基因工程疫苗

1、基因工程疫苗概述1 緒論現(xiàn)代意義的疫苗，就是一種使用抗原、通過誘發(fā)機體產生特異免疫反應、預防和治療疾病或達到特定醫(yī)學目的的生物制劑。目前用于人類疾病防治的疫苗有20多種，根據(jù)預防對象可分為病毒疫苗和細菌疫苗，根據(jù)技術特點則分為傳統(tǒng)疫苗和新型疫苗。傳統(tǒng)疫苗主要包括減毒活疫苗、滅活疫苗和亞單位疫苗；新型疫苗以基因工程疫苗為主，主要包括：基因工程疫苗（基因工程亞單位疫苗、基因工程載體疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗及蛋白工程疫苗）、遺傳重組疫苗、合成肽疫苗、抗獨特型抗體疫苗以及微膠囊可控緩釋疫苗等。人類自1796年第一次成功使用疫苗到現(xiàn)在已經制備了近60余種不同的疫苗(表1),這些疫苗使人類最終免除了

2、天花的災難,同時每年還使數(shù)以百萬的人免遭多種疫病的侵害。表1 主要人用疫苗的發(fā)明時間及成份時間疫苗成份1796 年天花疫苗異源病毒1885 年狂犬病疫苗滅活病毒1897 年鼠疫疫苗弱毒/滅活細菌1920 年傷寒疫苗滅活細菌或多糖1923 年白喉疫苗滅活毒素1926 年百日咳疫苗滅活毒素1927 年卡介苗弱毒菌1927 年破傷風疫苗滅活毒素1935 年黃熱病疫苗弱毒病毒1936 年流感疫苗滅活病毒1955 年脊髓灰質炎注射疫苗滅活病毒1962 年脊髓灰質炎口服疫苗弱毒病毒1964 年麻疹疫苗弱毒病毒1967 年腮腺炎疫苗弱毒病毒1970 年風疹疫苗弱毒病毒1981 年乙肝疫苗蛋白質1985 年流

3、感嗜血菌疫苗多糖1990 年甲肝疫苗滅活/弱毒病毒2 基因工程疫苗即DNA 疫苗（遺傳工程疫苗），是用重組DNA技術克隆并表達保護性抗原基因，利用表達的抗原產物或重組體本身（多數(shù)無毒性、無感染能力、有較強免疫原性）制成的疫苗?；蚬こ桃呙缇褪怯没蚬こ谭椒ɑ蚍肿涌寺〖夹g分離出病原的保護性抗原基因, 將其轉人原核或真核系統(tǒng)使其表達出該病原的保護性抗原, 制成疫苗或者將病原的毒力相關基因刪除掉或進行突變,使成為不帶毒力相關基因的基因缺失苗或突變苗,基因工程疫苗只含有病原的部分組成,而常規(guī)疫苗往往是一個完整的病原體,因此基因工程疫苗的最大優(yōu)點是安全性好, 對致病力強的病原更是如此。與傳統(tǒng)疫苗相比,基

4、因工程疫苗還具有以下優(yōu)點：第一,可以降低生產成本,更廉價更大批地生產。第二,易于區(qū)分感染動物和免疫動物, 由于荃因工程苗中只含有病原的1-2 種蛋白成份,或者缺失某一蛋白成份, 因此通過檢測野毒中含有, 而基因工程疫苗中沒有的病毒蛋白的抗體可以方便地從免疫動物中區(qū)分出野毒感染者。第三,利用活載體可制成多價疫苗,達到一針防多病的目的。目前用于防制人和動物傳染病的疫苗,無論是滅活苗、弱毒苗,還是亞單位苗,其研制都是以大量培養(yǎng)致病微生物為基礎的,這不僅給疫苗的制造帶來了局限性,同時在疫苗的安全性、免疫性能、產量及保存等諸多方面存在缺陷, 如病原微生物滅活不徹底,導致強毒散播；致弱的疫苗返強等。近幾年

