浅析疫苗的防病作用及其机制



浅析疫苗的防病作用及其机制

赛庆燕（山东省临朐县五井兽医站 262603）

人类在和传染病长期的斗争中发现了机体免疫的机制并制作出疫苗，用接种疫苗的方法对传染病产生特异免疫力。从预防医学的观点来看，疫苗接种是防止人类和动物受到传染或感染疾病的最好方式，也是预防和控制传染病的重要武器。自1798年英国医生琴纳(Jenner)创立应用牛痘脓疤制成疫苗预防天花以来，疫苗的研究和应用己经有了200多年的历史，其间经历了常规疫苗、基因工程疫苗、合成肽疫苗三代疫苗的发展历程。现就不同种类疫苗的防病作用及其机制进行综述，探讨其现状及研究进展。

1 疫苗的种类特点及其防病作用

1.1 常规疫苗

1.1.1 活疫苗 有强毒苗、弱毒苗和异源苗3种。弱毒苗是目前使用的最为广泛的疫苗，虽然弱毒苗的毒力已经致弱，但仍保持着原有的抗原性，并能在体内繁殖，可用较少的免疫剂量诱导产生坚实的免疫力，而且不需使用佐剂，免疫期长，不影响动物产品的品质。

1.1.2 灭活疫苗 目前使用的有组织灭活苗、油佐剂灭活苗和氢氧化铝胶灭活苗等。病原微生物经理化方法灭活后，仍保持免疫原性，接种后使动物产生特异性抵抗力。死苗接种后不能在动物体内繁殖，使用接种剂量较大，免疫期较短，需加入适当的佐剂以增强免疫效果。

1.1.3 代谢产物疫苗 细菌的代谢产物如毒素、酶等都可制成疫苗，破伤风毒素、白喉毒素、肉毒素经甲醛灭活后制成的类毒素有良好的免疫原性，可作为主动免疫制剂。另外，致病性大肠杆菌肠毒素，也可用作代谢产物疫苗，如大肠杆菌K88、K99二联疫苗用于口服，可阻止致病性大肠杆菌在肠黏膜表面的粘附，对大肠杆菌病的防制有一定作用。

1.1.4 寄生虫疫苗 寄虫疫苗主要是活苗或致弱苗，集中于原虫、包括球虫、弓形虫、新孢子虫、巴贝斯虫、梨形虫和贾第虫等。而线虫、绦虫和体外寄生虫疫苗相对较少。寄生虫疫苗不象针对细菌与病毒那样容易成功，主要因为寄生虫是比细菌与病毒更复杂的动物是真核生物。大多数是多细胞动物，有着复杂的生活史，绝大多数寄生虫还不能在人工条件下离开宿主培养；寄生虫抗原复杂、易变异、伪装、表而抗原脱落与更新，使宿主难以产生保护性免疫应答。重组亚单位疫苗也为寄生虫疫苗的研究开辟了新的途径。一些寄生虫的保护性抗原基因在大肠杆菌表达，将产物免疫接种动物，有一定的防虫效果。

1.2 亚单位疫苗

亚单位疫苗是去除病原体中与激发保护性免疫无关的甚至有害的成分，保留有效免疫原成分制作的疫苗。病毒亚单位疫苗只含有病毒的抗原成分，因而不良反应小、使用安全，效果较疫苗。已报道研制成功的病毒亚单位疫苗有猪口蹄疫、伪狂犬病、水疱性口炎，流感等亚单位疫苗。

1.3 高新技术疫苗

1.3.1 基因工程亚单位疫苗 基因工程亚单位疫苗又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗。指利用DNA重组技术，在体外高效表达系统中(如原核细胞、真核细胞等)表达病原的主要保护性抗原蛋白，将所获得的产品处理后制成的疫苗。

1.3.2 基因缺失或突变苗 将与病原菌或病毒毒力相关的基因全部或部分删除，或发生突变而使其毒力减弱构建成的活疫苗，称为基因缺失苗或突变苗。基因缺失或突变苗最大的优点是其毒力不会返强，在动物体内连续传代后也不会恢复毒力。

1.3.3 活载体疫苗 活载体疫苗指用基因工程方法，将一种病原免疫相关抗原整合到另一种载体基因组DNA的复制非必需片断中构成的活载体疫苗。现阶段研制的疫苗大多属于这一类。活载体疫苗主要有病毒活载体疫苗和细菌载体疫苗两类。

1.3.4 抗独特型抗体疫苗 抗独特型抗体可以模拟抗原物质，刺激机体产生与抗原特异性抗体具有同等免疫效应的抗体，由此制成的疫苗称为抗独特型疫苗或内影像疫苗。利用杂交瘤技术制备大量的抗独特型抗体，作为疫苗可以刺激产生抗相应抗原的抗体，抗独特型抗体疫苗的优点是安全、稳定，不存在其它类型疫苗抗原来源困难，也没有合成多肽基因克隆表达抗原的缺陷型构像等问题，在某种程度上可以弥补重组疫苗和合成肽疫苗的不足。由于只针对单一抗原决定簇，所以不会有其它副作用，但这也是此种疫苗的缺点。

