淺析疫苗的防病作用及其機制

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淺析疫苗的防病作用及其機制

賽慶燕（山東省臨朐縣五井獸醫站 262603）

人類在和傳染病長期的斗爭中發現了機體免疫的機制并制作出疫苗，用接種疫苗的方法對傳染病產生特異免疫力。從預防醫學的觀點來看，疫苗接種是防止人類和動物受到傳染或感染疾病的最好方式，也是預防和控制傳染病的重要武器。自1798年英國醫生琴納(Jenner)創立應用牛痘膿疤制成疫苗預防天花以來，疫苗的研究和應用己經有了200多年的歷史，其間經歷了常規疫苗、基因工程疫苗、合成肽疫苗三代疫苗的發展歷程。現就不同種類疫苗的防病作用及其機制進行綜述，探討其現狀及研究進展。

1 疫苗的種類特點及其防病作用

1.1 常規疫苗

1.1.1 活疫苗 有強毒苗、弱毒苗和異源苗3種。弱毒苗是目前使用的最為廣泛的疫苗，雖然弱毒苗的毒力已經致弱，但仍保持著原有的抗原性，并能在體內繁殖，可用較少的免疫劑量誘導產生堅實的免疫力，而且不需使用佐劑，免疫期長，不影響動物產品的品質。

1.1.2 滅活疫苗 目前使用的有組織滅活苗、油佐劑滅活苗和氫氧化鋁膠滅活苗等。病原微生物經理化方法滅活后，仍保持免疫原性，接種后使動物產生特異性抵抗力。死苗接種后不能在動物體內繁殖，使用接種劑量較大，免疫期較短，需加入適當的佐劑以增強免疫效果。

1.1.3 代謝產物疫苗 細菌的代謝產物如毒素、酶等都可制成疫苗，破傷風毒素、白喉毒素、肉毒素經甲醛滅活后制成的類毒素有良好的免疫原性，可作為主動免疫制劑。另外，致病性大腸桿菌腸毒素，也可用作代謝產物疫苗，如大腸桿菌K88、K99二聯疫苗用于口服，可阻止致病性大腸桿菌在腸黏膜表面的粘附，對大腸桿菌病的防制有一定作用。

1.1.4 寄生蟲疫苗 寄蟲疫苗主要是活苗或致弱苗，集中于原蟲、包括球蟲、弓形蟲、新孢子蟲、巴貝斯蟲、梨形蟲和賈第蟲等。而線蟲、絳蟲和體外寄生蟲疫苗相對較少。寄生蟲疫苗不象針對細菌與病毒那樣容易成功，主要因為寄生蟲是比細菌與病毒更復雜的動物是真核生物。大多數是多細胞動物，有著復雜的生活史，絕大多數寄生蟲還不能在人工條件下離開宿主培養；寄生蟲抗原復雜、易變異、偽裝、表而抗原脫落與更新，使宿主難以產生保護性免疫應答。重組亞單位疫苗也為寄生蟲疫苗的研究開辟了新的途徑。一些寄生蟲的保護性抗原基因在大腸桿菌表達，將產物免疫接種動物，有一定的防蟲效果。

1.2 亞單位疫苗

亞單位疫苗是去除病原體中與激發保護性免疫無關的甚至有害的成分，保留有效免疫原成分制作的疫苗。病毒亞單位疫苗只含有病毒的抗原成分，因而不良反應小、使用安全，效果較疫苗。已報道研制成功的病毒亞單位疫苗有豬口蹄疫、偽狂犬病、水皰性口炎，流感等亞單位疫苗。

1.3 高新技術疫苗

1.3.1 基因工程亞單位疫苗 基因工程亞單位疫苗又稱生物合成亞單位疫苗或重組亞單位疫苗。指利用DNA重組技術，在體外高效表達系統中(如原核細胞、真核細胞等)表達病原的主要保護性抗原蛋白，將所獲得的產品處理后制成的疫苗。

1.3.2 基因缺失或突變苗 將與病原菌或病毒毒力相關的基因全部或部分刪除，或發生突變而使其毒力減弱構建成的活疫苗，稱為基因缺失苗或突變苗。基因缺失或突變苗最大的優點是其毒力不會返強，在動物體內連續傳代后也不會恢復毒力。

1.3.3 活載體疫苗 活載體疫苗指用基因工程方法，將一種病原免疫相關抗原整合到另一種載體基因組DNA的復制非必需片斷中構成的活載體疫苗。現階段研制的疫苗大多屬于這一類。活載體疫苗主要有病毒活載體疫苗和細菌載體疫苗兩類。

1.3.4 抗獨特型抗體疫苗 抗獨特型抗體可以模擬抗原物質，刺激機體產生與抗原特異性抗體具有同等免疫效應的抗體，由此制成的疫苗稱為抗獨特型疫苗或內影像疫苗。利用雜交瘤技術制備大量的抗獨特型抗體，作為疫苗可以刺激產生抗相應抗原的抗體，抗獨特型抗體疫苗的優點是安全、穩定，不存在其它類型疫苗抗原來源困難，也沒有合成多肽基因克隆表達抗原的缺陷型構像等問題，在某種程度上可以彌補重組疫苗和合成肽疫苗的不足。由于只針對單一抗原決定簇，所以不會有其它副作用，但這也是此種疫苗的缺點。

