反向疫苗学在疫苗研制过程中作用

1、反向疫苗学在疫苗研制过程中作用11720695 杨骁疫苗是控制传染病的最有效措施。传统疫苗(活苗、死苗、亚单位苗)在人 畜疫病的防制上发挥着重大作用，对世界范围内唯一被消灭的天花痘苗的发展 及应用功不可没1。但传统疫苗研究存在以下限制：(1)部分病原微生物不能在体 外或实验室条件下进行培养，如梅毒螺旋体和乙肝病毒等；(2)疫苗研发周期长， 往往需要近 10 年的时间才能研制出一种安全的新产品；(3)不同血清型疫苗之间 缺乏交叉保护性，无法抵抗异源病毒的侵袭； (4)不少疫苗存在免疫效果差、安 全性不高及毒力变异等问题。目前，疫病的流行朝着突发性、高传播性、高致病 性发展，这对传统的疫苗研究产生

2、了极大冲击，我们迫切需要一种更加快捷、高 效的疫苗研发途径2。随着人类基因组测序的完成，生物科学从基因组学(Genomics)到蛋白质组学 (Proteomics)的新的研究模式已经初步形成。疫苗研究也开始改变过去从表型 分析人手的思维方式。而是从全基因水平来筛选具有保护性免疫反应的候选抗原 3。这种以微生物基因组为平台，应用生物信息学技术预测毒力因子、分泌及表 面相关抗原；应用蛋白质组学技术寻找外膜抗原；应用体内表达技术(in vivo expession, IVET)、信号标签诱变技术(signature mutagenesis， STM)、DNA 芯片 等寻找侵袭及毒力相关抗原。对上述抗

3、原基因进行高通量克隆、表达、纯化重组 蛋白。然后，再对纯化后的抗原进行体内、体外评价，筛选出保护性抗原，进行 疫苗研究。这种以基因组为基础来筛选蛋白质抗原的疫苗发展策略，称为反向疫 苗学(Reversevaccinology)。相对于常规或传统的疫苗研究方法，反向疫苗学具有如下优势：第一：便捷， 整个过程从分析基因组序列开始，不需要培养微生物；第二：宽泛，基于将所有 的蛋自质看做是潜在的具有免疫原性的思路，整个过程从芯片法分析基因组序列 开始，适用于所有微生物所有微生物疫苗的研究；第三： 安全，可以对一些危 险的病原微生物进行操作，避免病原微生物的扩散；第四：病原在不同时期和环 境表达的蛋白质

4、抗原都会被分析用来作为候选抗原，即使在对微生物的致病机理 和免疫应答了解不多的情况下也可运用4。反向疫苗技术在1999年首次用于鉴定和筛选B型脑膜炎球菌(meningococcus B，MenB)的候选疫苗。Pizza等 对脑膜炎球菌进行了全基因组序列分析，并通 过PCR技术从脑膜炎球菌中筛选出600个表面或膜相关蛋白质的基因，克隆至 大肠杆菌中，成功表达出 350种蛋白质，用蛋白印迹实验、荧光激活细胞分类器 和ELISA、杀菌实验进行抗原定位、免疫原性和保护性测试，其中85种筛出物 呈表面暴露，22种表达物能够诱导补体介导的抗体杀菌，因此具备对B型脑膜 炎球菌的免疫保护力，说明经反向疫苗技术

5、筛选的 MenB 抗原分子是有潜在价值 的疫苗候选物5。细菌的外膜蛋白最易与机体的免疫系统接触，因此能够诱导保护性免疫反应 的蛋白质多是此类蛋白。但细胞膜是个动态的环境，其成分常随着外界环境和细 胞周期的改变而变化。单一的基因组的数据库分析无法预测这些动态的变化，而 结合蛋白质组学的方法则可以分离鉴定菌体所有的蛋白，也可以研究比较不同环 境下菌体分泌的蛋白质的差异，用于动态地研究各种蛋白质的功能2。检出与抗 体有良好的结合能力，能刺激机体的免疫系统的蛋白质将成为候选疫苗成分。大多数病毒的基因组较小，其全长基因组的获得较为容易。在过去几年里， 人们已经对许多能引起人和动物的重大疾病的病毒的基因组

6、进行了测定，对病毒 各基因的功能和编码产物也有了一定的了解。在认识到某种病毒结构蛋白的抗原 性（如包膜和核心蛋白）以后，可以使用基因工程菌大量制备免疫原，然后再纯化 免疫原，最后用纯化的免疫原接种实验动物，结果能使动物产生类似于完整病毒 粒子的免疫反应，并为动物提供保护4。丙型肝炎病毒是引起丙型病毒性肝炎的 病原体，HCV是一个南脂膜包裹的正链RNA病毒，病毒包膜上整合有病毒编码 的包膜蛋白E I和E2。由于HCV无法在体外培养和镜检观察其结构。所以用传 统方法研制丙肝病毒疫苗遇到瓶颈。Reed KE等，分析了 HCV包膜蛋白的全基 因组序列，并使E1和E2在一些宿主内得到表达。这些重组蛋白能

7、保护猩猩不 受同源HCV的感染，这使用E1和E2研制疫苗获得了进展。寄生虫的病原体比较庞大，抗原部位多且免疫原性分析起来比较复杂，在孢 子体、裂殖体、生殖体各生活周期中表达不同抗原，使疫苗的研制非常困难5。 疟疾是通过蚊叮咬传播的疟原虫病，每年都有 500万人感染疟疾，其中有 25 万人死亡。尽管历经多年的研究，从疟原虫中鉴定了 20 多种抗原，但没有一种 适合做疫苗。反向疫苗学是解决问题的唯一方法。疟原虫的染色体有14条，已 有2条被测序完毕 。从全基因组序列预测了 6000个基因信息，以重组蛋白形式 表达并与佐剂作用或以DNA疫苗形式表达，基因表达产物具有免疫原性，最终 会研制出有效的疫苗

8、来防治疟疾。随着基因组学和蛋白质组学技术的快速发展，越来越多的病原微生物完成了 基因组序列的测定，这为研究者利用反向疫苗学研发新型疫苗以攻克各种传染性 疾病提供了前提条件。它必然会发展成为一种有效、快速的疫苗研制手段。高通 量、自动化、大规模筛选可在短时间完成大量候选疫苗抗原的筛选工作，使疫苗 研制周期大大缩短，并且可以同时研究多种病原，这为以后应对突发性疾病和新 传染病的暴发提供了有力的支持。在面对一些应用传统方法尚未获得进展的病原 时，反向疫苗学也显示出了强大的优越性。相信随着相关技术的发展，反向疫苗学的应用领域将由人类微生物疫苗拓展到兽医微生物疫苗的研制，由预防性疫拓展到治疗性疫苗的研制，将为人、畜疾病的防控做出重大贡献。参考文献：1 刘 楠,李小妮 , 牛 聪颖. 疫 苗研究 新 进展 -反 向疫 苗学 J 中国 医学指 南.2011,9(16):210-212.邬栋栋,刘晓宁，余旭平.反向疫苗学及其在动物医学中的应用J上海畜牧兽医 通讯.2007,(4):55-58.胡永浩,沈正达反向疫苗学：后基因组时代疫苗研究新途径J中国兽医学 报,20