1.3.5 合成肤疫苗 合成肤疫苗利用人工的方法来合成病原的保护性抗原小体，再辅以适当的佐剂制成的疫苗。该法同样具有安全可靠的优点，更重要的是可以根据毒株的流行情况加以调整，方便快捷。

1.3.6 DNA疫苗 这是一种最新的分子水平的生物技术疫苗，应用基因工程技术把编码保护性抗原的基因与能在真核细胞中表达的载体DNA重组。DNA疫苗一般都是利用单一蛋白抗原分子来诱导免疫反应。

1.4 疫苗佐剂

如今合成肤疫苗、基因工程亚单位疫苗、抗独特型抗体疫苗以及核酸疫苗等新型疫苗虽具有良好的抗原性和低毒等优点，但其免疫原性较弱，有必要配合高效的佐剂使用，进一步推动了免疫佐剂的研究。常用的佐剂主要有不溶性铝盐类胶体、油水乳剂、微生物及其代谢产物、核酸及其类似物、细胞因子、免疫刺激复合物、蜂胶、脂质体等。

2 疫苗的免疫机制

2.1 常规疫苗

常规疫苗的作用机制是提供机体少量抗原，使肌体发生一次轻微的感染但不发生临床症状，诱导肌体产生免疫反应获得该种疾病的免疫保护，如果一切正常，免疫系统在遇到真实的病原时进行全面抗击。减毒疫苗能够引起真正地感染，引发机体产生良好地防御，使免疫系统产生抗体和杀病毒T细胞。

2.2 亚单位疫苗

病毒亚单位疫苗只含有病毒的抗原成分，无核酸，无不良反应。细菌亚单位疫苗可用菌毛抗原制备，如致病性大肠杆菌K88疫苗用于口服好。

2.3 高新技术疫苗

2.3.1 基因工程亚单位疫苗 重组亚单位疫苗安全、廉价，而且便于规模化生产。用非疫苗用蛋白作为抗原建立的诊断方法，可以将免疫动物和自然感染动物鉴别开来；对于发病急，病程短的疾病效果较好；在原核系统(如大肠杆菌〕中的表达产物通常无法进行正确的加工和折叠，影响表达产物的构象和免疫原性，而真核系统(杆状病毒，昆虫细胞，酵母等)却能克服以上不足，表达产物较好，应用较多。

2.3.2 基因缺失或突变苗 目前为止，此类疫苗中成功的例子还不是很多。比较有代表性是猪伪狂犬病病毒糖蛋E基因缺失及胸腺核苷酸激酶基因突变失活株的活疫苗。该疫苗免疫力不仅与常规弱毒苗相当，而且由于其不具有IgE抗体，而自然带毒者具有IgE抗体，因此可以作为标记疫苗将免疫动物从自然感染的PRV中鉴别出来。荷兰于1998年5月在全国推广使用TK-/gE双基因缺失疫苗，美国研制并普遍使用的牛传染性鼻气管炎病毒(IBRV)TK基因缺失疫苗效果良好。

2.3.3 活载体疫苗 病毒活载体疫苗：常作为载体的病毒有痘苗病毒，禽痘病毒，疤疹病毒，腺病毒，反转录病毒等。现在应用比较成功的此类基因工程疫苗有：能表达猪瘟病毒囊膜糖蛋白E1的重组PRV(TK-)，能表达鸡新城疫病毒的血凝素或融合蛋白的重组禽痘病毒能表达马立克病病毒糖蛋白B抗原的重组禽痘病毒能表达狂犬病囊膜糖蛋白的重组痘苗病毒能表达禽流感病毒的血凝素重组禽痘病毒等。但痘苗病毒能在动物休内复制，可能会引发对人类有致病性的新的病毒因此重组痘苗疫苗可能难以商品化。细菌活载体疫苗：沙门氏菌活载体疫苗，沙门氏菌能通过消化道将异源抗原带到肠道的淋巴组织中，并在其中繁殖，与免疫前体细胞相互作用，从而激发机体的各种免疫。用此系统可表达链球菌的表面抗体和M抗原，将E.coli K88和LT-B抗原基因重组质粒转人弱化的猪霍乱沙门氏菌中，构建出猪霍乱沙门氏菌一大肠杆菌与K88LT-B多价基因工程苗。大肠杆菌活载体疫苗，如将合成的口蹄疫病毒VPl的10个氨基酸残基的DNA序列插人到E. coli. K12株外膜蛋白基因中。把志贺氏毒素B亚单位的3个部分基因融合到E. coli的另一种外膜蛋白基因的密码子间进行融合表达。

