第六章-基因工程疫苗

第六章基因工程疫苗第一节疫苗概述一、疫苗的起源与发展疫苗的起源可以追溯到我国古代。早在4世纪初，东晋葛洪所著《肘后方》中，已有关于防治狂犬病的记载：“杀所咬犬，取脑敷之，后不复发”。在宋真宗时代（公元1000年左右）宰相王达之子患了天花，四处请医无效，最后请来了峨眉山的道人，取其患处的结痂，处理后进行自体接种而治愈，这当是最早的自身免疫治疗（self-Vaccine）。逐渐发展成了预防天花的人痘接种法，即从感染天花后的恢复期病人或症状比较轻的病人身上，挑取水泡、脓疱和痘痂内容物并保存1个月左右待其干燥，然后将其研磨成粉末，给健康人的鼻腔吸入，以预防天花，取得了很好的保护效果。这是人类史上最早使用疫苗来预防疾病的记录，较英国医生琴纳（Jenner）发明牛痘苗早了几百年。15世纪中期我国的人痘苗接种法传至中东，后经改革进行皮下接种。1721年英驻土耳其的大使夫人，将此法又传至英与欧洲各国。人痘的发明是中国人民对世界医学的一大贡献。2000年，美国疾病控制与预防中心（CentersforDiseaseControlandPrevention，CDC）出版了《疫苗可预防疾病的流行病学与预防学》第6版，在这本被誉为疫苗学权威手册首页的“疫苗接种的里程碑”中，第一项即是“12世纪中国开始用人痘接种预防天花”（见表6-1）。这是对中国首先开始使用人痘接种预防天花是最早的免疫接种形式的肯定。表5-1疫苗发展史上的里程碑事件时间事件12世纪中国开始用人逗接种预防天花1721年人逗接种传入英国1796年E.Jenner为JamesPhipps接种牛痘，疫苗接种正式开始1870L.Pasteur发明了第一个细菌减毒活疫苗——鸡霍乱疫苗1884年L.Pasteur发明了第一个病毒减毒活疫苗——狂犬病疫苗1885年L.Pasteu第一次把狂犬病疫苗接种于人体1901年VonBehring发现了白喉抗毒素，获得第一个医学诺贝尔奖1909年Smith发明了灭活白喉毒素的方法1909年Calmette和Guerin发明了第一个用于人的细菌减毒活疫苗BCG1933年GoodPasture发明了鸡胚病毒培养法1949年Enders及其同事从人细胞系中分离出脊髓灰质炎Ⅱ型Lancing株1954年Enders分离出麻疹病毒1955年脊髓灰质炎灭活疫苗获准生产时间事件1961年人二倍体细胞株建立1963年麻疹疫苗获准生产三价脊髓灰质炎疫苗获准生产1966年世界卫生联盟呼吁全球消灭天花1977年索马里发现最后一例本土天花1979年美国报道最后一例野毒传播型脊髓灰质炎1986年第一个重组疫苗——重组乙型肝炎疫苗获准生产1989年推荐使用二剂型麻疹疫苗1990年第一个多糖结合疫苗——B型流感嗜血杆菌疫苗获准生产1991年西半球报道最后一例野毒株脊髓灰质炎病例乙型肝炎免疫纳入全球计划免疫1994年美国消灭脊髓灰质炎得到证实1995年水痘疫苗获准生产1996年用于婴儿的无细胞型百日咳疫苗获准生产1997年推荐进行扫荡式脊髓灰质炎免疫1999年推荐单一使用脊髓灰质炎灭活疫苗2000年用于婴儿的结合肺炎球菌疫苗获准生产引自：CDC：EpidemiologyandPreventionofVaccine-preventableDisease.6Edition，200017965.14英国乡村医生爱德华·琴纳（EdwardJenner）进行了人类历史上的第一次疫苗接种试验。Jenner从一位感染了牛痘的年轻挤奶农妇的手上挑取了痘苗接种到一名8岁男孩的手臂上。经过几个月的严密观察，发现小男孩获得了免疫保护，一直没有感染天花。1798年9月，Jenner发表了接种“牛痘”预防天花的论文，虽然当时全然不知天花是由天花病毒感染所致，但这一划时代的发明，开创了人工自动免疫的先河。随后，种痘技术传遍了欧洲，后又传到北美和亚洲。为纪念Jenner的这一伟大贡献，巴斯德（Pasteur）将疫苗称为Vaccine（拉丁文vacc是“牛”的意思）。