基因工程疫苗

基因工程疫苗概述1引言现代疫苗是一种利用抗原诱发机体特异性免疫反应、防治疾病或达到特定医学目的的生物制剂。 目前人类预防疾病的疫苗有20多种，根据预防对象分为病毒疫苗和细菌疫苗，根据技术特点分为传统疫苗和新型疫苗。 传统疫苗主要包括解毒疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗，新型疫苗以基因工程疫苗为主，基因工程疫苗(基因工程亚单位疫苗、基因载体疫苗、核酸疫苗、基因缺失疫苗和蛋白质工程疫苗)、遗传人类自1796年首次成功使用疫苗至今已制备出约60种不同的疫苗(表1 )。 这些疫苗在使人类免除天花灾害的同时，每年还保护数百万人免受许多疫病的侵害。表1主要人使用疫苗的发明时期和成分时间疫苗成分1796年天花疫苗异源病毒1885年狂犬病疫苗灭活病毒1897年鼠疫疫苗弱毒/灭活细菌1920年伤寒疫苗灭活细菌和多糖1923年白喉疫苗灭活毒素1926年百日咳疫苗灭活毒素1927年卡介苗弱毒菌1927年破伤风疫苗灭活毒素1935年黄热病疫苗弱毒病毒1936年流感疫苗灭活病毒1955年脊髓灰质炎疫苗灭活病毒1962年脊髓灰质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年风疹疫苗弱毒病毒1981年乙型肝炎疫苗蛋白质1985年流感病毒疫苗多糖1990年甲型肝炎疫苗灭活/弱毒病毒2基因工程疫苗也就是说，DNA疫苗(基因工程疫苗)是利用重组DNA技术克隆保护抗原基因，利用表达的抗原产物和重组体本身(多数没有毒性，没有感染力，有很强的免疫原性)制成的疫苗。 基因工程疫苗采用基因工程方法和分子克隆技术分离病原保护抗原基因，将其转移到原核和真核系统中表达其病原保护抗原，制备疫苗，删除或突变病原毒性相关基因，成为无毒性相关基因的基因缺失苗和突变苗， 基因工程疫苗只包括病原的一部分组成，但通常疫苗多为完整的病原体，因此基因工程疫苗的最大优点是安全性好，尤其是病原力强的病原体。 基因工程疫苗与传统疫苗相比，首先具有降低生产成本、更廉价大批量生产的优点。 第二，感染动物与免疫动物易于区别，荆因工程苗中只含有病原的12种蛋白成分，或者缺少某些蛋白成分，因此通过检测出野毒中含有的病毒蛋白抗体，基因工程疫苗中没有的病毒蛋白抗体可以很容易地从免疫动物中区分出野毒感染者。 第三，利用活载体制备多价疫苗，达到预防多病的目的。目前，预防人和动物传染病的疫苗，开发灭活苗、弱毒苗、亚基苗是以大量培养病原微生物为基础的。 这不仅给疫苗的制造带来了极限，而且在疫苗的安全性、免疫性能、产量和保存等多方面都存在缺陷，病原微生物的灭活不完全，强毒扩散的弱疫苗增强等。 近年来发展起来的基因工程技术给新的更有效的疫苗开发带来了希望，成为当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，目前可分为4类：基因工程亚基苗基因缺失苗和突变苗活载体苗DNA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基因工程亚单位苗基因缺失或突变苗活载体苗DNA疫苗免疫效应差得远太好了太好了太好了免疫次数一遍又一遍一次性一次性二次阿吉班特需要不要不要需要安全性太好了太好了太好了太好了稳定性好强好强好强好强保存期间很长很长很长很长研发周期很长很长很长短2.1亚单位疫苗基因工程亚单位疫苗(subunitvaccin )又称重组亚单位疫苗(Recombinant Subnit Vaccines )，通过DNA重组技术对受体菌和细胞保护病原微生物抗原基因(protective antigen ) 该疫苗仅含病原体抗原的一部分，将免疫反应诱导为单一蛋白质。 具有安全性高、生产方便等优点。 在开发亚单位疫苗时，首要任务是优先选择目标基因、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，例如病原体表面糖蛋白编码基因。 但易变病毒(如甲型h1n 1流感病毒)选择各亚型共同的核心蛋白基因序列，用PCR扩增目标基因后，选择合适的表达系统表达基因产物。 目前原核表达系统(如大肠杆菌)比较成熟，但表达蛋白抗原性差的真核系统(如酵母)表达产物较好，具有巨大的发展潜力。 最后加入佐剂，由于亚基疫苗免疫原性弱，安全强活性佐剂需要增强免疫效果。 吕舟等通过比较不同佐剂猪红血球亚基疫苗的免疫效果，白油佐剂和氟沙星均能对机体产生较高的免疫应答。 荣俊等人还发现了新型纳米佐剂的扩散性，减少了副反应，进一步提高了亚基疫苗的安全性。 