基因工程疫苗的研究進展

摘 要:隨著分子生物學(xué)及重組DNA技術(shù)的發(fā)展，基因工程疫苗的研究不斷深入，傳統(tǒng)疫苗已體現(xiàn)出諸多缺陷，利用基因工程開發(fā)新疫苗是當(dāng)前解決這個問題的最好途徑之一。目前開發(fā)的主要有基因工程亞單位疫苗、基因工程活載體疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、轉(zhuǎn)基因植物可食疫苗、抗獨特型疫苗等。本文對新型疫苗發(fā)展方向及進展情況作以綜述。

關(guān)鍵詞:基因工程疫苗 生物制品 免疫系統(tǒng) 病毒樣顆粒

中圖分類號:S852文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0003-02

1 前言

自從英國鄉(xiāng)村醫(yī)生Edward Jenner 1798年發(fā)明天花疫苗以來，人類已研制出上千種疫苗用來預(yù)防和控制各種疾病，20世紀80年代隨著現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的興起，特別是DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)，為研制新一代的疫苗提供了嶄新的方法。基因工程疫苗是用分子生物學(xué)技術(shù)，對病原微生物的基因組進行改造，以降低其致病性，提高其免疫原性，或者將病原微生物基因組中的一個或多個對防病治病有用的基因克隆到無毒的原核或真核表達載體上制成疫苗，接種動物產(chǎn)生免疫力和抵抗力，達到防制傳染病的目的。現(xiàn)在疫苗已成為人類同疾病斗爭的一種重要武器，而基因工程疫苗是當(dāng)今最先進的疫苗，相比傳統(tǒng)疫苗而言它有巨大的優(yōu)勢。

2 各種基因工程疫苗簡介

目前利用基因工程技術(shù)已經(jīng)使用和正在研制開發(fā)的新型疫苗主要有基因工程亞單位疫苗、基因工程活載體疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、轉(zhuǎn)基因植物可食疫苗等，這些疫苗統(tǒng)稱為基因工程疫苗。

2.1 基因工程亞單位疫苗

基因工程亞單位疫苗(Subunit vaccine)又稱生物合成亞單位疫苗或重組亞單位疫苗，指只含有病原體的一種或幾種抗原，而不含有病原體的其他遺傳信息。能利用體外表達系統(tǒng)(如大腸埃希氏菌，桿狀病毒，酵母等)大量表達病毒的主要保護性抗原蛋白作為免疫原，因此具有良好的安全性，且便于規(guī)模化生產(chǎn)。

在研制亞單位疫苗時，首先要明確編碼具有免疫原活性的目的DNA片段，一般選擇病原體表面糖蛋白編碼基因，而對于易變異的病毒(如A型流感病毒)則可選擇各亞型共有的核心蛋白基因序列。其次，還必須選擇合適的表達系統(tǒng)用來表達基因產(chǎn)物，表達系統(tǒng)主要有大腸埃希氏菌、酵母、昆蟲細胞、哺乳類細胞、轉(zhuǎn)基因動植物等。迄今研制出的亞單位疫苗，有預(yù)防病毒性和細菌性疾病的，也有激素類的亞單位疫苗。比較成功的重組亞單位疫苗有人乙型肝炎病毒亞單位疫苗(酵母表達)，口蹄疫病毒亞單位疫苗，牛瘟病毒亞單位疫苗，豬細小病毒亞單位疫苗等。基因工程亞單位疫苗分以下3類:

細菌性疾病亞單位疫苗:傳統(tǒng)的細菌疫苗用全菌、細菌胞壁抽提物或培養(yǎng)肉湯粗濾液制成，除免疫原外，還含有很多有毒成分。鑒定和分離致病菌關(guān)鍵的免疫原和毒力因子是研究細菌性亞單位疫苗的基礎(chǔ)，現(xiàn)已研制出預(yù)防產(chǎn)腸毒素大腸埃希氏菌、炭疽桿菌、鏈球菌和牛布魯氏菌病等的亞單位疫苗，都能對相應(yīng)的疾病產(chǎn)生有效的保護作用。

病毒性疾病亞單位疫苗:研制病毒性亞單位疫苗比細菌性亞單位疫苗簡單，病毒病原體只編碼少數(shù)幾種基因產(chǎn)物，大部分病毒基因組已被克隆和完全測序，這為病毒性亞單位疫苗的研制提供了有利條件。目前已商品化或在中試階段的病毒性疾病亞單位疫苗主要有乙型肝炎、口蹄疫、狂犬病等十幾種亞單位疫苗。

