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第十讲：基因治疗与基因工程药物 第二节 基因工程疫苗
传统的疫苗主要由减毒的或灭活的病原体（致病体），甚至致病体的某一片段构成。疫苗的作用在于引导机体的免疫系统在病原体还未在体内站稳脚跟之前迅速消灭危险的病毒、细菌或寄生物。疫苗在根除天花，即将彻底消灭脊髓灰质炎，使无数人免受斑疹伤寒、破伤风、麻疹、甲型肝炎、乙型肝炎及其它严重的传染病之苦等方面，创造了现代医学的奇迹。但由于传统的疫苗多为死亡或减毒的病原体，而且还保留着与激活保护性免疫作用无关的分子，因此这类疫苗在使用过程中容易引起感染及其它变态反应或其它破坏性反应。基因工程疫苗是利用基因工程技术分离具有强烈免疫原性的抗原蛋白相关基因，以重组蛋白的方式生产含有优势表位抗原的疫苗，甚至将不同病原体来源的抗原区段人工连接起来，构成亚单位疫苗。基因工程疫苗包括基因重组疫苗、重组亚单位疫苗和基因疫苗等。 乙肝疫苗（乙型肝炎疫苗）主要用于预防乙型肝炎病毒的感染，第１代乙肝疫苗是由从乙型肝炎病毒（HBV）阳性带毒者血清中分离纯化的乙肝表面抗原（HbsAg）制备而成，属于血源性疫苗。但这种血源疫苗由于血源有限，因而成本较高，而且还具有潜在的危险性，如可能会感染上爱滋病（AIDS）、丙型肝炎等多种血源性传染病。第二代乙肝疫苗是基因工程疫苗，称为重组乙肝疫苗，以区别于血源乙肝疫苗。 重组乙肝疫苗根据宿主细胞的不同分为重组酵母乙肝疫苗和乙肝基因疫苗两种。前者是通过构建含有乙型肝炎病毒表面抗原基因的重组酵母菌，以及重组酵母菌发酵培养、破碎细胞和多步纯化后得到乙肝表面抗原（HbsAg），再经过福尔马林灭火和Al(OH)3吸附制成重组酵母乙肝疫苗。这种疫苗可以用于预防乙型肝炎病毒的感染，它与血源性乙肝疫苗具有同样的效力和保护效果，但不含有任何人血清成份，所以更安全，更容易被人们接受。接种重组乙肝疫苗所产生的抗体与接种血源性乙肝疫苗产生的抗体具有类似的免疫学性质和抗体谱，所以这两种疫苗可以互换使用。乙肝基因疫苗是以中国仓鼠卵巢细胞（CHO）为宿主细胞进行乙型肝炎病毒表面抗原基因的表达，其制备及使用方法同重组酵母乙肝疫苗。 基因疫苗（genetic vaccine）又称为核酸疫苗（nucleic acid vaccine），是指将编码某种抗原的外源基因与质粒载体重组，构建出真核表达载体，通过肌肉注射等途径直接导入动物细胞后，能利用宿主细胞的蛋白质合成系统合成外源抗原蛋白，并诱导宿主细胞产生对该抗原的体液和细胞免疫应答，以达到预防和治疗疾病的目的。由于一般的基因疫苗只含有DNA成份，因此，基因疫苗又常称为DNA疫苗（DNA vaccine）。由基因疫苗诱导机体产生的免疫应答，称为基因免疫（gene immunization）或核酸免疫（nucleic acid immunization）或DNA 免疫（DNA immunization）。 1990年，Wolf等在把阳离子脂质体包装的重组质粒注入小鼠肌肉进行基因治疗试验时，以裸露的DNA作为对照。意外发现裸露的DNA也能被小鼠的骨骼肌细胞吸收，并在小鼠的注射部位产生了外源蛋白质，而且小鼠对这种外源蛋白质产生了专一的免疫反应。1992年，Tang等将含有人生长激素基因的质粒导入小鼠表皮细胞后，在小鼠的血清中检测到抗人生长激素的抗体。因此，基因疫苗的出现，开辟了疫苗的新途径，也标志着疫苗第三次革命的到来。 第一代疫苗即传统疫苗，以牛痘疫苗和减毒的狂犬疫苗为代表，主要由病原体（致病体）的死亡或减毒的个体或致病体的某一部分构成。直接将无毒或者减毒的病原体接种到人体，使之产生特异性的免疫反应，起预防疾病的作用。这类疫苗在根除天花，即将彻底消灭脊髓灰质炎，使无数人远离斑疹伤寒、破伤风、麻疹、甲型肝炎和乙型肝炎等传染病方面取得了最伟大的成就，创造了医学史上的奇迹。第二代疫苗是基因工程疫苗，主要是利用基因工程技术，将分离得到的具有强烈免疫原性的抗原蛋白基因，装入到表达载体中，通过宿主细胞表达重组抗原蛋白，以分离纯化的重组蛋白作为疫苗，重组乙肝疫苗是第二代疫苗的代表。