作用对象基因工程的亚单位疫苗主要分为细菌性疾病、病毒性疾病和激素类预防3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性载体疫苗(Liverecombinant vaccine )是利用基因工程技术将病毒和细菌(常疫苗较弱的株)构建成一个载体，将外来基因插入其中表达的活性疫苗。 用这种疫苗免疫后，与自然感染类似的是向宿主免疫系统提供免疫原性蛋白的方式，同时诱导包括体液免疫、细胞免疫以及黏膜免疫在内的许多免疫效果。 此外，活载体疫苗还能构建多价或多联疫苗，取得多病预防效果。 也就是说，病毒活性载体疫苗不仅具有活性疫苗免疫效力高、成本低的优点，还具有灭活疫苗安全性好等优点，是目前和未来疫苗开发的重要方向之一。 这种疫苗主要分为基因缺失疫苗和复制性活载体疫苗两类。2.3肽疫苗的合成合成肽疫苗(Synthetical peptidevaccine )又称表位疫苗，是为从病原体抗原表位或抗原中确定簇氨基酸序列特征而开发设计的疫苗。 该疫苗是人工合成病原微生物保护肽和抗原表位，辅助合适的载体和佐剂制备的新型基因工程疫苗。 特别适用于体外培养得不到足够量抗原的微生物病原体和生长滴度低的微生物。 肽疫苗具有诱发细胞反应、持续时间长、具有记忆功能等优点，同时其缺点也很明显，例如抗原表位极限，某些应制备的肽段序列应与完全病毒上的抗原决策簇序列一致，所选择的单抗原决策簇具有足够强的免疫原性目前合成肽疫苗生产成本昂贵，一般只有人和珍贵的动物。合成肽疫苗的早期研究以口蹄疫病毒(FMDV )合成肽疫苗为主。 目前，我国已成功开发和生产销售猪o型FMD合成肽疫苗(多肽2570 7309 )。 中牧实业股份有限公司和申联生物医药(上海)有限公司猪口蹄疫o型合成肽疫苗产品问世。 陈方志等对这两种产品的抗体水平进行了检测，发现一次免疫就能维持阳性水平以上的抗体直到猪出来。 同时，注射疫苗前后没有观察到压力，这也是疫苗的一大优点。 此外，国内天康公司正在研究二价口蹄疫合成肽疫苗。2.4核酸疫苗核酸疫苗(Nucleic vaccine )又称基因疫苗(Gene vaccine )或DNA疫苗(DNA vaccine )，通过DNA重组技术将抗原基因插入动物细胞表达载体，在宿主细胞内筛选获得重组克隆的过程简言之，动物体内接种编码异源蛋白基因的质粒，产生功能性蛋白质，诱发免疫反应。 其合成抗原蛋白类似亚单位疫苗，但核酸疫苗的抗原蛋白发生在免疫对象体内，引起全面的免疫反应。 核酸疫苗作为疫苗家族的新产物，对传统疫苗和亚单位疫苗，抗原合成和传递过程与病原的自然感染类似，通过MHC最为突出I类和II类的分子呈直接免疫系统。 尤其会引起CD4、CD8 T细胞亚群的活化。 另外，细胞中只表达必要的抗原基因，载体不具有抗原性。 同时，该疫苗易于构建和制备，适合规模化生产。 然而，潜在的危险性也不容忽视。 例如，外缘DNA与宿主染色体整合可引起插入突变，外源抗原长期表达或体细胞转移可引起免疫病理反应，产生抗DNA抗体，可引起自身免疫反应，表达的抗原可能具有过剩的生物活性等。 只有解决这些安全问题，才能进一步发展核酸疫苗。 据报道，截至2008年，世界上已有94种DNA疫苗制品进行了从临床期到期的试验。 狗的黑色素瘤和马的西尼罗病毒核酸疫苗在美国被注册了。 国内疾病预防控制中心和北京生物制品研究所联合开发的DNA天坛痘苗复合型艾滋病疫苗已经完成了二期临床试验。 另外，哈尔滨兽医研究所开发的禽流感病毒DNA疫苗(H5亚型，pH5-GD )正在进行临床试验，免疫后HI抗体持续1年，持续抵抗强毒攻击。结论基因工程疫苗技术是疫苗发展史上的新革命，其优点不能与许多传统疫苗相提并论。 我国虽然落后于相关研究，但已有一定的基础，研制生产了多种新型疫苗，为我国动物疾病预防控制提供了有力的支持。 同时，政府要加大支持力度，充分利用我国基因工程上游的操作优势，在现有系统中进一步开发和创新。 比如开发新型分子佐剂和免疫增强剂，平衡产品种类和结构促进产业化。 基因工程疫苗的进一步发展，对构建完善的疫情防御体系，保障我国畜牧业健康发展具有重要作用。参考文献1陆德如.新型疫苗研究现状与展望，北京：学苑出版社，1992，312-820中国科学(b编) 1993，23 (1) 61。3皇甫游泳等. BCG苗载体及其在疫苗研究中的应用，北京：学苑出版社，1992，321-3334 Kapusta J，Modelska A，fierrowiczm，et al. FASEB J，1999，13 (13 ) :1796至17995 Vaccine、1998、16 (13 ) :336至13436韩雪清、刘湘涛.基因工程疫苗的研究进展.中国兽医科学技术，2003(5):19-237智海东、