全 文 :综述与专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010年第 8期
禽流感病毒新型疫苗的研究进展
胡建和 王青 杭柏林
(河南科技学院动物科学学院,新乡 453003 )
摘 要: 疫苗免疫是禽流感防控的主要措施之一, 随着生物技术的不断发展, 基因工程亚单位疫苗、活载体疫苗、DNA
疫苗等新型疫苗得以研究和开发,这为禽流感的防控提供了新的手段。新型疫苗除具有传统疫苗的保护效果外,在生物安全
和普遍防控等方面也具有广泛的优势,是禽流感疫苗发展的新方向。
关键词: 禽流感病毒 新型疫苗 研究进展
Progress in Development of Avian Influenza V irusNew Vaccine
Hu Jianhe W ang Q ing H ang Bolin
(School of A nimal Science and VeterinaryM edicine, H enan Institute of Science and T echnology, X inx iang 453003)
Abstrac:t Vacc ination as a prim arym eans o f prevention and con tro llingm easures had been increas ing ly ex tensive attentionW ith
the g reat developm ent and using o f them o lecular b io techno logy, new vacc ines, such as subun it vacc ine, recom b inant liv e vector vacc ine,
and DNA vaccine, etc, w ere used to prevent this diseaseDue to the sa fety and efficacy, it cou ld be the new trends o f influenza vacc ines
Key words: Av ian influenza v irus New vacc ine P rogress
收稿日期: 20100331
基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目 ( 2006KYCX020 )
作者简介:胡建和,男,副教授,博士,主要从事动物微生物学、免疫学和分子病毒学研究; Em ai:l 35675562@ qq. com
禽流感 ( A I)是由 A型流感病毒引起的一种禽
类病毒性传染病,可引起鸡、火鸡以及其它禽类,特
别是迁徙水禽的感染, 主要侵害各种鸟类的呼吸系
统、消化系统及神经系统等,产生从无症状或温和症
状到高度致死性的感染。根据禽流感病毒对易感禽
的致病性将其分为高致病性 ( HPA I)、低致病性
( LPA I)和无致病性 3种。其中 HPA I被世界动物
卫生组织 ( OIE )列为法定必须上报的传染病。早在
1878年, Perroncito[ 1]就报道了禽流感在意大利的流
行,近几年来多次发生的禽流感病毒直接感染人并
导致死亡的事件, 使该病具有重要的公共卫生学
意义。
禽流感病毒 ( av ian influenza virus, A IV )属于正
黏病毒科,流感病毒属。病毒粒子具有多形性,典型
的 A IV粒子呈球形,直径为 80- 120 nm。按照血凝
素 (HA )和神经氨酸酶 ( NA )表面抗原来区分, 可将
A型流感病毒分成若干亚型 [ 2]。目前, 已发现了 16
种 H亚型 (H1- H16)和 10种 N亚型 (N1- N10)。
A型流感病毒具有宿主特异性, 感染禽类并致病的
