第七章 疫苗概论ppt课件

1 第七章疫苗概论 2 第一节疫苗的成分 性质及种类 一 疫苗 vaccine 传统的定义是指用人工变异或自然界筛选获得的减毒或无毒的活的病原微生物制成的制剂 或者用理化方法将病原微生物杀死制备的生物制剂 用于人工自动免疫 以使人或动物产生免疫力 这些制剂被称为疫苗 即疫苗是由病原体制成的 疫苗的现代定义是 疫苗是致病原的蛋白 多肽 肽 多糖或核酸 以单一成分或含有效成分复杂颗粒的形式 或通过活的减毒致病原或载体 进入机体后能产生灭活 破坏或抑制病原的特异性免疫应答 3 免疫应答 immuneresponse 一般仅指特异性免疫的进行过程 这是一个从抗原的刺激开始 机体内的抗原特异性淋巴细胞识别抗原后 发生了活化 增殖 分化等一系列变化 并表现出一定的体液免疫或 和 细胞免疫效应的过程 4 二 疫苗的基本成分 生理作用基础和特征 与普通的化学药物不同 疫苗是由不同性质和作用的物质共同组成的复合物 其基本成分包括抗原 佐剂 防腐剂 稳定剂 灭活剂及其他相关成分 这些基本要素从不同角度确保了疫苗能够有效刺激机体 产生针对病原微生物的特异性免疫反应 同时确保疫苗在制备和保存过程的稳定性 5 1 抗原 antigen 抗原 在机体内能刺激免疫系统发生应答 并能诱导机体产生可与其起特异性反应的抗体或效应细胞的物质 抗原的两个基本特性 免疫原性和反应原性 免疫原性 immunogenicity 是指抗原进入机体后引起的免疫细胞间一系列免疫反应 包括抗原加工 处理 呈递以及被T和B细胞的抗原或受体识别等 抗原的反应原性 reactivity 是指抗原与抗体或效应T细胞发生特异反应的特性 6 抗原引起的体液免疫 根据激活B淋巴细胞的方式不同 抗原可分为两种 蛋白类抗原和多糖 脂类等抗原 根据对T细胞的依赖性分为 T细胞依赖性 TD 抗原和T细胞非依赖性 TI 抗原 蛋白质组成的抗原在T辅助细胞的辅助下 可刺激抗体类型的转化和产生高亲和力的抗体 诱导B淋巴细胞产生以IgG抗体为主的体液免疫反应及记忆型B淋巴细胞的产生 此类抗原也称胸腺依赖型抗原 7 多糖 脂类和核酸等抗原可直接诱导B淋巴细胞产生IgM抗体 但无法诱导T淋巴细胞辅助 因此无法产生亲和突变的抗体反应和记忆B淋巴细胞 这类抗原的主要特点是具有由相同的单体聚合形成的多聚性抗原 它们能同时与B细胞表面多个抗原受体交连 因此能在没有T细胞辅助下直接激活B淋巴细胞 但至今还不清楚B淋巴细胞对这类抗原的反应是否还需要其他信号 此类抗原也称胸腺非依赖型抗原 与蛋白抗原相比 此类抗原引起的免疫反应较弱 记忆期也相对较短 8 影响抗原免疫原性因素 1 抗原的理化性质抗原的种类 多数蛋白质为良好的抗原 多糖及多肽也具一定的免疫原性分子大小 抗原的分子量一般 10kD 且分子量越大 免疫原性越强化学组成 免疫原性物质还须具备复杂的化学组成与特殊的化学基团 抗原决定基的易接近性 accessibility 易近性乃指抗原决定基是否易被淋巴细胞的抗原受体所接近 物理性状 化学性质相同的抗原物质可因其物理性状不同而影响免疫原性 9 2 抗原与机体的相互作用异物性 异物 的概念定义为 在胚胎期未与淋巴细胞充分接触过的物质 进入机体的途径 皮内 皮下 肌肉 腹腔 仅限于动物 静脉机体遗传因素 个体对抗原刺激产生应答的能力受遗传因素控制 10 抗原引起的细胞免疫反应 引起细胞免疫反应的抗原主要是一些细胞内生存的活体抗原 如艾滋病病毒 结核杆菌 白色念珠菌等 T细胞介导的细胞免疫反应主要包括 抗细胞内病毒感染 如艾滋病病毒 脑炎病毒和仙台病毒等 抗细胞内细菌感染 如结核杆菌 麻风杆菌和沙门氏菌等 抗真菌感染 如白色念珠菌等 