病毒学综述

院所：医学生物学研究所姓名：胡云光学号：S20120180061/6新型疫苗及其在新发感染性疾病中的研究进展摘要：疫苗是人类对抗感染性疾病的一种有力武器。上世纪80年代，随着现代生物技术的蓬勃发展，诞生了许多新兴的疫苗技术。另一方面，随着世界一体化进程加快，流动人口的增加、城市化进程的加快等因素，使得人类不得不面临更加严峻的新发感染性疾病的威胁。新型疫苗技术以其独特的优势，将会在人类抗击新发感染性疾病的战斗中起到关键的作用。本文介绍了几种新型疫苗以及其在相关新发感染性疾病中的研究进展。关键词：亚单位疫苗病毒样颗粒疫苗DNA疫苗新发感染性疾病NovelvaccinesandemerginginfectiousdiseasesAbstract:Thevaccineisapowerfulweaponagainstinfectiousdisease.Inthe1980s,withthethrivingofmodernbiotechnology,manynovelvaccinetechnologiesemerged.Ontheotherhand,humanshavetofaceevenmoreseverethreatofemerginginfectiousdiseasesasaresultofacceleratingglobalizationandurbanizationaswellasascendingfloatingpopulation.Newvaccinetechnologywillplayakeyroleinfightingagainsttheemerginginfectiousdiseaseswithitsuniqueadvantages.Thisarticledescribedseveralnovelvaccinesaswellasprogressofresearchrelatedtonewinfectiousdiseases.Keywords:SubunitvaccineVirus-likeparticlevaccineDNAvaccinesemerginginfectiousdiseases一、引言：随着世界人口以及人口流动性的大幅度增加、世界一体化进程的加快，流行性疾病成为人类健康的一大杀手。从HIV的发现，到SRAS的流行，从手足口病的流行，到H1N1引起的恐慌，无论是陆续发现的新的感染性流行病，还是以前已经被控制住的感染性流行病的死灰复燃，都严重影响着人类的健康，甚至威胁着人类的生命。另一方面，1798年，英国的乡村医生EdwardJenner发明天花疫苗，从此疫苗就伴随着人类走过了200多年。这200多年中，随着科学技术的进步和医学生物学的长足发展，疫苗已经演变发展成为有着一系列自身理论、人类可以大规模生产、有效的保护人类的一种生物制剂，成为人类对抗病毒性流行病的有力武器。一些传统疫苗在获得巨大成就的同时，20世纪80年代随着现代生物学技术的兴起，特别是DNA重组技术的出现，为研制新一代的疫苗提供了崭新的方法[2]，涌现出一系列新的疫苗：DNA疫苗、基因工程亚单位疫苗、合成肽疫苗、病毒样颗粒疫苗等。这些新型疫苗有着传统疫苗无法比拟的优点，势必会在感染性流行病的疫苗预防方面起到重要的作用。二、几种重要的新型疫苗简介：1、基因工程亚单位疫苗：院所：医学生物学研究所姓名：胡云光学号：S20120180062/6基因工程亚单位疫苗又称重组亚单位疫苗或生物合成亚单位疫苗，它是利用DNA重组技术，将病原微生物保护性抗原的基因导入受体菌（如大肠杆菌）或细胞，使其在受体菌或细胞内高效表达，分泌保护性抗原肽链，之后提取保护性抗原肽链，加入佐剂即制成基因工程亚单位疫苗[3]。基因工程亚单位疫苗其本身仅含有病毒的一部分能产生免疫应答的抗原，而不含有病毒的基因组，因此无需担心在人体接种后会产生病毒感染。同时，正因为基因工程亚单位疫苗不含感染成分，因此在制作工艺上也不需要进行灭活，简化了疫苗的制备工艺，使其在大规模生产方面占有很大优势。