轉化醫學與疫苗發展

楊 欣

·綜 述·

轉化醫學與疫苗發展

楊 欣

轉化醫學是醫學研究的一種新模式，是在實驗室研究和臨床醫療之間建立的一條快速通道，是基礎研究與臨床研究的相互轉化和促進。人類與傳染性疾病抗爭過程中發明了疫苗，疫苗的產生和發展過程也是與相關學科和技術相互轉化的過程。作者以3種與腫瘤相關的疫苗開發為例，展現疫苗的研發過程、現有疫苗存在的問題以及利用新技術解決這些問題的思考。在人類面臨新出現的傳染性疾病、病原體變異導致的再現傳染性疾病威脅的今天，搭建科研院校—疫苗生產企業—疾控中心的產學研平臺，促進科研成果的快速轉化，利用新技術改進傳統疫苗、研制新型疫苗，預期會有更多安全有效的疫苗問世。

轉化醫學；疫苗開發；乙型肝炎疫苗；幽門螺桿菌疫苗；人乳頭瘤病毒疫苗

轉化醫學是醫學研究的一種新模式，是近年來國際醫學健康領域出現的新概念。1992年Science雜志首次提出從實驗室到病床(bench to bedside，B2B)的概念[1]；1996年，著名醫學雜志 The Lance t第1次出現“轉化醫學(translational medicine)”一詞[2]。轉化醫學是基礎科學和臨床醫學的一條快速通道，是基礎研究與臨床研究的雙向轉化，即bench to bedside to bench雙向通道模式[3]。從實驗室到病床是將醫學生物學等基礎研究應用到臨床，轉化為可在臨床實踐中應用的理論、技術、方法和藥物；從病床到實驗室是通過臨床的觀察與分析，將臨床中發現的問題帶入實驗室進行研究，幫助實驗室更好地認識人體與疾病，設計更優化的實驗來促進基礎研究，再轉化為醫藥產品或者診療技術的過程。

雖然轉化醫學是近20來年才提出的，但是轉化醫學的思想早已應用于醫學研究中，并為人類健康作出了重大貢獻。人類與傳染性疾病抗爭過程中，發明了疫苗，疫苗的產生和發展過程也無不體現轉化醫學研究模式。

1 疫苗在疾病預防中的作用

在人類歷史發展過程中，一直在尋找擺脫各種傳染病的方法。天花是人類通過疫苗預防接種根除的第1個傳染性疾病。根據文字記載，我國在10世紀就曾采用接種人痘(天花病原體)的方法來預防天花。接種人痘可以預防天花，但也曾導致天花傳播。Jenner是英國的一名鄉村醫生，他從當地村民那里得知擠奶的女工感染牛痘后不會再感染天花，于是他意識到天花和牛痘之間一定有某種聯系。1796年Jenner用實驗證實接種牛痘可產生抵抗天花的免疫力，而接種牛痘只引起局部皮損(痘疹)，較人痘安全，所以逐漸替代了人痘接種。19世紀有人將自然牛痘的痘漿接種到小牛皮膚，在小牛皮膚上增殖痘病毒，取其痘漿制作為疫苗，即為牛痘苗，由此開始了實驗室人工制備疫苗。后來人們逐漸認識到天花病毒和牛痘病毒同屬痘病毒科脊椎動物痘病毒亞科正痘病毒屬，在抗原性上有著廣泛的同源性，產生的抗體可發生交叉中和反應，所以接種牛痘可以預防天花。

牛痘苗預防天花的有效性確定后，牛痘苗生產工藝不斷改進、生產規模不斷提高；20世紀40年代后期，采用大規模生產凍干工藝，牛痘苗的產量和儲存有了保證，提高了控制天花的可能性。世界衛生組織在全球范圍內組織大規模牛痘苗接種，天花發病人數逐年減少，至1977年10月索馬里發生最后1例天花，此后2年未出現天花病例，世界衛生組織于1979年10月宣布全世界已經消滅了天花病。

在其他傳染性疾病預防控制過程中，疫苗接種的貢獻也功不可沒。強化脊髓灰質炎疫苗免疫，已在許多國家消除了脊髓灰質炎(小兒麻痹癥)，該病有望成為人類消滅的第2個傳染性疾病。自實施擴大免疫規劃以來，麻疹、白喉和百日咳等傳染病的發病率已大幅度下降。我國新生兒實施乙型肝炎疫苗免疫接種，在兒童中乙型肝炎表面抗原攜帶率明顯降低[4]。