由于这类疫苗不含有完整病原体中除具有免疫原性的蛋白质以外的其它成分，也不存在减毒的病原体由于突变而恢复毒性的可能，因此，与第一代疫苗相比，这类疫苗的安全性较高。 基因疫苗激活免疫系统的确切机制目前尚不十分清楚。一般认为，基因疫苗被导入宿主骨骼肌细胞或皮肤细胞后，可在细胞内表达病原体的蛋白质抗原，表达的抗原蛋白质被蛋白水解酶降解为含有不同抗原表位的短肽分子，再分别与细胞内主要组织相溶性复合体Ｉ类分子（ＭＨＣ Ⅰ）和Ⅱ类分子（ＭＨＣⅡ）结合，并被提呈给宿主的免疫识别系统，从而有效地诱导机体的体液和细胞免疫应答。 基因疫苗与传统疫苗相比具有很多优点，主要表现在： （1）基因疫苗是一种重组质粒，它能在大肠杆菌细胞内快速复制、增殖，易于制备和生产，而且由于基因免疫是直接接种质粒DNA，避免了制备类似传统疫苗的繁琐过程； （２）基因疫苗产生抗原的过程和自然感染时相似，产生的抗体主要是针对抗原决定族的构象，而重组蛋白在经过体外合成和纯化后，常常引起构象型抗原表位的改变或丢失； （３）基因疫苗的最大优势是可以同时诱导机体产生特异性的体液和细胞免疫，特别是能有效地激活细胞毒Ｔ淋巴细胞（ＣＴＬ）的杀伤活性，有利于清除病毒等胞内感染的病原体；而传统疫苗主要产生体液免疫； （４）有些病原体在感染机体后可通过改变自身的抗原结构而逃避免疫系统的攻击，选择某一病原体编码的抗原蛋白所对应的保守核苷酸序列制成基因疫苗，可以对同一种病原体的不同突变型产生交叉免疫； （５）基因疫苗只含有核酸成分，没有蛋白质等其它辅助成分，在体内不能复制，而减毒的活疫苗除了主要成分蛋白质外，还含有核酸感染因子，有可能出现病毒的复制、繁殖，引起感染； （６）基因疫苗进入宿主细胞后，可以长期表达外源蛋白，不断地刺激机体的免疫系统，从而使机体获得了持久的免疫力； （７）基因疫苗具有相同的理化性质，为联合免疫提供了可能； （８）DNA疫苗稳定性好，易于保存和运输。 基因免疫作为一种新技术，尚有许多问题有待于进一步的研究和探讨。如基因免疫的分子机制如何？基因免疫与常规免疫在免疫途径、方法、次数和剂量等方面的区别？基因免疫持续的时间？人类免疫应答的差异？等等。另外，基因免疫的安全性问题，也是关系到它能否最终应用于临床的关键问题之一。主要涉及以下几个方面。 （1）基因疫苗作为一种外源ＤＮＡ，进入宿主细胞后，一旦整合到人类的基因组中，就可能使细胞癌基因激活或抑癌基因失活，导致细胞发生恶性转化和癌变。通过大量动物实验的研究表明，进入细胞内的质粒ＤＮＡ分子是以游离状态存在于细胞质中，未发现复制和整合现象。 （２）诱导机体产生抗ＤＮＡ抗体，造成自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮。最近研究证实，裸露的双链ＤＮＡ分子在机体内很难引起抗ＤＮＡ抗体反应。 （３）产生免疫耐受，出现无免疫性现象。这主要是由于外源蛋白质的表达量过低，长期刺激使机体免疫系统新产生的免疫细胞不断耐受的结果。 （4）外源蛋白蛋白质长期在体内表达，可能打破机体原有的免疫平衡状态，产生难以预测的后果。 基因疫苗是近年发展起来的一项新的生物技术，已成为疫苗研究领域的热点之一。基因免疫的动物实验模型已从小鼠发展到兔、鸡和猴，有的开始用黑猩猩等类人灵长类动物作实验，有的则已进入临床实验，有的已经进行了人体实验。基因疫苗无论在疾病的预防方面，还是在疾病的治疗方面都已显示出巨大的潜力和应用前景。如流感基因疫苗，爱滋病基因疫苗，乙型肝炎基因疫苗，单纯疱疹基因疫苗，Ｂ细胞淋巴瘤和皮肤Ｔ细胞淋巴瘤，以及前列腺癌基因疫苗等等，有的已经完成了人体实验，有的人体实验正在进行之中。另外，基因疫苗的另一个重要应用是在筛选抗原有效成份或有效成份的最佳组合方面有重要意义。如可以在试验的基因疫苗中使抗原基因和其它基因（如细胞因子基因和化学增活物质基因等）混合，在动物试验中，就可以非常快速地比较不同组合的实验情况。同时，通过这种方式，还可以了解预防疾病所需要的免疫应答和能产生这些免疫应答的抗原及其它蛋白质的情况。为更好地应用基因疫苗奠定基础。
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