11 2 佐剂 佐剂是疫苗的关键性成分 可以增强抗原的特异性免疫应答效果 这种加强可表现为增强抗原的体液免疫反应 或表现为增强抗原的细胞免疫反应 或二者兼有 疫苗佐剂发展至今 以氢氧化铝和磷酸铝为代表的铝佐剂至今仍然是唯一被批准使用的人用疫苗佐剂 12 佐剂的作用机制 改变抗原的物理性状 延缓抗原降解和排除 从而更有效地刺激免疫系统 刺激单核 巨噬细胞系统 增强其处理和递呈抗原的能力 刺激淋巴细胞增殖与分化 佐剂的应用 增强特异性免疫应答 用于预防接种及制备动物抗血清 作为非特异性免疫增强剂 用于抗肿瘤与抗感染的辅助治疗 13 佐剂 14 植物来源佐剂 根据分子量大小可分为低分子提取物和高分子提取物两大类 有活性的小分子包括烷基胺 酚类成分 奎宁 皂角素和倍半萜烯等 具有免疫刺激作用的大分子有蛋白质 多肽 多糖 糖脂和植物凝集素等 皂角素是从南美种的皂角树皮提取出的具有免疫刺激活性的一类物质 其中QuilA是皂角素中初步纯化的产品 有促进Thl和Th2T辅助细胞功能和增强体液免疫的作用 15 细菌来源佐剂 细菌毒素 在细菌毒素中 霍乱毒素 大肠杆菌不耐热毒素 百日咳毒素等是一类强粘膜免疫佐剂 卡介苗佐剂 卡介苗是减毒的牛型分枝杆菌 是预防结核病十分有效的减毒活疫苗 CpG佐剂 脱氧寡核苷酸中心区的胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸 CpG 的DNA片段具有活化B细胞 巨噬细胞和自然杀伤细胞的功能 根据此结构在体外合成的CpG基序具有同样的免疫调节效应 CpG寡核苷酸佐剂具有增强细胞免疫和体液免疫的双重效果 16 细胞因子 作为第一个被发现具有免疫调控作用的细胞因子白介素1 interleukin1 IL 1 对T细胞依赖和非T细胞依赖性免疫反应均有较好的免疫佐剂作用 目前源于IL 1的多肽已成功用作乙型肝炎表面抗原疫苗的佐剂 IL 2作为狂犬病 疱疹以及嗜血流感杆菌疫苗的佐剂 动物试验表明 IL 2可有效增强疫苗的免疫反应 促进抗体的产生 细胞因子不仅可以作为免疫佐剂与抗原结合使用 还可以通过基因重组的方式与其他抗原组成结合疫苗发挥佐剂效应 17 人工合成佐剂 铝佐剂 铝佐剂只能增强体液免疫效应 对细胞免疫的增强效果不明显 脂质体 脂质体作为疫苗载体时 对多种抗原 蛋白质 多糖或细胞 都具有较好的佐剂效应 脂质体可能通过提高抗原在体内存在时间 加强对免疫系统的刺激 保持和增强免疫反应 实验表明经过脂质体包埋的抗原被吞噬后 抗原在吞噬细胞和抗原呈递细胞中存在的周期大大延长 18 脂质体 liposome 是一种人工膜 在水中磷脂分子亲水头部插入水中 脂质体疏水尾部伸向空气 搅动后形成双层脂分子的球形脂质体 直径25 1000nm不等 脂质体可用于转基因 或制备药物 利用脂质体可以和细胞膜融合的特点 将药物送入细胞内部 生物学定义 当两性分子如磷脂和鞘脂分散于水相时 分子的疏水尾部倾向于聚集在一起 避开水相 而亲水头部暴露在水相 形成具有双分子层结构的的封闭囊泡 称为脂质体 药剂学定义脂质体 liposome 系指将药物包封于类脂质双分子层内而形成的微型泡囊体 19 3防腐剂 在提高疫苗的保质期方面 防腐剂起到重要的保障作用 常用的防腐剂有甲醛 苯酚 叠氮钠 氯仿 硫柳汞 2 苯氧乙等 20 4稳定剂 灭活剂及其他相关成分 在制备疫苗中常加入适宜的稳定剂或保护剂 如冻干疫苗中常用的乳糖 明胶 山梨醇等 以保证疫苗再加工和存储过程中的稳定性 在疫苗生产制备中常采用化学试剂灭活 常用的化学灭活有丙酮 苯酚 甲醛 去氧胆酸钠表面活性剂等 在后续的制备程序中应从疫苗中除去 以保证疫苗的安全性 