2 疫苗的發展與轉化醫學

疫苗的發展與細菌學、病毒學、免疫學、分子生物學等相關學科的發展密切相關。隨著疫苗的發展，疫苗的定義已發生擴展，早期定義的疫苗僅是針對疾病產生免疫力的滅活或減毒的病原體；現在疫苗是指針對疾病的致病原或相關的蛋白(多肽、肽)、多糖或核酸，以及1種或多種成分，疫苗直接或通過載體經免疫接種進入機體后，能誘導產生特異的體液和(或)細胞免疫，從而使機體獲得預防該病的免疫力。

早期傳統的疫苗一般是滅活疫苗或減毒活疫苗，相關學科和技術的發展，對疫苗的研發起到多方面的推進作用。

2.1 對傳統疫苗的改進 如純化技術的應用，提高了疫苗的純度，減少了雜質含量，從而提高了疫苗的免疫原性和安全性。凍干技術的應用，使疫苗更易于保存和運輸。采用細胞培養和病毒增殖技術，開發了多種病毒性疫苗，如脊髓灰質炎、麻疹、風疹和水痘等疫苗；曾經采用動物和雞胚培養制備的疫苗也相繼改進為細胞培養疫苗，如痘苗、狂犬病疫苗、流行性乙型腦炎疫苗和腮腺炎疫苗等。

2.2 新型疫苗的出現 生物大分子的分離純化技術的應用，促進了多種抗原的純化分離。20世紀80年代開始了亞單位疫苗研制；進入90年代，基因重組技術應用于疫苗開發，出現了基因重組疫苗；此后又相繼出現核酸疫苗、遺傳重配疫苗等。

2.3 疫苗開發的案例 疫苗的開發與病原體的特征、人體對病原體的免疫反應以及疫苗開發時的技術發展水平等多因素有關。列舉3種與腫瘤相關疫苗的開發歷程。

2.3.1 乙型肝炎疫苗 完整的乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)是42 nm的Dane顆粒，具有感染性，乙型肝炎表面抗原(hepatitis B surface antigens，HBsAg)是構成HBV外殼的一種糖蛋白，在病毒復制過程中過量產生的HBsAg，在急慢性感染者血清內以直徑22 nm的球形和管型存在，HBsAg顆粒具有免疫原性而不具有感染性，可刺激機體產生保護性抗體——HBsAg抗體。HBV感染引起的乙型肝炎是一種嚴重危害人類健康的傳染病，慢性HBV感染與原發性肝癌發生密切相關[5]。

因HBV不能在組織細胞培養中繁殖，也不能感染除高級靈長類外的其他動物，無法以傳統技術制備疫苗。而采用蛋白分離純化技術從HBV攜帶者血漿中提取純化HBsAg 22 nm球形顆粒，成為最初開發乙型肝炎疫苗的可行方式。純化并經滅活處理的HBsAg加入佐劑后制備成血源乙型肝炎疫苗。用這種方法制備的乙型肝炎疫苗，通過免疫黑猩猩證明了疫苗的安全性、有效性后[6]，研究人員進行了人體觀察試驗，血源乙型肝炎疫苗于1982年上市。但含HBsAg血漿來源有限，成本高，同時由于對血源乙型肝炎疫苗安全性的擔心，逐漸被隨后出現的重組DNA乙型肝炎疫苗替代[7]。重組DNA乙型肝炎疫苗是將含有編碼HBsAg基因的質粒引入酵母細胞或哺乳動物細胞，通過酵母或哺乳動物細胞的大規模培養，誘導其表達、合成HBsAg，然后分離純化HBsAg，并去除酵母或細胞以及培養過程中的雜質。所表達的HBsAg多肽可自主聚合成球形顆粒，與慢性HBV感染者血清中天然的直徑22 nm的HBsAg顆粒相似。經證實，重組的HBsAg具有免疫原性，不具有感染性，也不含人血中可能潛在的致病因子，因此被認為更加安全[8-9]。

1992年我國將乙型肝炎疫苗納入計劃免疫管理，2002年納入兒童免疫規劃。推廣新生兒乙型肝炎疫苗接種后，小于5歲兒童HBsAg攜帶率從1992年的9.67%降至2014年的0.32%，因接種疫苗減少HBV慢性感染者3 000多萬人。但即使全程接種乙型肝炎疫苗后，仍有部分接種者不產生抗-HBs或抗-HBs低應答，如何使這些對HBsAg不應答或低應答者產生保護力，研究者為此開展了大量研究。有資料顯示，疫苗中加入Pre-S1和Pre-S2能增加HBsAg的免疫原性，誘導機體產生更高滴度的抗-HBs，并對HBsAg無應答的人有一定的效果[10]。新型佐劑可增強現有乙型肝炎疫苗的免疫原性，提高疫苗誘導的免疫應答能力，可打破部分對常規乙型肝炎疫苗接種不應答者的免疫“耐受”[11-12]。

