也相当理想。用这一系统表达的畜禽病原体疫苗研究也已取得成功，如狂犬病毒糖蛋白亚基、蓝舌病毒的不同结构蛋白亚基、鸡新城疫病毒血凝素—神经氨酶、鸡马立克病毒的与肿瘤相关的磷蛋白等均已在该系统中得到成功表达。此外，在抗细菌疫苗中，抗洛基山出血热的亚基疫苗已研制成功，免疫避孕疫苗的亚基疫苗已进入临床试验，抗疟原虫的多亚基重组疫苗也已研制成功。

1．2 肽疫苗。引起免疫反应的病原微生物各部分并不都起相同的作用，往往只有部分结构物质起决定作用，称抗原决定簇。如病毒颗粒，只有位于病毒衣壳外表可以与抗体结合的蛋白，其结构域才能引起免疫反应，像这种类似于抗原决定簇的小肽用作的疫苗称肽疫苗。

最先研究的肽疫苗是口蹄疫肽疫苗。口蹄疫是一种可借空气传播的在猪、牛中引起严重感染的重要传染病，是世界畜牧业生产中危害最大的疾病。研究人员发现，口蹄疫病毒衣壳蛋白1(VP1)的141—160肽段在豚鼠体内产生了足以抵御口蹄疫病毒感染的抗体，而完整的衣壳蛋白1以及其它肽段在豚鼠体内产生的抗体水平则相对较低。进一步研究发现，把141—158和200—213两个肽段连接起来，形成一个较长的肽，然后免疫豚鼠，可以激发豚鼠产生高水平的抗体，在牛体内的试验，也有同样的效果，这样的肽段将有可能成为预防口蹄疫的有效疫苗。抗疟原虫疫苗也是人们研究的热点之一。由于疟原虫引起严重威胁人类健康的疟疾，尤其在发展中国家发病严重，而且疟原虫培养困难，抗原成分复杂。因此，人工合成的肽疫苗和基因工程重组肽疫苗可能是研制抗疟原虫疫苗的理想途径。目前，在该领域内人类已经获得四处人工合成的肽疫苗，三种基因工程肽疫苗。另外，免疫避孕疫苗中，也有一种肽疫苗进入临床试验，抗肿瘤的热休克蛋白—肽复合体疫苗也已研制成功。

对于肽疫苗来说，还有许多研究和改进的工作要做。相信在不久的将来，合成肽疫苗会以其高度的特异性，低廉的价格及良好的免疫原性，将会成为传统疫苗的有效替代品。

1．3 活体重组疫苗。活体重组疫苗已成为新一代疫苗的重要组成部分，它是指利用基因工程的原理和方法，对一些细菌和病毒进行改造、重组，形成具有特定免疫原性的疫苗。这类活体重组疫苗可以是非致病性微生物，通过基因工程的方法，让它携带并表达某种特定病原物的抗原决定簇基因，产生免疫原性；也可以本来是致病性微生物，通过基因工程的方法修饰或去掉毒性基因以后，仍保持免疫原性，后者又称为弱毒疫苗。一般的活体重组疫苗都需要用减毒的、温和的病原物作为载体，载体的主要功能是运送和表达编码外源的抗原基因。根据载体的不同，通常将能在寄主细胞内复

制的含有病原基因组和质粒的载体称复制性载体，如目前常用的痘苗病毒载体、门哥病毒载体、麻疹病毒载体等；而那些免疫接种哺乳动物乃至人类，或感染非禽类细胞或细胞系后，只能进行早期复制及基因表达，而不能装配形成子代病毒并释放出来的载体则称为非复制性载体，如非复制性禽痘病毒载体、金丝雀痘病毒载体及非复制性人类腺病毒载体等。

在复制性载体疫苗中，霍乱活体疫苗的研究较有代表性。人们利用DNA重组破坏了霍乱弧菌肠毒素，成为非致病菌，但仍具有与致病性霍乱菌相同的其它生物化学性质，可以用作活体疫苗。目前，能够在重组痘苗病毒载体中表达的外源基因已有几十种，在门哥病毒、流感病毒、麻疹病毒等载体中表达的外源基因也有多种。有些作为治疗性疫苗已开始临床应用，特别是在治疗肿瘤方面，如利用痘苗病毒载体表达的一种广泛存在于结肠癌、胃癌、肺癌等细胞中的特异性抗原CEA的活体重组疫苗、广谱黑色素瘤的多价黑色素抗原制备的活体重组疫苗等。此外，治疗乙型肝炎、麻风病等活体重组疫苗也在试验阶段。最近，非复制性金丝雀痘狂犬病毒重组疫苗的构建成功和人体初免试验取得良好效果，引起了广泛关注。弱毒疫苗中，猪的伪狂犬病毒疫苗已获美国农业部批准，投放市场。

1．4 多价疫苗。多价疫苗是指一种病毒带有两种以上的不同病毒的基因，一次免疫就可预防二种以上疾病。其原理是在一条DNA或RNA链上，切除某段对寄主细胞有害的或不必要的基因，插入编码两种以上抗原的基因，在感染动物或人体时，可以同时产生两种以上的抗体，来预防两种以上的疾病。随着活体重组疫苗水平的提高，多价疫苗成为可能。英国成功地研制出仔猪三联疫苗，用于断乳仔猪抗胸膜炎嗜血杆菌、猪萎缩性鼻炎和猪丹毒病的联合防疫，效果好，使用方便。我国也成功研制出仔猪肠毒素大肠杆菌的基因工程双价苗，并已出口海外。

2 基因疫苗

1990年Wollf等人意外地发现将DNA直接注射入小鼠骨骼肌细胞后，可引起特异性的免疫反应。这种直接给动物(包括人类)接种编码抗原的基因片段，可使该动物获得对抗原的免疫能力，达到免疫接种的目的，具有疫苗功能，称为基因疫苗或核酸疫苗。通常接种的核酸(DNA或RNA)，它既是基因载体，又是抗原来源。目前研究最多的是DNA疫苗，主要针对一些危害较大的流行病、传染病。尽管人们对基因疫苗的作用机制尚不清楚，但对其研究已经展开，在某些方面已取得令人鼓舞的进展。

2．1 流感DNA疫苗。1993年Robinson直接将编码流感病毒血凝素的DNA克隆到表达载体中，肌注小鸡和小鼠，结果这些动物产生了抗流感病毒血凝素特异性抗体，并能抵抗致死剂量流感病毒