21 三 疫苗的种类 一 传统疫苗 常规疫苗 第一代疫苗 是长期以来用于传染病防治的主要生物制品 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 1 灭活疫苗灭活疫苗又称为死疫苗 是指利用加热或甲醛等理化方法将人工大量培养的完整的病原微生物杀死 使其丧失感染性和毒性而保持其免疫原性 并结合相应的佐剂而制成的疫苗 22 佐剂 adjuvant 佐剂是用来增强疫苗免疫原性或增强宿主对抗原的保护性应答的一类物质 铝盐佐剂是一类含Al的无机盐 其中最常用的 效果较好的是A1 OH 3是唯一被美国食品和药物管理局 FDA 批准用于人类疫苗的佐剂 铝盐佐剂能与抗原形成复合物 注射后在局部形成抗原贮存库 使抗原缓慢释放 长时间刺激免疫细胞 增强机体的免疫反应 铝盐佐剂主要促进体液免疫应答 而对细胞免疫应答几乎无作用 适用于以抗体提供保护性免疫的疾病疫苗 如白喉 破伤风 麻疹等 23 油乳佐剂是一种有效的递送抗原的载体系统 可以使抗原在机体内缓慢释放 从而持续刺激机体产生抗体 油乳佐剂主要有弗氏佐剂 FA 白油Span佐剂 MF一59 佐剂一65等 FA分为弗氏完全佐剂 FCA 和弗氏不完全佐剂 FIA 2种 FCA是细胞免疫的强刺激剂 而FIA则仅能刺激体液免疫 24 弗氏佐剂 Freundadjuvant 是目前最常用于动物实验的佐剂 它是将抗原水溶液与油剂 石蜡油或植物油 等量混合 再加乳化剂 羊毛脂或吐温80 制成油包水抗原乳剂 称之为不完全弗氏佐剂 如在不完全佐剂中加入分枝杆菌 如死卡苗 则称为完全弗氏佐剂 白油Span佐剂是用轻质矿物油 白油 作油相 用Span 80或Span 85及Tween 80作为乳化剂制成的油乳佐剂 是当前兽医生物制品中最常用最有效的佐剂之一 25 MF 59 一种鲨烯水包油乳剂 是一种有效的佐剂 并且具有可接受的安全性 MF 59可以增强流感疫苗的免疫原性 对于对抗潜在全国流行性流感病毒株特别有优越性 对于乙肝病毒也是一种比明矾更有效的佐剂 临床试验证明MF 59用于人是安全可耐受的 作为HIV疫苗用于新生婴儿也是安全的 总之 MF 59是一种安全 耐受性良好而且可以诱导有效抗体反应的佐剂 佐剂 65是机体可以代谢而排泄的成分 不引起局部严重反应 抗体滴度超过FCA数十倍 有人证明不饱和油角鲨烯及氢化形式角鲨烷具有良好佐剂功能 副作用小 已用于人类流感疫苗 HIV及禽类NDV疫苗 也有希望作为矿物油替代产品 26 灭活疫苗的优点 制造工艺简单 免疫原性稳定 易于制备多价疫苗 灭活疫苗的缺点 1 病毒的强毒株或细菌的强毒菌株常被用于制造疫苗 在制造过程中需要严格的灭活操作 保证疫苗中不含有灭活不完全的病原体 2 灭活疫苗能够提供的免疫力较短暂 需要多次接种才能获得较好的免疫效果 由于机体反复接受疫苗中的异源蛋白质的刺激 而可能出现不良的过敏反应 27 3 灭活疫苗一般只能刺激机体产生IgM和IgG抗体 表现一定程度的保护力 但是由于不能诱生局部免疫抗体IgA 使野生病毒仍可以到达侵入门户 且在那里繁殖 如呼吸道病毒到达鼻咽部 保护效果有限 28 黏膜免疫黏膜免疫是存在于呼吸道 消化道 泌尿生殖道粘膜固有层和上皮细胞下散在的淋巴组织 是人体重要的防御屏障 是局部特异性免疫应答的主要部位 产生的抗体以sIgA为主 经粘膜上皮细胞分泌至粘膜表面 为黏膜局部抵御病原微生物感染的主要机制 补充内容 29 2 减毒活疫苗 弱毒疫苗 是指将微生物的自然强毒株通过物理的 化学的和生物学的方法连续传代 使其对原宿主丧失毒力 或只引起亚临床感染 但仍保持良好的免疫原性 遗传特性 用这种毒株 