通常是 H5、H7和 H9亚型。但由于流感病毒经常
发生抗原变异,同时各亚型之间无交叉保护性,给禽
流感的防制带来极大困难。禽流感防制的实践表
明, 疫苗免疫是防止禽流感暴发的主要措施。
目前应用的禽流感疫苗主要是传统的全病毒灭
活疫苗。但是灭活疫苗存在以下主要缺点: 免疫力
低下,保护效果不理想, 而且在制备工艺、安全性和
大面积应用上均存在很多隐患。近年来,随着生物
技术及分子生物学、基础免疫学、反向遗传学等科学
理论的飞速发展,促进了疫苗研究的进展,使得新型
禽流感疫苗的开发和应用有了更大的发展空间。
1 新型禽流感疫苗种类、特点
11 基因工程亚单位疫苗
基因工程亚单位疫苗是指利用 DNA重组技术,
将编码病原微生物保护性抗原基因导入受体菌 (如
大肠杆菌 )或细胞, 使其在受体中高效表达,分泌保
护性抗原肽链,提取保护性肽段加入佐剂后免疫动
物进而引起机体特异性免疫反应。
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2010年第 8期
亚单位疫苗是病毒粒子的一部分,不含有核酸,
具有很好的安全性, 也能刺激机体产生足够的免疫
力,而且已研制出的亚单位疫苗在抵抗同源病毒的
攻击方面显示了良好的保护力,因而具有很好的应
用前景。但亚单位疫苗仅代表了蛋白抗原的一部
分,免疫力持续时间短,所以必须和佐剂合用。
血凝素 ( hemagglutinin, HA )是构成禽流感病毒
囊膜纤突的主要成分之一, 在病毒吸附及穿膜过程
中起关键作用,可刺激机体产生中和抗体,为禽流感
病毒中最为重要的保护性抗原。刘明 [ 3]构建了杆
状病毒转移载体, 分别表达了 H5N1亚型禽流感病
毒的 HA基因和 NA基因, 将这些表达产物对 SPF
鸡进行免疫,结果表明 NA + HA联合免疫组的免疫
效果最好。禽流感病毒的 HA基因极容易发生变
异,而 M2蛋白是禽流感病毒的跨膜蛋白它含有高
度保守的抗原决定簇。有研究表明, M 2抗体在小
鼠体内能够抑制流感病毒的复制。因此, 利用 M2
来研制具有交叉保护作用的通用亚单位疫苗是一种
有效预防流感病毒的措施, 是今后开发研究疫苗的
一种新思路 [ 4]。
12 重组活载体疫苗
活载体疫苗是指将病原体的抗原保护性基因和
基因缺失的病毒载体相连接,将制备的含有目的基
因的活病毒直接免疫动物引起机体特异性免疫反
应。目前常用的病毒载体有痘病毒、腺病毒、疱疹病
毒和逆转录病毒等, 目前研究最多的是利用痘病毒
进行禽流感活载体疫苗的研究 [ 5 ]。
重组活载体疫苗兼具死疫苗和活疫苗的优点,
克服了常规活疫苗毒力返强的缺点, 免疫效果也较
理想。但重组载体系统本身特性以及在对插入的外
源基因的选择等方面仍存在很多问题, 这为以后的
研究提供了新的方向。
1991年 Tripathy等 [ 6]将 A /Ty /w is/68 ( H5N9)
的 HA基因插入禽痘病毒疫苗株 TK基因,构建了表
达 HA基因的重组痘病毒疫苗, 接种 SPF鸡产生了
特异性 H I抗体。国内进行禽流感活载体疫苗研究
集中在哈尔滨兽医研究所, 2003年 Q iao等 [ 7]构建
了能同时表达 H 5N1亚型 HA基因和 NA基因的重
组禽痘病毒 ( fow l pox v irus, FPV )重组疫苗, 攻毒结
果显示该疫苗具有良好的免疫保护性; 2004年, 乔
传玲等 [ 8]将表达 H5亚型禽流感病毒 HA和 NA基
因的 rFPV以不同剂量分别经翅下刺种、肌肉注射、
皮下注射、点眼及滴鼻途径接种于 4周龄 SPF鸡。
结果该疫苗经翅下刺种、肌肉注射、皮下注射途径接
种的 SPF鸡,能够诱导其产生 H I抗体;用 100LD50
的 HPA IV /Goose /Guangdong /1 /96 (H 5N1 )毒株