2.3.2 幽門螺桿菌疫苗 20世紀80年代初，澳大利亞病理學家 Robin Warren和胃腸科醫生 Barry Marshall發現幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，H.pylori)，并證實H.pylori感染與急慢性胃炎、消化性潰瘍、胃癌密切相關，2位科學家因此榮獲2005年度諾貝爾生理學醫學獎。H.pylori的發現改變了以前人們對胃病的認識、治療理念和治療方法，采用抗生素和抑酸制劑即可治愈慢性胃炎和消化性潰瘍。但是隨后發現抗生素治療有明顯的不足之處，耐藥菌株產生、易復發和再感染、不良反應較大和費用較高。因此，H.pylori疫苗的研制對預防和控制H.pylori感染具有十分重要的意義。

早期的動物實驗證實，滅活的H.pylori加霍亂毒素作為佐劑，口服免疫動物，可誘導產生特異性抗體[13-14]。2001年 Kotloff等[15]首次報道了 H.pylori全菌疫苗的人體志愿者試驗，結果顯示 2.5×1010H.pylori免疫后，在受試者唾液和糞便中可檢測到H.pylori特異性的抗體。H.pylori全菌疫苗成分復雜，雖然含有絕大多數保護性抗原，但也存在明顯的不良反應，尤其是含有潛在的致癌因子[16]。因此，將其開發為人用疫苗尚存在很多問題。

亞單位疫苗是H.pylori疫苗研究的主要方向，在動物實驗中證實可刺激機體產生保護性抗體的H.pylori抗原有尿素酶、熱休克蛋白、黏附素等。尿素酶分布于H.pylori表面，占全菌蛋白的5%～10%，由A和B的2個亞單位組成，幾乎所有H.pylofi菌株均能產生尿素酶，而且尿素酶B氨基酸的同源性高，菌株間尿素酶B的抗原變異極小[17]。因此，尿素酶已成為H.pylori疫苗的首選亞單位抗原。

實驗證明尿素酶能刺激機體產生免疫應答[18-19]。Michetti等[20]采用隨機、雙盲研究方法，以尿素酶加不耐熱腸毒素，口服接種于26例已感染H.pylori的志愿者，均產生明顯抗尿素酶免疫球蛋白A抗體，雖有66%的志愿者出現腹瀉，但尚能耐受。第三軍醫大學研究開發的基因工程表達的H.pylori尿素酶B亞單位和大腸桿菌不耐熱腸毒素B亞單位的融合蛋白，即口服重組H.pylori分子內佐劑疫苗，該疫苗已完成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床研究；Ⅲ期臨床對4 464例6～15歲兒童隨機進行雙盲安慰劑對照試驗，結果顯示疫苗安全性良好，預防 H.pylori感染的保護率為71.8%。該疫苗為國際上首個完成Ⅲ期臨床試驗的H.pylori疫苗[21]。

雖然H.pylori疫苗的研究取得了突破性的進展，但要開發免疫效果更好的、更安全的疫苗，后續還需解決如下問題：尿素酶免疫原性較弱、免疫保護率不高，需要篩選更加安全有效的抗原；開發更安全有效的黏膜免疫佐劑；利用新技術(納米技術、緩釋技術等)開發疫苗投遞系統，以增加疫苗有效維持時間，提高疫苗的免疫效果等。

2.3.3 人乳頭瘤病毒疫苗 人乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)是一類感染表皮和黏膜的DNA病毒，目前已發現100多種HPV亞型，最初認為這類病毒只引起人不同部位皮膚或黏膜的疣體病癥。Dürst等[22]和Mu?oz等[23]應用分子流行病學調查數據揭示了HPV感染與宮頸癌的關系。該研究成果為宮頸癌的防治提供了新的研究方向，研究人員開展了大量的HPV生物學特性、HPV感染流行病學調查、HPV疫苗開發等方面的研究工作。

Clifford等[24]調查顯示，子宮頸鱗狀細胞癌中HPV16感染率最高，其感染率范圍從亞洲的45.9%至北美和澳大利亞的62.6%；其次是HPV18的感染(感染率為10%～14%)；排在后面的感染亞型是HPV45、HPV31和HPV33。腺癌中HPV18感染率最高，為37.7%(37%～41%)，HPV16所占比例為26%～36%，其次是HPV45。張東紅和林美珊[25]采用Meta分析顯示HPV在我國婦女宮頸病變中平均感染率為46.51%(5 632/12 110)，全國范圍內前5位常見高危型HPV分布依次為HPV16、HPV58、HPV18、HPV52和HPV33；在確診的宮頸病變組織中，HPV的感染率與宮頸病變程度呈正相關(r＝0.815，P＜0.01)；HPV16在宮頸的各級病變中最為常見，其感染率與宮頸病變程度呈正相關(r＝0.823，P＜0.01)。流行病學和分子生物學研究還顯示，HPV感染與口腔和口咽癌、喉癌、食道癌、呼吸系統腫瘤等有關[26]。