菌株制备的疫苗就叫减毒活疫苗 当前使用的病毒疫苗多数是减毒活疫苗 30 减毒活疫苗 弱毒疫苗 的优点 活疫苗通常以模拟微生物自然感染状态来刺激免疫应答 既可刺激体液免疫又可刺激细胞免疫 特别是当以自然途径如口服或喷鼻免疫时 还可刺激黏膜免疫 因此具有免疫全面 免疫力持久等优点 31 常用的病毒减毒方法 体外减毒 即体外连续传代减毒 在异源宿主中连续传代 在单一宿主中反复连续传代 冷适应筛选 在通常情况下 将病毒在低温条件下进行连续或逐步传代 可诱导病毒基因组中某些位点的突变或损害 在得到的冷变异株中可筛选到减毒株 常用的细菌减毒方法 如卡介苗是用一株牛型强毒结核菌在甘油 胆汁 马铃薯培养基上传230代 耗时13年 获得的对动物不致病但产生抗结合免疫反应的疫苗 32 3 亚单位疫苗 成分疫苗 是指提取或合成细菌 病毒外壳的特殊结构 即抗原决定簇制成的疫苗 这类疫苗不是完整的细菌或病毒 而是细菌或病毒的一部分物质 故称亚单位疫苗 亚单位疫苗仅有几种主要的表面蛋白 因而能消除病毒 或细菌 的许多无关抗原决定簇或粗制或半提纯的病毒 或细菌 制剂诱发的不良反应 33 毒力回升 返祖 如果毒株不纯 混有强毒力的病毒粒子 或者弱毒株的毒力不稳定 通过突变或与野生毒力株发生重组 在接触易感的动物或细胞后发生毒力回升 返祖 现象 则在接种疫苗后 可能使被接种的动物感染发病 构成传染来源 甚至引起疫病流行 补充内容 34 二 基因工程疫苗 geneengineeredvaccine 第二代疫苗 是指使用重组DNA技术克隆并表达保护性抗原基因 利用表达的抗原产物 或重组体本身制成的疫苗 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 基因缺失活疫苗及蛋白质工程疫苗等五种 35 保护性抗原的简单理解 病原体的组成部分 少量进入机体 不产生严重的负性作用 激发机体产生相应的抗体及记忆性淋巴细胞 下次受到相同的抗原侵害时 机体发生再次应答 可大量产生相对应的此种抗体 对机体产生保护 一种病原体相关的抗原表位 能刺激机体产生保护性免疫应答 以抵御该病原体的感染 补充内容 36 1 基因工程亚单位疫苗 subunitvaccine 又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗 主要是指将基因工程表达的蛋白抗原纯化后制成的疫苗 目前在研究中的多数人用的基因工程疫苗都是亚单位疫苗 优点 产量大 纯度高 安全性高缺点 免疫效果一般较差 37 2 基因工程载体疫苗是指将病原微生物的免疫原基因 通过分子生物学的方法将其分离 然后与载体DNA相连接 实现遗传性状的转移与重新组合 再经载体将目的基因带进受体进行正常复制与表达 从而获得增殖培养物供制疫苗用 或直接将活载体接种宿主 直接在其体内表达抗原 诱导免疫反应 38 2 基因工程载体疫苗优点 多为活载疫苗 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 可同时表达多种抗原 制成多联或多价疫苗 可同时启动体液免疫和细胞免疫 在免疫效力上有优势 不存在毒力回升问题 39 2 基因工程载体疫苗缺点 A 载体的要求较为苛刻 通常为特定微生物的疫苗株 以保证载体的安全性 B 曾感染过腺病毒或接种过痘苗的人 对载体微生物具有免疫力 使之接种后不易繁殖 影响免疫效果 40 2 基因工程载体疫苗非复制型载体 non replicatingvector 重组体微生物用于机体后 只保留DNA复制 RNA转录和蛋白质翻译的功能 因而能有效表达保护性抗原 以刺激机体产生免疫反应 