由于长期和广泛地使用牛痘苗，全世界从1977年以后再也没有发现过天花病人。世界卫生组织（WorldHealthOrganization，WHO）于1979年10月26日庄严宣布，天花已在全球绝迹。这是人类历史上第一个使用疫苗消灭的传染病。19世纪70年代，法国科学家路易斯·巴斯德（LouisPasteur）有关减毒鸡霍乱菌的研究，是继琴纳之后的重大进步。他认为使用减毒的病原体来预防其导致的疾病，比使用相关的动物病原体来预防人类疾病理当更加有效。巴斯德建立了现代意义上的预防接种，即通过实验室内研制的疫苗来预防传染病。随后的羊炭疽减毒活疫苗的试验成功，尤其是1885年首次在人体使用减毒狂犬病疫苗的成功，标志人类进入了一个预防接种的科学新纪元。基于安全原因，正式生产的均为狂犬病灭活疫苗，质量上也在不断的改进。Pasteur在疫苗研制领域的先锋作用和卓越贡献引起了第一次疫苗革命。到19世纪末，人类在疫苗学领域里已经取得了辉煌的成就，包括2个人用病毒减毒活疫苗（琴纳的牛痘，巴斯德的狂犬病），3个人用细菌灭活疫苗（美国Salmon和Smith、法国Chamberlai和Roux的伤寒、霍乱和鼠疫），以及疫苗学的一些基础概念，如Metchnikoff的的细胞免疫（1884年），Ehrlich的受体理论（1897年）及毒素-抗毒素作用。进入20世纪前30年，疫苗学在三个方面取得了重大进展：首先，法国科学家Calmette和Guerin在1906年从牛体分离到1株结核菌，经过13年在牛胆汁中传递230代，获得1株减毒株，制成疫苗，于1927年上市，即所谓卡介苗（BCG）。其次，在20年代，巴斯德研究所的Ramon应用化学灭活方法获得白喉和破伤风类毒素并研制成疫苗。第三，WilsonSmith和ThomasFrancis分别在禽胚中研制成功2种灭活甲型流行性感冒（流感）疫苗。二次大战后，疫苗研究进入了突飞猛进的发展阶段。波士顿的Enders及其同事发展了病毒的体外细胞培养技术，促进了多种减毒和灭活病毒疫苗的研制。50年代，先有Salk的3价灭活脊髓灰质炎（脊灰）疫苗（IPV），后有Sabin的3价减毒脊灰疫苗（OPV），为人类渴望在地球上消灭脊灰提供了有力武器。同一时期还研制了在鸡胚细胞中培养减毒的麻疹疫苗。60年代研制了在鸡胚中减毒的流行性腮腺炎疫苗。70年代研制了在细胞中培养的风疹疫苗。细菌疫苗方面，70年代细菌夹膜多糖的纯化技术促进了多个侵袭性细菌疫苗的研制成功。同一时期的病毒蛋白纯化技术也促进了血源性乙型病毒性肝炎（乙肝）疫苗的研制成功。20世纪80年代，现代分子技术的应用推动了又一代疫苗的研制，引发了疫苗发展史上的第二次革命，其首要成果是基因重组乙肝疫苗，为人类在地球上消除乙肝提供了希望。与此同时，化学、生物化学、遗传学和免疫学的发展在很大程度上为新疫苗的研制和旧疫苗的改进提供了新技术和新方法（表5-2）。表5-2新技术对疫苗研制和开发的作用及影响学科领域生物技术作用和影响遗传学基因工程和DNA重组（包括基因克隆和表达，DNA测序，DNA合成，核酸内切酶和工具酶，PCR，全基因图谱）抗原鉴定和抗原分离测定抗原的可变性蛋白质抗原的基因工程基因突变和减毒重组微生物作为载体化学多肽合成鉴定抗原表位研制多肽疫苗蛋白质结构计数及估测T和B细胞表位糖结构多糖疫苗基础研究佐剂，多糖和蛋白质偶联疫苗免疫学单克隆抗体抗原鉴定和抗原分离鉴定抗原表位抗同种异型模拟非蛋白质表位免疫调控新型佐剂基础研究细胞和分子免疫机理粘膜免疫至今已有30余种疫苗成功的用于人类疾病的预防（表5-3）。其中一半以上是病毒疫苗。如天花（poxvirus）、小儿麻痹（poliovirus）、麻疹（Measles）等曾严重危害人类生命与健康的疾病的流行得到了有效的控制。其中天花已被根除，创造了使用疫苗在自然界中彻底消灭一种病原微生物的医学奇迹。人类消灭脊髓灰质炎的目标也即将实现。