攻击后,免疫鸡无发病和死亡。
13 冷适应流感弱毒疫苗
冷适应流感弱毒疫苗是指将野毒株感染鸡胚在
较低温度下 ( 25- 30 )培养, 连续传代后可较快的
使病毒的致病力减弱,从而获得冷适应流感弱毒株,
之后使用该弱毒株免疫使机体产生特异性免疫
反应。
美国和俄罗斯的科学家研究出这一方案后, 得
到了遗传稳定的减毒冷适应的甲型、乙型流感病毒
株。这种冷适应株被认为是减毒活疫苗的供体
株 [ 9]。由于弱毒疫苗的接种途径是滴鼻或喷洒入
鼻腔,因此可减少肌肉注射存在的应激反应。弱毒
疫苗可诱导细胞免疫和体液免疫, 其能在体内复制
使其抗体维持时间长,对表面抗原发生漂移的流行
株病毒有一定的保护作用 [ 10]。但是, 冷适应减毒活
疫苗与其它流感病毒可能发生基因重配得到毒力恢
复的重配株病毒,此外, 冷适应减毒活疫苗在免疫缺
陷患者中使用有致病的危险。
14 温度敏感突变株 ( TS)疫苗
温度敏感突变株疫苗是指在化学诱变剂 ( 5氟
尿嘧啶碱基类似物 )的作用下培养病毒, 筛选出对
温度敏感并能稳定遗传变异株, 并用这种温度敏感
变异株免疫使机体产生特异性免疫反应。
该疫苗经鼻腔黏膜免疫, 能产生局部免疫和细
胞免疫,而且其与病毒自然感染过程相似,有效地将
病毒阻止在上呼吸道,在第一时间将病毒杀死,阻止
病毒在上呼吸道细胞中的繁殖, 同时由于病毒能在
接种部位繁殖,能产生持续抗体。然而,重配 TS疫
苗在遗传学上不稳定,临床试验发现有 TS表型丧失
和毒力回复现象,从而妨碍了其进一步开发应用。
Parkin等 [ 11]对 PB2聚合酶几个特定的氨基酸
突变,产生 2个温度敏感型毒株,其只能在较低温度
复制,当温度为 38 时, 病毒的复制停止。这样病
毒就只可能存在于上呼吸道, 避免了病毒进一步进
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2010年第 8期 胡建和等:禽流感病毒新型疫苗的研究进展
入机体内部危害宿主的可能性。
15 复制缺陷型流感病毒疫苗
复制缺陷型流感病毒疫苗是指运用反向遗传学
方法从 cDNA水平上获得缺失的病毒粒子,该病毒
粒子感染细胞时,能在细胞内表达病毒蛋白但不能
形成有感染力的病毒粒子, 进而使机体产生针对流
感病毒的免疫。
该疫苗在组织培养物中生长良好,免疫动物后,
不仅能产生保护性抗体, 而且能诱导很强的细胞免
疫。该疫苗是一种有发展前途的活疫苗, 但由于此
苗在试验动物 ! ! ! 小鼠体内生长有限, 因此该疫苗
只能作为一种潜在的侯选活疫苗。
利用反向遗传学技术可获得减毒的 A IV,不仅
能产生保护性抗体,而且能诱导很强的细胞免疫,是
一种很有发展前途的活疫苗。此疫苗能够在几个星
期内获得,从而能应付紧急流感事件来临时对疫苗
的需求。
Subbarao等 [ 12]利用反向遗传学技术将高致病
性的 H 5N1病毒株的 HA基因裂解位置的序列改
变,把内部基因用 A /PR /8 /34(H 1N1)的基因替换,
最终得到的病毒毒株制备的疫苗能保护小鼠对野生
型 H5N1病毒的攻击, 而且阻止 H5N1强毒在鼠肺
中的复制。W atanable等用从 cDNA获得的 NS2蛋
白缺失的病毒粒子感染细胞表达后, 能产生无感染
力的病毒粒子。用此疫苗免疫小鼠 3个月后, 可抵
御 10或 100 LD50 A IV的攻击。
16 裂解病毒疫苗
裂解病毒疫苗是由去除了病毒核酸和大分子蛋
白但同时保留了抗原的有效成分, 而后经过不同的
工艺去除裂解剂和纯化抗原有效成分制备而成。它
是建立在全病毒灭活疫苗的基础上, 通过选择适当
的裂解剂和裂解条件来进行病毒的裂解 [ 13 ]。
裂解疫苗具有副作用少、可以大规模投入使用,
具有广阔的开发前景,因此具有重要的研究价值。
1968年,香港流感全球大流行, 裂解疫苗开始
大规模使用,我国使用的裂解疫苗较长时间为进口