激素亞單位疫苗:動物的生長主要受生長激素的調(diào)節(jié)，而生長激素的分泌受到生長抑制素的抑制。所謂生長抑制素疫苗是以生長抑制素作免疫原，使免疫動物的生長抑制素水平下降，生長激素釋放增多，使牛、羊等家畜獲得顯著的增重效果。

2.2 基因工程活載體疫苗

活載體疫苗(Live recombinant vaccine)可以是非致病性微生物通過基因工程的方法使之表達某種特定病原物的抗原決定簇基因，產(chǎn)生免疫原性，也可以是致病性微生物通過基因工程的方法修飾或去掉毒性基因，但仍保持免疫原性。在這種疫苗中，抗原決定簇的構(gòu)象與致病性病原體抗原的構(gòu)象相同或者非常相似，活載體疫苗克服了常規(guī)疫苗的缺點，兼有死疫苗和活疫苗的優(yōu)點，在免疫效力上很有優(yōu)勢，主要有基因突變疫苗和復(fù)制性活載體疫苗。

基因突變疫苗:這類疫苗是人為地將病原體的某個或某些基因(復(fù)制非必需，或與毒力相關(guān))全部或部分刪除，使其毒力下降，不再引起臨床疾病，但仍能感染宿主并誘發(fā)保護性免疫力。這種基因缺失的病毒作為疫苗的突出優(yōu)點是不易返祖而重新獲得毒力。缺失的基因可作為一種遺傳標志用于建立鑒別診斷方法。雖然，到目前為止這類疫苗中成功的例子還不多，但的確是研制疫苗的一個重要方向。

復(fù)制性活載體疫苗:這類疫苗以非致病性病毒(株)或細菌為載體來表達其他致病性病原體的抗原基因，在被接種的動物體內(nèi)，特定免疫原基因可隨重組載體復(fù)制而適量表達，從而刺激機體產(chǎn)生相應(yīng)的免疫抗體，根據(jù)載體不同分為:病毒活載體疫苗和細菌活載體疫苗。

病毒活載體疫苗利用低致病力的病毒作為載體，將其它病原的主要保護性抗原基因插入到載體基因組的非必需區(qū)形成新的重組體，在同源或兼容性好的啟動子驅(qū)動下隨載體的復(fù)制表達插入的外源基因。此疫苗具有常規(guī)疫苗的所有優(yōu)點，而且便于構(gòu)建多價疫苗，建立鑒別診斷方法。常作為載體的病毒有痘苗病毒、禽痘病毒、火雞皰疹病毒、腺病毒、偽狂犬病毒、反轉(zhuǎn)錄病毒等。

細菌活載體疫苗是指將病原體的保護性抗原或表位插入細菌基因組或質(zhì)粒使其表達。目前主要有沙門氏菌活載體疫苗、大腸桿菌活載體疫苗、卡介苗活載體疫苗以及以單核細胞增多性李斯特菌和小腸結(jié)腸耶爾森氏菌為載體的細菌活載體疫苗。研制活載體疫苗，必須注意人用疫苗和畜禽用疫苗的區(qū)別，人用疫苗的焦點是安全性，畜禽用疫苗除安全性外還要考慮成本效益。選擇理想的載體是活載體疫苗研制及應(yīng)用成功的關(guān)鍵，目前常用的除痘病毒外，皰疹病毒和腺病毒也被選作載體。

2.3 核酸疫苗

核酸疫苗(Nucleic vaccine)又名基因疫苗(Gene vaccine)或DNA疫苗(DNA vaccine)，是一種或多種抗原編碼基因克隆到真核表達載體上，將構(gòu)建的重組質(zhì)粒直接注入到體內(nèi)而激活機體免疫系統(tǒng)，因此也有人稱之為DNA免疫。它所合成的抗原蛋白類似于亞單位疫苗，區(qū)別只在于核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫對象體內(nèi)產(chǎn)生，并能引起體液和細胞免疫反應(yīng)。

核酸疫苗是近幾年來新興的一種疫苗，它以其獨特的優(yōu)點吸引著人們:(1)抗原合成和遞呈過程與病原的自然感染相似，通過MHCⅠ類和Ⅱ類分子直接遞呈免疫系統(tǒng)。特別是特異性CD8＋淋巴細胞(CTL)的免疫反應(yīng)，這是滅活疫苗和亞單位疫苗不能比擬的;(2)免疫原的單一性，只有編碼所需抗原基因?qū)爰毎玫奖磉_，載體本身沒有抗原性。(3)易于構(gòu)建和制備，穩(wěn)定性好，成本低廉，適于規(guī)模化生產(chǎn)。