5、發(fā)展起來的基因工程技術為研制新的更為有效的疫苗帶來了希望, 已成為目前生物技術的熱點之一。根據(jù)基因工程疫苗研制的技術路線和疫苗組成的不同,目前可分為四大類：基因工程亞單位苗；基因缺失苗或突變苗；活載體苗；DNA疫苗。各種基因工程疫苗的性質見表2。表2 幾種基因工程苗的特性比較項目基因工程亞單位苗基因缺失或突變苗活載體苗DNA疫苗免疫效果較差好好較好免疫次數(shù)多次一次一次二次佐劑需要不需要不需要需要安全性好好較好好穩(wěn)定性強強較強較強保存期長長較長較長研制周期較長較長長短2.1 亞單位疫苗基因工程亞單位疫苗（subunitvaccin）又稱重組亞單位疫苗（Recombinant Subnit Vac

6、cines），它通過DNA重組技術，在受體菌或細胞中高效表達編碼病原微生物保護性抗原基因（protective antigen），將相應佐劑加入分泌的保護性肽段中乳化制成疫苗。該疫苗僅含有病原體的部分抗原，使其免疫反應為單一蛋白質所誘導。其具有安全性好，便于生產等優(yōu)點。在研制亞單位疫苗時，首要任務是選取目的基因，病原體保護性抗原的編碼基因或具有協(xié)同保護功能的基因為優(yōu)先選擇，如病原體表面糖蛋白編碼基因。但對于易變異的病毒（如A型流感病毒） 則選擇各亞型共有的核心蛋白基因序列， 然后在PCR對目的基因擴增后， 選擇合適的表達系統(tǒng)來表達基因產物。目前原核表達系統(tǒng)（如大腸桿菌）是比較成熟的，但表達出的

7、蛋白抗原性較差； 而真核系統(tǒng)（如酵母）的表達產物好，有巨大發(fā)展?jié)摿?。最后是加入佐劑，由于亞單位疫苗免疫原性較弱，因此需要既安全又有強活性的佐劑來增強其免疫效果。呂舟等通過比較不同佐劑的豬附紅細胞體亞單位疫苗的免疫效果，白油佐劑與弗氏佐劑均能使機體獲得較高的免疫應答。另外，榮俊等發(fā)現(xiàn)新型的納米佐劑的易擴散性，減少了副反應，從而能更好地提高亞單位疫苗的安全性。根據(jù)作用對象基因工程亞單位疫苗主要分為預防細菌性疾病、病毒性疾病和激素類三種：細菌性疾病亞單位疫苗，病毒性疾病亞單位疫苗，激素亞單位疫苗。2.2 活載體疫苗基因工程重組活載體疫苗(Liverecombinant vaccine)是用基因工程技

8、術將病毒或細菌(常為疫苗弱毒株)構建成一個載體，把外源基因插入其中使之表達的活疫苗。用該類疫苗免疫后，同自然感染類似的是其向宿主免疫系統(tǒng)提交免疫原性蛋白的方式，同時其誘導包括體液免疫、細胞免疫，甚至黏膜免疫在內的多種免疫效應。另外活載體疫苗可構建多價或多聯(lián)疫苗，取得一針防多病的效果?？傊?，病毒活載體疫苗既具有活疫苗免疫效力高、成本低的優(yōu)點，也具有滅活疫苗的安全性好等優(yōu)點，所以其是當今與未來疫苗研制與開發(fā)的重要方向之一。該類疫苗主要分為兩類： 基因缺失疫苗和復制性活載體疫苗。2.3 合成肽疫苗合成肽疫苗(Synthetical peptidevaccine) 也稱表位疫苗，是根據(jù)病原體抗原表位或

9、者抗原決定簇氨基酸序列特點而開發(fā)設計的一類疫苗。該疫苗通過人工合成病原微生物的保護性多肽或抗原表位，并輔以適當?shù)妮d體與佐劑而制成的一種新型基因工程疫苗。特別適用于不能通過體外培養(yǎng)而獲得足夠量抗原的微生物病原體或生長滴度低的微生物。肽疫苗具有誘發(fā)細胞反應強烈，持續(xù)時間長，有記憶功能等優(yōu)點，但同時其缺點也很明顯，比如抗原表位的局限性，某些需制造的肽段構象必須與完整病毒上的抗原決定簇構象一致，選定的單一抗原決定簇必須有足夠強的免疫原性以及多肽合成和純化技術的局限性等。目前合成肽疫苗的生產成本昂貴，一般只用于人及珍稀動物。合成肽疫苗的早期研究以口蹄疫病毒(FMDV)合成肽疫苗為主。目前，我國已成功研制