表6-3人用疫苗发展年表应用年份疾病名称疫苗类型1721天花“人痘”活天花病毒1796天花“天然减毒”痘苗病毒1885狂犬病“不同程度”减毒的灭活病毒1936黄热病活减毒病毒1936流感灭活全病毒1943流感灭活完整（whole）病毒1955小儿麻痹灭活病毒1957狂犬病灭活病毒、鸭胚培养1961小儿麻痹活减毒病毒1963麻疹灭活病毒和减毒活病毒1967腮腺炎活减毒病毒1969风疹活减毒病毒表6-3人用疫苗发展年表应用年份疾病名称疫苗类型1972流脑纯化多糖A和C型1974日本脑炎（乙脑）灭活病毒1976狂犬病灭活病毒、人二倍体细胞培养1981乙型肝炎灭活、血源苗1982脑膜炎球菌脑膜炎纯化A、C、Y、W135型多糖1983日本脑炎（乙脑）活减毒病毒1983水痘活减毒病毒1986乙型肝炎基因重组蛋白质疫苗1991甲型肝炎活减毒病毒和灭活病毒1998轮状病毒腹泻活减毒病毒1998回归热纯化蛋白质疫苗我国自1919年开始建立专门的机构（中央防疫处，北京生物制品研究所前身）从事生物制品的研究、生产，这是我国第一所生物制品研究所。建国后，我国政府重新组建和新建了北京、上海、武汉、长春、兰州、成都等六个生物制品研究所。中国现有疫苗产品生产企业约30家，是世界上疫苗产品生产企业最多的国家（表5-4）。中国的疫苗产品年产量已经超过10亿个剂量单位，疫苗的种类和数量也达到世界之最，其中用于预防乙肝、脊髓灰质炎、麻疹、百日咳、白喉、破伤风的儿科常见病的疫苗生产量达到5亿人份，已经全部实现计划免疫接种。中国生产的疫苗产品已经能够满足防病、灭病的需要。表6-4中国主要疫苗种类和生产厂家种类制品名称用途生产厂家病毒类重组酵母基因工程乙肝疫苗用于预防所有已知亚型的乙肝病毒的感染。北京天坛生物、深圳康泰重组（CHO）乙型肝炎疫苗预防乙型肝炎病毒感染长春所、兰州所、华北制药甲型肝炎纯化灭活疫苗（VAQTA）VAQTA适用于接触前的主动免疫，以预防甲型肝炎病毒引起的肝炎，但不能预防由非甲型肝炎病毒引起的肝炎。首次免疫应在预计接触前至少2周进行。巴斯德-梅里厄-康纳公司、北京科兴甲型肝炎减毒疫苗用于预防甲型肝炎史克必成公司、长春所、长春高新种类制品名称用途生产厂家风疹减毒活疫苗年龄为8个月以上的风疹易感者巴斯德-梅里厄-康纳公司、兰州所、天坛生物、上海所麻疹减毒活疫苗预防麻疹病兰州所、长春所、上海所森林脑炎灭活疫苗用于预防森林脑炎长春所乙型脑炎灭活疫苗本疫苗免疫接种后，刺激机体产生抗乙型脑炎病毒的免疫力，用于预防乙型脑炎。兰州所、长春所、天坛生物、上海所Ⅰ型肾综合征出血热纯化疫苗预防流行性出血热兰州所、上海所Ⅱ型肾综合征出血热纯化疫苗预防Ⅱ型出血热长春所流行性感冒灭活疫苗6岁以上所有希望预防流感的健康人群巴斯德-梅里厄-康纳公司、史克必成公司、兰州所、长春所、长春高新腮腺炎减毒活疫苗8月龄以上的腮腺炎易感者兰州所、上海所种类制品名称用途生产厂家口服脊髓灰质炎减毒活疫苗预防脊髓灰质炎天坛生物口服轮状病毒活疫苗预防小儿秋季腹泻兰州所水痘减毒活疫苗12月龄以上的水痘易感者长春生物制品研究所、史克必成公司、长春所、上海所人用狂犬病纯化疫苗用于预防狂犬病巴斯德-梅里厄-康纳公司、兰州所、长春所、成都所黄热减毒活疫苗预防黄热病天坛生物联合疫苗吸附白喉、破伤风、百日咳和脊髓灰质炎疫苗该联合疫苗适用于儿童预防白喉、破伤风、百日咳和脊髓灰质炎的基础免疫及加强免疫。巴斯德—梅里厄—康纳公司麻疹、流行性腮腺炎和风疹疫苗预防麻疹、流行性腮腺炎、风疹默沙东公司、史克必成公司甲乙肝联合疫苗预防甲肝和乙肝史克必成公司、北京科兴二、疫苗与基因工程疫苗传统疫苗（TraditionalVaccine）用人工变异或从自然界筛选获得的减毒或无毒的活的病原微生物制成的制剂或者用理化方法将病原微生物杀死制备的生物制剂，用于人工自动免疫以保护人或动物产生免疫力，这些制剂被称为疫苗（多用于预防），即疫苗是由病原体制成的。国内常