的。2002年,上海生物制品研究所从日本引进制备
裂解疫苗的技术, 裂解疫苗开始在国内投产上市。
目前, 由北京科兴生物制品有限公司与中国疾病预
防控制中心共同研制的人禽流感裂解病毒疫苗,经
国家食品药品监督管理局批准, 开始进入 2期临床
试验。
17 DNA疫苗
DNA疫苗又称为基因疫苗或核酸疫苗。是指
利用 DNA重组技术将病原微生物的保护性抗原基
因克隆到真核表达载体上, 然后将构建好的表达载
体直接导入到动物体内进而使机体产生特异性免疫
反应。
DNA疫苗可提高免疫原性和保护性, 然而该疫
苗的研制和开发才刚刚起步, 还有很多的关键性问
题急待解决。第一,所用载体多带有抗生素基因,导
致被免疫机体可能对相应的抗生素产生抗体, 给一
些常见的细菌性疾病的预防和治疗带来困难。第
二, DNA疫苗体内表达效率不够高, 从而降低了核
酸疫苗的免疫效果。
Gao等 [ 14]研究了编码 A /VN /1203 /2004(H5N1)
的 HA的腺病毒载体 DNA疫苗的免疫作用,结果表
明疫苗成功诱导了 HA特异性抗体和细胞免疫反
应, 并成功地保护小鼠抵抗来自高致病性 H5N 1亚
型禽流感病毒的攻击。何宏轩等 [ 15]、姜永萍等 [ 16]
分别将不同亚型 A IV的 HA基因构建了真核表达质
粒, 并用构建好的质粒对试验鸡进行免疫,进行攻毒
后, 将免疫组和对照组的试验结果进行比较,结果都
表明所构建的 HA基因表达质粒可作为基因疫苗诱
导鸡产生免疫保护反应。
18 RNA复制子疫苗
RNA复制子疫苗是指用含有外源基因的 RNA
复制子载体免疫机体使产生特异的免疫反应。RNA
复制子可以不依赖于宿主细胞而自主复制, RNA复
制子载体包含病毒基因组 5∀和 3∀末端的顺式作用
元件、全部非结构蛋白基因编码区 (包括复制酶编
码基因 ), 结构蛋白基因被缺失由外源基因取代。
RNA复制子疫苗复制效率高,用量远远低于常
规 DNA疫苗; 可同时诱导抗体应答和 CTL应答; 安
全性好, RNA复制子在胞浆内复制, 避免了核的参
与, 不存在整合进宿主基因组的可能性; RNA复制
子导致转染细胞的溶解, 避免了有自主复制能力的
病毒的产生;复制子系统能自主复制,可针对多种病
原进行连续免疫,而不受已有载体病毒抗体的干扰。
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生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2010年第 8期
19 转基因植物疫苗
转基因植物疫苗是指利用植物作为生物反应器
大量表达外源蛋白进而生产可食疫苗。转基因植物
疫苗具有以下优势: 表达产物具有较好的免疫原性
及生物活性;口服植物疫苗能诱导黏膜免疫反应;植
物细胞的细胞壁可以起到生物胶囊的作用, 更好的
刺激机体产生特异性免疫反应; 生产简便、成本低
廉,不需要冷藏和低温运输; 安全性好, 无外源性病
原污染等。
宋长征等利用转基因马铃薯表达 A IV的 HA蛋
白,结果显示, 用转基因马铃薯生产口服 A IV疫苗
具有较好前景。
110 具有交叉保护性的通用疫苗
交叉保护性的通用疫苗是指一种能对抗不断改
变的禽流感病毒抗原型、可以提供交叉保护性的通
用疫苗 [ 17]。由于流感病毒的表面抗原易发生突变,
使得疫苗株的组分经常发生变化才能有效的应用于
疫苗的制备, 从而给流感免疫工作带来很大不便。
由此能提供交叉保护性的通用疫苗受到了广泛的
关注。
近年来的研究表明, 流感病毒 A /Ann Arbo r/6/
60的 M 2蛋白通过杆状病毒载体在 sf9细胞中表
达,经动物试验表明表达产物可以保护小鼠受同型
或异型甲型流感病毒的致死攻击。Mozdznaow s
ka
[ 18]等利用 23个氨基酸的 M2e和 Th表位偶联构