另一方面，基因工程亚单位疫苗也存在一些不足之处，最显著的一方面就是抗原单一、免疫原性较差，目前新的佐剂的研究可以提高其免疫原性。现在比较成功的人用基因工程亚单位疫苗是乙型肝炎病毒亚单位疫苗。2、病毒样颗粒疫苗：病毒样颗粒（VLP）是含有某种病毒的一个或多个结构蛋白的空心颗粒，没有病毒核酸，不能自我复制，在形态上与真正的病毒形态相同或相似。病毒样颗粒疫苗没有感染性，不易失活，具有广阔的发展前景[4]。人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗就是一种成功的病毒样颗粒疫苗。HPV是一种与女性宫颈癌发生密切相关的病毒，严重威胁着女性的健康。HPV的衣壳蛋白由两个晚期基因L1和L2编码，其中L1所编码的表达产物可以形成病毒样颗粒，同时HPV的VLP能产生较高的中和抗体滴度，因此VLP是一种HPV预防性疫苗的理想候选[5]。目前，HPV的VLP疫苗已经上市。病毒样颗粒疫苗的最大优势在于，它既不像亚单位疫苗那样抗原单一、免疫原性较差，又不会传统疫苗那样有毒力回复的可能，可以说是集安全性和有效性于一身，在流感病毒疫苗、登革病毒疫苗、轮状病毒疫苗等病毒疫苗的研发和使用方面有着重大的价值和社会效益。3、DNA疫苗：DNA疫苗这一概念从上世纪90年代就已经提出了，在至今的这几十年时间里，针对DNA疫苗的研究工作也取得了重大的发展。不同于传统的以蛋白质或多糖为基础的疫苗，DNA疫苗是一种包括编码抗原和真核启动子的质粒，注射后进入细胞质中，并在细胞中表达表达抗原，引出一个理想的免疫反应。DNA疫苗作为核酸疫苗，有着以蛋白质为基础的疫苗无法比拟的优点：其一，由于抗原在机体内表达，所表达出的抗原与天然抗原类似，可以诱导有效的免疫反应；第二，质粒本身含有非甲基化CpG的序列，这个序列会被哺乳动物的免疫系统认定为病原相关分子模式（PAMP）；第三，DNA疫苗在制备工艺上技术通用性强，生产和运输成本低。正是因为以上的优点，让DNA疫苗被寄予很高的期望，并被冠以“第三院所：医学生物学研究所姓名：胡云光学号：S20120180063/6代疫苗”的美称[6、7、8]。但是，在实际研究中发现，DNA疫苗的这些理论上的优势并没有完全的发挥出来。一方面，虽然没有明确的报道，但是人们还是担心DNA疫苗的质粒整合到人类自身的基因组中。另一方面，DNA疫苗在体内引起的免疫反应仍然很弱，需要很大的剂量，目前在研究中的解决办法有电穿孔技术、基因枪、载体的改进等方面。三、新型疫苗在新发感染性疾病中起到的作用：20世纪90年代，学术界提出了“新发感染性疾病（EID）”这一概念，美国医学研究所（IOM）对其定义为：“新发感染性疾病是指最近20年在人类中的发生已明显增多，或它们的发生在不久的将来会威胁人类健康的新发现的、重新肆虐的或药物抗性所致的感染性疾病。”[9]随着经济的快速发展和城市化进程加快、人口流动的增加，EID肯定会继续存在，并可能造成意料之外的大流行。因此，对EID的有效控制，不仅需要加强监控和诊断技术，同时更重要的是还需要加强保护性疫苗的研制。新型疫苗以其独特的优势，势必会在EID的保护性疫苗的研制中起到重要作用。下面介绍几种EID的保护性新型疫苗的研究进展。1、HIV的亚单位疫苗：人类从1981年发现人类免疫缺陷病毒（HIV）至今，已经过去了30多年，这30多年间，全球感染人数已有7000万人左右，因感染HIV死亡人数超过2500万人，由此可见，全球的艾滋病疫情不容乐观。另一方面，30多年来科学家们对HIV这一逆转录病毒的研究是孜孜不倦的，目前治疗艾滋病的药物越来越多，有效的控制了艾滋病的发病过程，延长了HIV感染者的存活时间，但是治疗药物也存在一些问题：其一，药物本身不能从根本上清除感染者体内的病毒；第二，HIV作为一种RNA病毒，其变异性很强导致了耐药株的出现；第三，药物治疗持续时间长，费用高。因此，艾滋病防治的重点，仍然在预防上，所以研制安全高效的疫苗有着十分重要的意义。