1.3.5 合成膚疫苗 合成膚疫苗利用人工的方法來合成病原的保護性抗原小體，再輔以適當的佐劑制成的疫苗。該法同樣具有安全可靠的優點，更重要的是可以根據毒株的流行情況加以調整，方便快捷。

1.3.6 DNA疫苗 這是一種最新的分子水平的生物技術疫苗，應用基因工程技術把編碼保護性抗原的基因與能在真核細胞中表達的載體DNA重組。DNA疫苗一般都是利用單一蛋白抗原分子來誘導免疫反應。

1.4 疫苗佐劑

如今合成膚疫苗、基因工程亞單位疫苗、抗獨特型抗體疫苗以及核酸疫苗等新型疫苗雖具有良好的抗原性和低毒等優點，但其免疫原性較弱，有必要配合高效的佐劑使用，進一步推動了免疫佐劑的研究。常用的佐劑主要有不溶性鋁鹽類膠體、油水乳劑、微生物及其代謝產物、核酸及其類似物、細胞因子、免疫刺激復合物、蜂膠、脂質體等。

2 疫苗的免疫機制

2.1 常規疫苗

常規疫苗的作用機制是提供機體少量抗原，使肌體發生一次輕微的感染但不發生臨床癥狀，誘導肌體產生免疫反應獲得該種疾病的免疫保護，如果一切正常，免疫系統在遇到真實的病原時進行全面抗擊。減毒疫苗能夠引起真正地感染，引發機體產生良好地防御，使免疫系統產生抗體和殺病毒T細胞。

2.2 亞單位疫苗

病毒亞單位疫苗只含有病毒的抗原成分，無核酸，無不良反應。細菌亞單位疫苗可用菌毛抗原制備，如致病性大腸桿菌K88疫苗用于口服好。

2.3 高新技術疫苗

2.3.1 基因工程亞單位疫苗 重組亞單位疫苗安全、廉價，而且便于規模化生產。用非疫苗用蛋白作為抗原建立的診斷方法，可以將免疫動物和自然感染動物鑒別開來；對于發病急，病程短的疾病效果較好；在原核系統(如大腸桿菌〕中的表達產物通常無法進行正確的加工和折疊，影響表達產物的構象和免疫原性，而真核系統(桿狀病毒，昆蟲細胞，酵母等)卻能克服以上不足，表達產物較好，應用較多。

2.3.2 基因缺失或突變苗 目前為止，此類疫苗中成功的例子還不是很多。比較有代表性是豬偽狂犬病病毒糖蛋E基因缺失及胸腺核苷酸激酶基因突變失活株的活疫苗。該疫苗免疫力不僅與常規弱毒苗相當，而且由于其不具有IgE抗體，而自然帶毒者具有IgE抗體，因此可以作為標記疫苗將免疫動物從自然感染的PRV中鑒別出來。荷蘭于1998年5月在全國推廣使用TK-/gE雙基因缺失疫苗，美國研制并普遍使用的牛傳染性鼻氣管炎病毒(IBRV)TK基因缺失疫苗效果良好。

2.3.3 活載體疫苗 病毒活載體疫苗：常作為載體的病毒有痘苗病毒，禽痘病毒，疤疹病毒，腺病毒，反轉錄病毒等。現在應用比較成功的此類基因工程疫苗有：能表達豬瘟病毒囊膜糖蛋白E1的重組PRV(TK-)，能表達雞新城疫病毒的血凝素或融合蛋白的重組禽痘病毒能表達馬立克病病毒糖蛋白B抗原的重組禽痘病毒能表達狂犬病囊膜糖蛋白的重組痘苗病毒能表達禽流感病毒的血凝素重組禽痘病毒等。但痘苗病毒能在動物休內復制，可能會引發對人類有致病性的新的病毒因此重組痘苗疫苗可能難以商品化。細菌活載體疫苗：沙門氏菌活載體疫苗，沙門氏菌能通過消化道將異源抗原帶到腸道的淋巴組織中，并在其中繁殖，與免疫前體細胞相互作用，從而激發機體的各種免疫。用此系統可表達鏈球菌的表面抗體和M抗原，將E.coli K88和LT-B抗原基因重組質粒轉人弱化的豬霍亂沙門氏菌中，構建出豬霍亂沙門氏菌一大腸桿菌與K88LT-B多價基因工程苗。大腸桿菌活載體疫苗，如將合成的口蹄疫病毒VPl的10個氨基酸殘基的DNA序列插人到E. coli. K12株外膜蛋白基因中。把志賀氏毒素B亞單位的3個部分基因融合到E. coli的另一種外膜蛋白基因的密碼子間進行融合表達。