建多表位疫苗,免疫小鼠, 4- 5周后加强免疫一次,
然后用异源病毒攻毒, 结果显示疫苗能有效防止病
毒在呼吸道的繁殖, 显示了该多表位疫苗的应用潜
力。A型流感病毒蛋白中较为保守的蛋白为 NP和
M蛋白,这两种蛋白是诱导具交叉保护性 CTL反应
的特定多肽,因此从理论上讲, 研究交叉保护疫苗可
以从这两条途径着手。
111 以哺乳动物细胞为基质制备流感疫苗
以哺乳动物细胞为基质制备流感疫苗是指用哺
乳动物细胞代替鸡胚来生产流感疫苗。以哺乳动物
细胞为基质 [ 19, 20 ]制备疫苗具有无外源因子污染、易
于规模化生产、能较好的维持病毒抗原稳定等优点。
目前用于制备流感疫苗的哺乳动物细胞主要是 MD
CK细胞和 V ero细胞 (非洲绿猴肾细胞 ) [ 21]。
MDCK细胞是培养和分离流感病毒的最佳哺乳
动物细胞系,此细胞系具有感染后迅速产生流感病
毒、在短时间内取得高滴度的特点。 Fo rt Dodge实
验室已经将 MDCK细胞系应用到马流感疫苗的生
产中,这种流感疫苗生产工艺的转变使生产成本下
降到鸡胚培养工艺的 40%, 而抗原的效力却提高了
3倍,同时消除了外源因子污染的危险。
Vero细胞是WHO规定的可用于生产生物制品
标化的传代细胞系, 可进行发酵罐大规模培养。在
欧洲用 1200 L发酵罐培养 Vero细胞试制的高产流
感疫苗与鸡胚制备的流感疫苗在小鼠动物试验中产
生的免疫原性相近,并在英国等国家的临床试验证
明 Vero细胞试制的流感疫苗有较高的免疫原性, 安
全性好。但是能用于疫苗生产的细胞系很少, 并且
是否具有致癌性等问题制约着利用哺乳细胞生成疫
苗的发展。
112 选择宿主范围变异体
人流感病毒株在非人细胞中连续传代或在有血
清抑制剂存在的情况下在鸡胚中传代可产生宿主范
围变异体。已开发出两个供体株 A /PR /8 /34
( H1N1)和 A /Okuda /57( H2N2 ), 在鸡胚中连续传
代后均显示对人毒力减低。它们所产生的重配体在
人体中具有免疫原性且毒力减弱。但是这种重配体
减毒程度变化不定,阻止其用于活疫苗。
113 抗独特型抗体
抗独特型疫苗是指以抗独特型抗体作为抗原的
模拟物,代替病原体免疫机体,进而诱导机体产生抗
病原体的特异性免疫反应。该疫苗比天然病毒抗原
免疫诱导的中和抗体水平低, 需辅以适量佐剂才能
发挥良好效果。
自 Jerny[ 22]提出免疫网络学说以来, 对抗独特
型抗体 ( ant iidiotypic ant ibody, Ab2)的研究日益增
多。李宝全 [ 23 ]等首次用纯化的鸡抗 H9亚型 A IV
免疫球蛋白 ( IgG)作为抗原免疫家兔, 制备兔源的
多克隆抗独特型抗体 ( Pab2) , 同时免疫小鼠, 制备
分泌抗 A IV独特型单克隆抗体 (M ab2) ,试验显示所
制备的两种独特型抗体均能竞争性抑制鸡抗 A IV
IgG与 A IV的结合, 并能诱发 SPF鸡产生血凝抑制
抗体。该试验表明,单克隆和多克隆抗独特型抗体
均能对免疫鸡产生保护作用。
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2010年第 8期 胡建和等:禽流感病毒新型疫苗的研究进展
2 小结与展望
随着我国养禽业的迅猛发展以及近几年来禽流
感对人类健康和经济发展带来的危害日益严重,研
制高效、安全、普遍适用的禽流感疫苗迫在眉睫。上
述各种禽流感疫苗各有其优缺点。随着分子生物学
手段的不断更新,将会出现更多更有效的疫苗用于
禽流感的防控。然而,由于禽流感病毒血清型众多、
变异频繁,要研制出一种能够保证禽类能抵抗多种
亚型禽流感病毒攻击的疫苗,需要科研工作者共同
的努力。
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