但不能产生感染性后代 这类载体具有高度安全性 并可能用作再次免疫 41 3 基因缺失活疫苗 genedeletedlivevaccine 是指应用基因操作技术 将病原微生物中与致病性有关的毒力基因序列除去或失活 使之称为无毒株或弱毒株 但仍保持有良好的免疫原性 从而制成的安全有效的疫苗 优点 突变性状明确 稳定 不易返祖 是研制疫苗的一个重要方向 42 4 核酸疫苗 nucleicvaccine 或称基因疫苗 geneticvaccine 基因免疫 geneticimmunization 核酸免疫 nucleicacidimmunization 是指将一种病原微生物的免疫原基因经质粒载体DNA通过肌肉注射等途径接种给人或动物 能在动物体细胞中经转录 翻译合成抗原物质 刺激被免疫动物产生保护性免疫应答 优点 可启动机体的体液免疫和细胞免疫 既具有亚单位疫苗或灭活疫苗的安全性 又具有活疫苗免疫全面的优点 接种方法 注射 粒子轰击 基因枪 口服 鼻内滴注等 43 5 蛋白质工程疫苗 proteinengineeringvaccine 是指将抗原基因加以改造 使之发生点突变 插入 缺失 构形改变 甚至进行不同基因或部分结构域的人工合成 以期达到增强其产物的免疫原性 扩大反应谱 去除有害作用或副反应的一类疫苗 蛋白质的氨基酸顺序 一级结构 决定了高级结构 一个关键性氨基酸的改变可能引起抗原表位的根本改变 对蛋白质工程抗原应用的效果和安全性要慎重考虑 目前研究仅停留在实验动物水平 44 三 其它新型疫苗1 遗传重组疫苗 geneticrecombinantvaccine 是指使用经遗传重组方法获得的重组微生物制成的疫苗 通常是将对人体无致病性的弱毒株与强毒株 野毒株 混合感染 二者间发生基因组片段交换造成重组 然后通过特异方法筛选出对人体不致病的但又含有野毒株强免疫原性基因片段的重组毒株 遗传重组疫苗适用于分节段基因组的病毒 所谓分节段基因组病毒 即该病毒的基因组可分为几个节段 分别包被于衣壳中 如使用对人体不致病的恒河猴轮状病毒 RRV 与小儿轮状病毒野毒株重组获得的小儿轮状病毒减毒活疫苗 45 三 其它新型疫苗2 合成肽疫苗 syntheticpeptidevaccine 或表位疫苗 epitopevaccine 是指使用化学方法合成能够诱发机体产生免疫保护的多肽制成的疫苗 制成这类疫苗的前提是对目的蛋白质一级和高级结构进行分析 预测该蛋白质的抗原表位 3 抗独特型抗体疫苗是指使用与特定抗原的免疫原性相近的抗体 Ab2 作抗原制成的疫苗 独特型 每一种抗体分子与抗原结合的高变区有其特殊结构 称为独特型 46 三 其它新型疫苗4 微胶囊疫苗 micro capsulizedvaccine 或可控缓释疫苗 controlledsustainedreleasevaccine 使用微胶囊技术将特定抗原包裹后制成的疫苗 可简化免疫程序提高免疫效果 不需要稳定剂和冷链 为了在分发 运输期间保持疫苗的稳定性所需的一系列冷藏设备 优点 微胶囊由丙交酯和乙交酯制成 注入机体后可在不同时间有节奏释放抗原 释放时间持续数月 高抗体水平可维持两年 可起到基础免疫和加强免疫的作用 简化免疫程序 47 补充内容 基础免疫是指人体初次接受某种疫苗的全程足量的预防接种 这是一种打基础的有效免疫 对一周岁内儿童的各种疫 菌 苗接种等都属于基础免疫 各种疫苗基础免疫的次数和剂量是不同的 如卡介苗 麻疹的基础免疫只需一次 百白破疫苗必须连续注射三次 针次间隔4 6周 因此 只有按计划免疫要求接种 才能使体内产生有效的免疫力 以达到基础免疫的目的 基础免疫后 人体产生的免疫力可以维持一段时间 随着时间的推移 这