10、出豬O型FMD合成肽疫苗（多肽2570+7309）并投入生產銷售。中牧實業(yè)股份有限公司和申聯(lián)生物醫(yī)藥(上海)有限公司均有豬口蹄疫O型合成肽疫苗產品問世。陳方志等在對這兩種產品的抗體水平進行檢測時發(fā)現(xiàn)單次免疫即能維持陽性水平以上的抗體直至生豬出欄。同時，在注射疫苗前后未觀察到應激反應，也是該疫苗的一大優(yōu)勢。另外國內天康公司正在進行二價口蹄疫合成肽疫苗的研究。2.4 核酸疫苗核酸疫苗(Nucleic vaccine)又名基因疫苗(Gene vaccine) 或DNA 疫苗(DNA vaccine)，是通過重組DNA技術，定向插入抗原基因至動物細胞表達載體， 在宿主細胞內篩選并獲得重組克隆的過程。簡

11、單說就是在動物體內接種能編碼異源蛋白基因的質粒，產生的功能性蛋白并誘發(fā)免疫反應。其合成的抗原蛋白類似于亞單位疫苗，但核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫對象體內產生，并能引起全面的免疫反應。核酸疫苗作為疫苗家族的新興產物，相對于傳統(tǒng)疫苗及亞單位疫苗，其最突出的優(yōu)勢有抗原合成和遞呈過程類似于病原的自然感染，并通過MHCI類和II類分子直接遞呈免疫系統(tǒng)。特別是引起CD4+、CD8+T細胞亞群的活化。另外細胞中只有所需抗原的基因得到表達，載體不具抗原性。同時該疫苗易于構建和制備，適于規(guī)?；a。但其潛在危險性也不容忽視。如外緣DNA整合到宿主的染色體中可能引起插入突變，外源抗原的長期表達及在體細胞的轉移可能導

12、致免疫病理反應，可能產生抗DNA抗體，導致自身免疫反應，所表達的抗原可能具多余的生物活性等。解決這些安全問題才能使核酸疫苗進一步發(fā)展。據(jù)報道，至2008年全球共有94種DNA疫苗產品在進行臨床I期至III期試驗。犬的黑色素瘤與馬的西尼羅病毒核酸疫苗在美國已注冊成功。國內疾病預防控制中心與北京生物制品研究所聯(lián)合研制的DNA天壇痘苗復合型艾滋病疫苗已完成二期臨床試驗。另外哈爾濱獸醫(yī)研究所研制的禽流感DNA疫苗(H5亞型，pH5-GD)正在進行臨床試驗， 免疫后HI抗體可持續(xù)1年，并持續(xù)抵抗強毒攻擊。結論基因工程疫苗技術是疫苗發(fā)展史上的一次新革命，它具有許多傳統(tǒng)疫苗無法比擬的優(yōu)點。我國雖然在相關研究

13、上起步較晚，但也已具備一定的基礎，并研制多種新型疫苗投入生產，為我國動物疾病防控提供有力支持。同時政府應加大扶持，并充分利用我國在基因工程上游操作的優(yōu)勢， 在現(xiàn)有體系上進一步開發(fā)和創(chuàng)新，如開發(fā)新型分子佐劑和免疫增強劑， 平衡制品種類與結構等舉措來促進產業(yè)化進程?；蚬こ桃呙绲倪M一步發(fā)展對于構建完善的疫病防御體系，保障我國畜牧業(yè)的健康發(fā)展具有舉足輕重的作用。參 考 文 獻1 陸德如.新型疫苗研究的現(xiàn)狀與展望，北京：學苑出版社, 1992,312-820.2 蘇國富,等.中國科學（B輯）1993, 23（1）；61.3 皇甫泳穆,等.卡介苗載體及其在疫苗研究中的應用,北京：學苑出版社, 1992 ,321-333.4 Kapusta J , Modelska A , Figlerowicz M ,et al. FASEB J ,1999,13(13): 17961799.5 Vaccine,1998,16(13):13361343.6 韓雪清，劉湘濤基因工程疫苗的研究進展中國獸醫(yī)科技，2003(5)：19-23.7 智