2.3.4 抗獨特型抗體疫苗 抗獨特型抗體疫苗指的是針對抗體可變區的抗體，由于后者和誘導產生前者的抗原一樣，能與前者抗體的可變區結合，因此后者可以模擬抗原表位的構象，代替抗原作為疫苗使用。1974年Jerne提出免疫網絡調節學說，當機體針對某種抗原的抗體達到一定水平時，其免疫系統會視此抗體分子(Ab1)為靶子產生抗體(Ab2)，并與之結合加以抑制。由此類推，當Ab2超過一定水平時，又會有抗Ab2的抗體產生等。由Ab2和抗原都能與Abl結合，所以二者在結構上是鏡像關系，這種抗體分子就是抗特異型抗體。

2.3.5 合成膚疫苗 美國UBI公司研制的口蹄疫病合成肽疫苗，其免疫效果較好，在美國梅島外來實驗室到中國臺灣進行的工種實驗表明該疫苗對動物具有良好的免疫作用，應用前景良好。但該法生產成本高，只適用于含線形表位的多肽，不適用于構象依賴性表位多肽。

2.3.6 DNA疫苗 動物機體經DNA疫苗的免疫后，會引發機體的全面免疫應答反應，DNA疫苗轉染細胞，被吸收的質粒在強哺乳動物啟動子作用下合成mRNA，進而合成免疫原性蛋白。如果被轉染的細胞是專職抗原呈遞細胞(APC)，它們表達I類及Ⅱ類MHC分子以及共刺激分子。蛋白經加工后，與I類分子的重鏈和微球蛋白結合以I類途徑呈遞，從而誘導MHC-I限制的抗原特異性的CTL產生細胞免疫。或于I類分子的α和β鏈結合以Ⅱ類途徑呈遞，并被定向轉運到APC細胞表面，成為CD4+Th細胞免疫監視的靶位，Th細胞分泌淋巴因子，刺激B細胞轉化為漿細胞，產生抗體，誘導了抗原特異性的體液免疫應答。

當疫苗的質粒DNA被導入機體后，可被機體細胞所攝取，雖然這種攝取的機理尚不十分清楚，但確實存在，尤其是肌細胞有較強的DNA攝取能力。因為肌肉注射DNA疫苗后，外源蛋白可在肌細胞內大量表達，因此推測肌細胞本身可充當抗原遞呈細胞。另外，上皮細胞、粘膜細胞和樹突狀細胞也可以有效地攝取DNA分子。被攝取后的質粒DNA分子在特定啟動子作用下，即可在細胞核內轉錄為mRNA，再被移至細胞質內翻澤成抗原蛋白分子，表達出的抗原蛋白分子誘導機體產生完整的免疫反應。

目前的研究認為，對DNA疫苗質粒起抗原遞呈作用的細胞，可能是許多種類的細胞，只不過樹突狀細胞可能起的作用更大些。也有實驗發現在抗原遞呈細胞中，DNA疫苗質粒可表達形三種類型的抗原分子，即分泌型、細胞膜結合型和細胞內型。其中，分泌型的蛋白分子是誘導體液免疫的最佳抗原形式；胞內型的蛋白分子在與MHC I類分子結合后，是誘導細胞免疫的最好抗原形式。不過，詳細的機理尚需進一步的資料調查。無論如何，DNA疫苗的各種動物實驗的初步結果都證實了該疫苗能夠誘導完整而全面的特異性免疫反應。

2.4 疫苗佐劑

免疫佐劑主要通過免疫調節、參與抗原遞呈、誘導CD8+T細胞應答、抗原貯存等方式發揮作用。

3 研究進展及現狀

人們對疫苗的越來越深入了解的同時，認識到了一些疫苗的局限性。例如傳統疫苗的減毒疫苗的缺點是，它們需要較長地時間產生反應，而且經減毒的病毒理論上能夠變異而恢復毒力使機體患病。亞單位疫苗由于制備困難，價格昂貴，在生產中難以推廣應用。而高新技術疫苗如DNA疫苗可全面激活機體的免疫反應，具有交全，熱穩定性，價廉等優點尤其是激活的CT L活性將使之在慢性感染性疾病以及腫瘤治療領域具有廣闊應用前景，但DNA疫苗誘發機體產生免疫反應的機制尚有許多問題有待于搞清。

理想的疫苗應該具有有效性好，安全、穩定、易于口服，成本低，能產生范圍廣、適宜良好的保護性免疫反應，可以和其他疫苗聯合使用，一針可預防多病，不受母源抗體干擾，對環境和人類無副作用的優點。隨著人們對DNA免疫機制的進一步認識，DNA疫苗必將取代傳統疫苗(特別是減毒活疫苗)，更高效率的DNA疫苗尚在完善中。隨著全球化進程的日益加快，我國應該掌握疫苗基本的防病作用及其機制為疫苗技術的發展打下堅實的基礎。加強和國外科研單位的交流和溝通，取長補短，這樣才能使我國畜牧業生產取得長足的進步和發展。

S851.33

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1007-1733(2011)01-0046-03

（2010–10–25）