由于HPV體外培養系統未建立，HPV不能進行大規模繁殖，而且病毒含有致癌因子[27]，所以不宜采用傳統的病毒體外培養、純化后配制疫苗方式研制HPV疫苗。HPV疫苗研制普遍是用基因工程的方法，制備重組病毒主要衣殼蛋白L1疫苗。純化的衣殼蛋白L1在一定條件下裝配成病毒樣顆粒(virus-like particles，VLP)，輔以佐劑即制備成疫苗。這樣的VLP保持了病毒表面的抗原活性，但不含有病毒核酸成分，因此不具有感染性。主要衣殼蛋白L1高度保守，特異性強，各亞型之間無明顯的交叉保護作用。為擴大對HPV亞型的覆蓋率，VLP疫苗通常根據流行病學調查資料，設計為能夠同時預防多個亞型感染的多價疫苗。

目前上市的HPV疫苗有3種，分別是德國Merck公司的四價(HPV6、HPV11、HPV16、HPV18)疫苗和九價(HPV6、HPV11、HPV16、HPV18、HPV31、HPV33、HPV45、HPV52、HPV58)疫苗，以及英國GSK公司的二價(HPV16、HPV18)疫苗。它們在預防相關亞型的HPV感染和相關疾病方面安全、有效[28-29]，而且九價疫苗覆蓋了更多的HPV亞型，將進一步降低HPV感染及HPV相關疾病。有學者[30]建議在女性中用九價HPV疫苗來替代四價HPV疫苗。國內HPV疫苗研制仍處于臨床前研究或臨床研究階段，尚無國產疫苗上市。值得一提的是成都生物制品研究所有限責任公司與北京生物制品研究所有限責任公司共同開發的六價HPV疫苗涵蓋了在中國感染率位列前4的高危型HPV16、HPV18、HPV52、HPV58及2個低危型HPV6、HPV11。該疫苗的設計更適合中國國情，目前處于申報臨床試驗階段。

已上市的HPV疫苗能預防相應亞型的HPV感染，但HPV亞型較多，要預防更多亞型的HPV感染，依靠增加疫苗價次是有限的，而開發含高度同源性抗原的HPV通用疫苗，誘導產生交叉性保護抗體，不失為解決問題的方法。現有的疫苗只有預防作用，對已感染HPV的患者無效，而我國HPV感染率高，所以治療性疫苗的開發也迫在眉睫。

3 轉化醫學與疫苗開發的展望

3種與腫瘤相關疫苗的研發歷程均體現了相關學科發展對疫苗開發的影響和促進，疫苗應用過程中出現的問題也需要在實驗室利用相關學科理論和技術解決；微生物學、免疫學、分子生物學等學科和技術的發展促進了疫苗的開發，疫苗的應用也促進這些學科進步，兩者互相促進、共同發展。近年來，新出現的傳染性疾病、病原體變異導致的再現傳染性疾病嚴重威脅著人類健康。因此，在疫苗開發中，搭建科研院校—疫苗生產企業—疾控中心的產學研平臺，促進科研成果的快速轉化，利用新技術改進傳統疫苗、研制新型疫苗，預期會有更多安全有效的疫苗問世。

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Translationalmedicine and vaccine development

YANG Xin
(Department of Research and Development，Chengdu Institute of Biological Products Co.，Ltd，Chengdu Sichuan 610023，China)

Translationalmedicine is a new model ofmedical research.It is a fast channel between the laboratory research and clinicalmedicine.It is the transformation and promotion of basic research and clinical research each other.In the course of resistance infectious disease，human invented the vaccine.Vaccine production and development process are also transformation process of related science and technique.In this paper，described three tumor-related vaccine development，present problems of existing vaccines and use of new technologies to solve these problems.Today，human face the threat of emerging infectious diseases and re-emerging infectious diseases caused by pathogen mutation.We should set up scientific research institutions-vaccine production enterprisescenter for disease control production and research cooperation platform and promote the rapid transformation of scientific research results.It is expected to bemore safe and effective vaccine using new technology to improve traditional vaccines and development of new vaccines

Translationalmedicine；Vaccine development；Hepatitis B vaccine；Helicobacter pylori vaccine；Human papillomavirus vaccine

R979.5

A

2095-3097(2017)04-0244-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2017.04.014

2016-11-25 本文編輯：徐海琴)

610023四川成都，成都生物制品研究所有限責任公司科研開發部(楊 欣)