近年来，科学家们发现了以HIV包膜蛋白gp120和gp41为抗原表位的人源中和抗体，由于gp41比gp120的序列更为保守及较少的糖基化位点，因此基于gp41的HIV亚单位疫苗可能比基于gp120的HIV亚单位疫苗具有更强更广谱的保护作用[10]。gp41作为HIV的膜融合亚基，与宿主细胞相接触后，病毒包膜复合物经历一系列构象的变化，最终由gp41的一部分插入宿主细胞膜中[11]。科学家们通过努力，发现了多个具有广谱的针对gp41保守区域的中和抗体，为HIV的亚单位疫苗研究带来了新的希望。针对这些中和抗体识别的gp41的线性和空间表位，目前主要有四种基于gp41的HIV亚单位疫苗设计：第一，基于gp41融合中间态的疫苗设计；第二，基于gp41的融合蛋白疫苗设计；第三，基于MPER（gp41中的院所：医学生物学研究所姓名：胡云光学号：S20120180064/6一个结构功能区）中和抗体抗原表位的HIV疫苗设计；第四，基于gp41的CBD多肽（gp41上的包膜小窝标志性骨架蛋白的结合区域）的疫苗设计。虽然目前对HIV的保护性疫苗的研发仍然没有取得最终的胜利，但是基于gp41的HIV亚单位疫苗会给艾滋病疫苗的研发带来新的思想路线，并在今后的研发道路上扮演重要的角色。2、流感病毒的VLP疫苗：2009年甲型H1N1流感自墨西哥蔓延至全球，造成了全球的恐慌，其传播能力强、发病率高、病毒变异性强，使之成为最为严重的呼吸道传染疾病之一。疫苗目前任是最好的防治流感的手段。传统的以鸡胚来培养病毒的流感疫苗可以在流感大流行的间期生产出足够的疫苗，但是由于鸡蛋供应的局限，在流感大流行的情况下产量是不够的[12]。那么，研发出一种能够在生产工艺上不依赖鸡胚，同时具有较好免疫原性的流感疫苗成为了流感疫苗研究的重点，而流感病毒样颗粒疫苗成为了较好的候选之一。目前研究人员已经能在重组牛痘病毒、DNA质粒-T7RNA聚合酶共转染-表达牛痘病毒、重组DNA表达载体、重组杆状病毒-昆虫细胞等表达系统中成功的表达流感病毒的VLP，现已成功合成的流感病毒VLP有H1N1、H3N2、H5N1、H7N1等亚型的数十种带有不同病毒蛋白的病毒样颗粒。这些病毒样颗粒通过进一步的分离纯化后，对小鼠进行免疫注射，小鼠体内能产生较好的免疫保护。国外已有文献报道在雪貂实验中流感VLP可以诱导抗H5和抗H3的交叉保护反应[13]。国内已有文献报道甲型H1N1流感病毒样颗粒在小鼠中的免疫原性显著高于裂解疫苗[14]。虽然目前对流感病毒VLP疫苗的研究都处于临床前实验阶段，但是却证实了流感病毒VLP作为保护性疫苗的潜力。相信在不久的将来，这种不依赖鸡胚、可以短时间大量生产的流感疫苗能在人类抗击流感病毒的战斗中扮演重要的角色。3、登革病毒的DNA疫苗：登革病毒属于黄病毒科黄病毒属，感染人后可引起登革热、登革出血热、登革休克综合征，是一种由节肢动物引起的疾病。由于其发病率高，且会引起高死亡率的登革出血热和登革休克综合征，因此登革病毒已经成为热带地区严重影响人类健康的公共卫生问题。随着全球变暖和城市化进程的加快，登革病毒在世界范围内的流行和爆发将会更为频繁，因此针对登革病毒的疫苗的研发成为了迫切的需要。登革病毒为有包膜的RNA病毒，有四种血清型。登革病毒感染后产生的同型免疫抗体可保持终身，而同时获得的对其他血清型的免疫能力（异型免疫）仅持续6-9个月。此后如感染其他3型病毒，有可能引起登革出血热或登革休克综合征[15]。因此登革病毒的候选疫院所：医学生物学研究所姓名：胡云光学号：S20120180065/6苗应包含所有的四种血清型。但是感染性疫苗复合物有可能会通过病毒在已接种宿主体内繁殖的方式导致4种血清型之间发生干扰现象。这种干扰现象是研发登革疫苗主要面临的问题。DNA疫苗是克服减毒疫苗联合使用发生干扰现象最合适的方法，因为这种疫苗不具备感染性。同时，DNA疫苗也适用于登革热病区，因为它成本低廉又能诱发持续很长时间的免疫应答[16]。目前针对