但其潛在的危險性是:(1)被注射的、可由宿主吸收的DNA有可能被整合到宿主的染色體中，引起插入突變。(2)外源抗原的長期表達可能導(dǎo)致不利的免疫病理反應(yīng);(3)使用編碼細胞因子或協(xié)同刺激分子的基因可能具有額外的危害;(4)有可能形成針對注射DNA的抗體和出現(xiàn)不利的自身免疫紊亂;(5)所表達的抗原可能產(chǎn)生意外的生物活性。解決這些安全問題是研究核酸疫苗的焦點。

2.4 合成肽疫苗

合成肽疫苗(Synthetical peptide vaccine)也稱表位疫苗(Epitope vaccine)，是用化學(xué)合成法人工合成類似于抗原決定簇的小肽(約20-40個氨基酸)。合成肽疫苗分子是由多個B細胞抗原表位和T細胞抗原表位共同組成的，大多需與一個載體骨架分子相耦聯(lián)。合成肽疫苗的研究最早始于口蹄疫病毒(FMDV)合成肽疫苗，主要集中在FMDV的單獨B細胞抗原表位或與T細胞抗原表位結(jié)合而制備的合成肽疫苗研究。

分析合成肽疫苗免疫效果不佳的原因主要有:(1)疫苗缺乏足夠的免疫原性，很難如蛋白質(zhì)抗原那樣誘導(dǎo)集體的多種免疫反應(yīng);(2)B細胞和T細胞抗原表位很難發(fā)揮協(xié)同作用;(3)缺乏足夠多的B細胞抗原表位的刺激。針對提高合成肽疫苗的免疫原性，進行了許多研究，如獨特型肽疫苗、熱休克蛋白—肽復(fù)合體疫苗等。一般來說單獨的抗原決定簇的免疫原性較弱，所以通常要與載體偶聯(lián)，或以融合蛋白的形式進行免疫，還可以與細胞因子一起作用，以提高免疫原性。

2.5 轉(zhuǎn)基因植物可食疫苗

轉(zhuǎn)基因植物可食疫苗(Transgenic plants edible vaccines)利用分子生物學(xué)技術(shù)，將病原微生物的抗原編碼基因?qū)胫参铮⒃谥参镏斜磉_出活性蛋白，人或動物食用含有該種抗原的轉(zhuǎn)基因植物，激發(fā)腸道免疫系統(tǒng)，從而產(chǎn)生對病毒、寄生蟲等病原菌的免疫能力。

與常規(guī)疫苗相比較，轉(zhuǎn)基因植物疫苗具有獨特的優(yōu)勢:(1)可食用性，使用方便;(2)生產(chǎn)成本低廉，易大規(guī)模生產(chǎn);(3)使用安全，沒有其他病原污染;(4)轉(zhuǎn)基因植物能對蛋白質(zhì)進行準確的翻譯后加工修飾，使三維空間結(jié)構(gòu)更趨于自然狀態(tài)，表達的抗原與動物病毒抗原有相似的免疫原性和生物活性;(5)投遞于胃腸道粘膜表面，進入粘膜淋巴組織，能產(chǎn)生較好的免疫效果。

目前，國外已有將乙型肝炎病毒表面抗原(Hb-sAg)、變異鏈球菌表面蛋白(SPaA)、大腸桿菌熱敏腸毒素B亞單位(LT-B)、霍亂毒素B亞單位(CTB)、狂犬病病毒糖蛋白、傳染性胃腸炎病毒(TGEV)、口蹄疫病毒(FMDV)、兔出血病病毒(RHDV)在植物中表達的報道，國內(nèi)在轉(zhuǎn)基因植物可食疫苗方面的研究的報道甚少。

3 展望

總之，理想的疫苗必須安全、有效，同時還應(yīng)具備價廉、易于推廣等優(yōu)點，基因工程疫苗技術(shù)是一項新興的具有應(yīng)用前景的生物技術(shù)，具有許多傳統(tǒng)疫苗無法比擬的優(yōu)點。研制疫苗的首要原則就是要獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，多聯(lián)或多價疫苗能降低生產(chǎn)成本、簡化免疫程序，并且多聯(lián)苗還可克服不同病毒弱毒苗間產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，因此將是基因工程疫苗的主要發(fā)展方向。

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