2.3.4 抗独特型抗体疫苗 抗独特型抗体疫苗指的是针对抗体可变区的抗体，由于后者和诱导产生前者的抗原一样，能与前者抗体的可变区结合，因此后者可以模拟抗原表位的构象，代替抗原作为疫苗使用。1974年Jerne提出免疫网络调节学说，当机体针对某种抗原的抗体达到一定水平时，其免疫系统会视此抗体分子(Ab1)为靶子产生抗体(Ab2)，并与之结合加以抑制。由此类推，当Ab2超过一定水平时，又会有抗Ab2的抗体产生等。由Ab2和抗原都能与Abl结合，所以二者在结构上是镜像关系，这种抗体分子就是抗特异型抗体。

2.3.5 合成肤疫苗 美国UBI公司研制的口蹄疫病合成肽疫苗，其免疫效果较好，在美国梅岛外来实验室到中国台湾进行的工种实验表明该疫苗对动物具有良好的免疫作用，应用前景良好。但该法生产成本高，只适用于含线形表位的多肽，不适用于构象依赖性表位多肽。

2.3.6 DNA疫苗 动物机体经DNA疫苗的免疫后，会引发机体的全面免疫应答反应，DNA疫苗转染细胞，被吸收的质粒在强哺乳动物启动子作用下合成mRNA，进而合成免疫原性蛋白。如果被转染的细胞是专职抗原呈递细胞(APC)，它们表达I类及Ⅱ类MHC分子以及共刺激分子。蛋白经加工后，与I类分子的重链和微球蛋白结合以I类途径呈递，从而诱导MHC-I限制的抗原特异性的CTL产生细胞免疫。或于I类分子的α和β链结合以Ⅱ类途径呈递，并被定向转运到APC细胞表面，成为CD4+Th细胞免疫监视的靶位，Th细胞分泌淋巴因子，刺激B细胞转化为浆细胞，产生抗体，诱导了抗原特异性的体液免疫应答。

当疫苗的质粒DNA被导入机体后，可被机体细胞所摄取，虽然这种摄取的机理尚不十分清楚，但确实存在，尤其是肌细胞有较强的DNA摄取能力。因为肌肉注射DNA疫苗后，外源蛋白可在肌细胞内大量表达，因此推测肌细胞本身可充当抗原递呈细胞。另外，上皮细胞、粘膜细胞和树突状细胞也可以有效地摄取DNA分子。被摄取后的质粒DNA分子在特定启动子作用下，即可在细胞核内转录为mRNA，再被移至细胞质内翻泽成抗原蛋白分子，表达出的抗原蛋白分子诱导机体产生完整的免疫反应。

目前的研究认为，对DNA疫苗质粒起抗原递呈作用的细胞，可能是许多种类的细胞，只不过树突状细胞可能起的作用更大些。也有实验发现在抗原递呈细胞中，DNA疫苗质粒可表达形三种类型的抗原分子，即分泌型、细胞膜结合型和细胞内型。其中，分泌型的蛋白分子是诱导体液免疫的最佳抗原形式；胞内型的蛋白分子在与MHC I类分子结合后，是诱导细胞免疫的最好抗原形式。不过，详细的机理尚需进一步的资料调查。无论如何，DNA疫苗的各种动物实验的初步结果都证实了该疫苗能够诱导完整而全面的特异性免疫反应。

2.4 疫苗佐剂

免疫佐剂主要通过免疫调节、参与抗原递呈、诱导CD8+T细胞应答、抗原贮存等方式发挥作用。

3 研究进展及现状

人们对疫苗的越来越深入了解的同时，认识到了一些疫苗的局限性。例如传统疫苗的减毒疫苗的缺点是，它们需要较长地时间产生反应，而且经减毒的病毒理论上能够变异而恢复毒力使机体患病。亚单位疫苗由于制备困难，价格昂贵，在生产中难以推广应用。而高新技术疫苗如DNA疫苗可全面激活机体的免疫反应，具有交全，热稳定性，价廉等优点尤其是激活的CT L活性将使之在慢性感染性疾病以及肿瘤治疗领域具有广阔应用前景，但DNA疫苗诱发机体产生免疫反应的机制尚有许多问题有待于搞清。

理想的疫苗应该具有有效性好，安全、稳定、易于口服，成本低，能产生范围广、适宜良好的保护性免疫反应，可以和其他疫苗联合使用，一针可预防多病，不受母源抗体干扰，对环境和人类无副作用的优点。随着人们对DNA免疫机制的进一步认识，DNA疫苗必将取代传统疫苗(特别是减毒活疫苗)，更高效率的DNA疫苗尚在完善中。随着全球化进程的日益加快，我国应该掌握疫苗基本的防病作用及其机制为疫苗技术的发展打下坚实的基础。加强和国外科研单位的交流和沟通，取长补短，这样才能使我国畜牧业生产取得长足的进步和发展。

S851.33

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1007-1733(2011)01-0046-03

（2010–10–25）