基因工程疫苗

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基因工程疫苗概述

1 绪论

现代意义的疫苗，就是一种使用抗原、通过诱发机体产生特异免疫反应、预防和治疗疾病或达到特定医学目的的生物制剂。目前用于人类疾病防治的疫苗有20多种，根据预防对象可分为病毒疫苗和细菌疫苗，根据技术特点则分为传统疫苗和新型疫苗。传统疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗；新型疫苗以基因工程疫苗为主，主要包括：基因工程疫苗（基因工程亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗及蛋白工程疫苗）、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。

人类自1796年第一次成功使用疫苗到现在已经制备了近60余种不同的疫苗(表1),这些疫苗使人类最终免除了天花的灾难,同时每年还使数以百万的人免遭多种疫病的侵害。

表1 主要人用疫苗的发明时间及成份

时间 1796 年 1885 年 1897 年 1920 年 1923 年 1926 年 1927 年 1927 年 1935 年 1936 年 1955 年 1962 年 1964 年 1967 年 1970 年 1981 年 1985 年 1990 年

疫苗 天花疫苗 狂犬病疫苗 鼠疫疫苗 伤寒疫苗 白喉疫苗 百日咳疫苗 卡介苗 破伤风疫苗 黄热病疫苗 流感疫苗

脊髓灰质炎注射疫苗 脊髓灰质炎口服疫苗 麻疹疫苗 腮腺炎疫苗 风疹疫苗 乙肝疫苗 流感嗜血菌疫苗 甲肝疫苗

成份 异源病毒 灭活病毒 弱毒/灭活细菌 灭活细菌或多糖 灭活毒素 灭活毒素 弱毒菌 灭活毒素 弱毒病毒 灭活病毒 灭活病毒 弱毒病毒 弱毒病毒 弱毒病毒 弱毒病毒 蛋白质 多糖

灭活/弱毒病毒

2 基因工程疫苗

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即DNA 疫苗（遗传工程疫苗），是用重组DNA技术克隆并表达保护性抗原基因，利用表达的抗原产物或重组体本身（多数无毒性、无感染能力、有较强免疫原性）制成的疫苗。基因工程疫苗就是用基因工程方法或分子克隆技术分离出病原的保护性抗原基因, 将其转人原核或真核系统使其表达出该病原的保护性抗原, 制成疫苗或者将病原的毒力相关基因删除掉或进行突变,使成为不带毒力相关基因的基因缺失苗或突变苗,基因工程疫苗只含有病原的部分组成,而常规疫苗往往是一个完整的病原体,因此基因工程疫苗的最大优点是安全性好, 对致病力强的病原更是如此。与传统疫苗相比,基因工程疫苗还具有以下优点：第一,可以降低生产成本,更廉价更大批地生产。第二,易于区分感染动物和免疫动物, 由于荃因工程苗中只含有病原的1-2 种蛋白成份,或者缺失某一蛋白成份, 因此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,利用活载体可制成多价疫苗,达到一针防多病的目的。

目前用于防制人和动物传染病的疫苗,无论是灭活苗、弱毒苗,还是亚单位苗,其研制都是以大量培养致病微生物为基础的,这不仅给疫苗的制造带来了局限性,同时在疫苗的安全性、免疫性能、产量及保存等诸多方面存在缺陷, 如病原微生物灭活不彻底,导致强毒散播；致弱的疫苗返强等。近几年发展起来的基因工程技术为研制新的更为有效的疫苗带来了希望, 已成为目前生物技术的热点之一。

根据基因工程疫苗研制的技术路线和疫苗组成的不同,目前可分为四大类：①基因工程亚单位苗；②基因缺失苗或突变苗；③活载体苗；④DNA疫苗。各种基因工程疫苗的性质见表2。

表2 几种基因工程苗的特性比较

项目 免疫效果 免疫次数 佐剂 安全性 稳定性 保存期 研制周期

基因工程亚单位苗 基因缺失或突变苗 活载体苗 较差 多次 需要 好 强 长 较长

好 一次 不需要 好 强 长 较长

好 一次 不需要 较好 较强 较长 长

DNA疫苗 较好 二次 需要 好 较强 较长 短

2.1 亚单位疫苗

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基因工程亚单位疫苗（subunitvaccin）又称重组亚单位疫苗（Recombinant Subnit Vaccines），它通过DNA重组技术，在受体菌或细胞中高效表达编码病原微生物保护性抗原基因（protective antigen），将相应佐剂加入分泌的保护性肽段中乳化制成疫苗。该疫苗仅含有病原体的部分抗原，使其免疫反应为单一蛋白质所诱导。其具有安全性好，便于生产等优点。在研制亚单位疫苗时，首要任务是选取目的基因，病原体保护性抗原的编码基因或具有协同保护功能的基因为优先选择，如病原体表面糖蛋白编码基因。但对于易变异的病毒（如A型流感病毒） 则选择各亚型共有的核心蛋白基因序列， 然后在PCR对目的基因扩增后， 选择合适的表达系统来表达基因产物。目前原核表达系统（如大肠杆菌）是比较成熟的，但表达出的蛋白抗原性较差； 而真核系统（如酵母）的表达产物好，有巨大发展潜力。最后是加入佐剂，由于亚单位疫苗免疫原性较弱，因此需要既安全又有强活性的佐剂来增强其免疫效果。吕舟等通过比较不同佐剂的猪附红细胞体亚单位疫苗的免疫效果，白油佐剂与弗氏佐剂均能使机体获得较高的免疫应答。另外，荣俊等发现新型的纳米佐剂的易扩散性，减少了副反应，从而能更好地提高亚单位疫苗的安全性。根据作用对象基因工程亚单位疫苗主要分为预防细菌性疾病、病毒性疾病和激素类三种：细菌性疾病亚单位疫苗，病毒性疾病亚单位疫苗，激素亚单位疫苗。

2.2 活载体疫苗

基因工程重组活载体疫苗(Liverecombinant vaccine)是用基因工程技术将病毒或细菌(常为疫苗弱毒株)构建成一个载体，把外源基因插入其中使之表达的活疫苗。用该类疫苗免疫后，同自然感染类似的是其向宿主免疫系统提交免疫原性蛋白的方式，同时其诱导包括体液免疫、细胞免疫，甚至黏膜免疫在内的多种免疫效应。另外活载体疫苗可构建多价或多联疫苗，取得一针防多病的效果。总之，病毒活载体疫苗既具有活疫苗免疫效力高、成本低的优点，也具有灭活疫苗的安全性好等优点，所以其是当今与未来疫苗研制与开发的重要方向之一。该类疫苗主要分为两类： 基因缺失疫苗和复制性活载体疫苗。

2.3 合成肽疫苗

合成肽疫苗(Synthetical peptidevaccine) 也称表位疫苗，是根据病原体抗原表位或者抗原决定簇氨基酸序列特点而开发设计的一类疫苗。该疫苗通过人