全 文 ：广 西 植 物 Guihia 19 (3)：260—262 999年 8月
疫苗生产的新途径一 转基因植物
，
(1 广州军区医学实验中心，广东广州 61001O；2 华南理S-大学生物工程系，广东广州 610641)
7粤一 7 2一；3 ‘
摘 要：与发酵生产方式相 比，转基因植物疫苗生产技术具有高效、经济和简便等特点 植物表达
系统生产外 源蛋白一般采用两种方式：(1)编码外源抗原基 因与植物基因组稳定整合；(2)利用
植物病毒载体，使外源蛋 白在植物细胞中瞬时表达。 植物 系统生产的抗原疫苗可保持 自然免疫原
性质， 1：3服后能够诱发体液和粘膜免疫反应。
关键词：疫苗；转基因；转基因植物
中图分类号：Q78 文献标识码：A
Vaccine production in transgenic plants
W ANG jie, GUO Yong
(1·Medical Re．arch Center矿 G~ngzhou f District Quan~zhou 510010，China； 2 Department矿 Biological Engin~ ng
so蚶hch_啪 Onfeer~ity Tech~ log), Guangzhou 510~41，China)
Abs~act： Transgenie plants as vaccine production systems represent all economical simple and
highly effective alternative to fermentatiorr-based production systems．Them are two different
strategie~for transgene expression in plants．(1)Stable genomic integration using genes encoding
foreign antigens．(2)Transient expression using viral vectors．Th e vaecine~produced by transgnnie
plants retain native imr~unongenic properties，The edible vaccine~ C．qtl stimulate humora]and
mucosal immunonresponses．
Key words： Vaccine；tlalsgnne；transgenic plant
生物科学和现代技术的飞速发展，使原有的传统疫苗生产方式逐渐发生改变。近年来．转基因植
物作为一种新的生产体系正得以探人研究，在重组蛋白药物和抗体制备领域已显示诱人前景。同时也
提出了转基因植物系统生产医用疫苗这一概念，与传统的细菌系统、酵母系统和哺乳动物细胞系统相
比，植物表达系统具有高效、价廉及方便等特点。 目前利用转基因植物制备疫苗的研究在国内处于起
步阶段．至今尚未见正式报道。
1 口服疫苗与粘膜免疫反应
细菌和病毒等感染性 因子可通过各种途径，定居或侵袭上皮细胞膜．而针对此类感染的疫苗必须
收蕾日期：I998 3—3I
怍辅 介：王 捷 (1％4一)，男，博土 副主任医 主要从事基因工程和生物制药领域的研究。
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3期 王 捷等： 疫苗生产的新途径—— 转基因植物 26I
能够刺激粘膜免疫系统，在粘膜表面 (如消化道和呼吸道上皮 )产生分泌型 IgA。应用亚单位疫苗或
可溶性抗原进行 口服免疫。其诱导免疫反应的效果较差，抗原用量大 (毫克级水平)。况且发酵法生
产的亚单位疫苗成本昂贵，难于推广应用。由于转基因植物可在其可食用部分表达抗原，因此可作为
低廉的口服疫苗生产和输送体系。随着发展中国家对腹谣性疾病新型 口服疫苗需求的增加，不少来 自
肠道病原微生物的抗原成为转基因植物表达的外源蛋白。早期有关烟草的转基 因研究报道较多 ⋯ 。
由于烟叶中含有大量有毒的生物碱，如表达的抗原不经严格的纯化，是不可能用于喂养动物的。目前
较多采用土豆作为外源蛋白表达的宿主。这是因为土豆的块茎可作为小鼠的饲料。况且外源基因转染
土豆数月后。块茎组织即可长出用于喂养动物。近来发展了针对人用疫苗的香蕉转化体系 “ 。并对
外源基因于香蕉果实高效表达的条件进行研究。尽管作为动物饲料的谷物，如苜蓿、玉米和豆类等较
难形成同一的转基因模式，但它们仍是动物疫苗的首选宿主
2 植物表达系统生产外源蛋 白的方式
主要分为两种方式 (1)外源 DNA经土壤根癌菌 T—DNA载体或微粒子轰击等直接方式转人
植物。稳定整合到植物的核基因组上；(2)采用植物病毒载体。使外源蛋自在植物 中瞬时表达
2 1外
1990年的国外专利文献最先报道应用植物表达系统生产可食用疫苗的概念 其将链球菌突变株
spaA蛋白基因经土壤杆菌介导转化。稳定地整台人烟草基因中并获表达：表达量 占烟草叶片蛋白的
0-02％。1992年 Mason等成功地在转基因烟草片中表达乙型肝炎表面抗原 (HBSAg)基因 ¨。表
达量 占烟草可溶性蛋白的 0．01％，电镜检测为 22 nm 球形颗粒。活性与蛋白结构分析表明与重组酵
母表达的 HBSAg几乎相同，显示植物表达的外源蛋白能够正确折叠。将植物生产的 HBSAg粗提物
免疫小鼠后。可激发与传统乙肝疫苗类似的免疫反应，也能产生各型 IgG 和 IgM。在抗乙型肝炎病
毒感染过程中，T淋巴细胞介导的免疫反应起着关键作用。从免疫小鼠的淋巴结中分离 出 T淋巴细
胞。在体外经烟草或酵母表达的HBSAg刺激后呈现增殖现象，表明植物生产的 HBSAg包含 B细胞
和T细胞抗原决定簇，并以病毒样颗粒形式存在。其结构与目前商品化疫苗类似。
导致儿童严重腹泻的常见病菌包括霍乱弧菌及相关的肠毒性大肠杆菌。据报道 口服灭活的霍乱孤
菌和霍乱毒素 B亚基 (CT—B)对霍乱弧菌和肠毒性大肠杆菌感染具有保护作用 0)。但 CT—B的制
备成本昂贵，限制了其推广应用。研究发现大肠杆菌不耐热肠毒素 (LT)是一种在结构，功能和抗
原性三方面均与霍乱毒素 (CT)十分相似 的多 聚蛋 白质。LT 由一个分子量 27 KD 的 A亚基
(LT—A)和分子量 11．6KD 的 B亚基 (LT-B)五聚体组成 ¨。LT_B五聚体与粘膜上皮细胞表面
的 GM 神经节苷脂特异结合后，促使有毒性的LT—A进人细胞。因此 LT_B和 cT_B均可作为合适
的 口服免疫原。在 LT_B的C末端加人微粒体滞 留序列 (Scr--Glu-Lys—Asp．Glu-Lcu)后，可提
高其在转基因烟草和土豆中的表达水平。L_T—B在微囊中的分离有助于单个亚基结合成稳定的五聚体
形式-经凝胶色谱和与神经节苷脂亲合力的分析，发现转基因烟草生产的 LT_B至少部分呈五聚体
形式 给鼠喂食 4次5 g转 LT—B基因土豆后，肠道粘膜和血清中均出现相应的抗体：而喂食正
常土豆组。未诱发免疫反应。表明口服含外源抗原的食物能够诱发免疫反应
2．2应用植物病毒载体瞬时表达外源抗原
应用植物重组病毒可在植物细胞中瞬间高效表达重组抗原。烟草花叶病毒 (TMV)表达外源蛋
白有两种方式：(1)通过病毒基因组启动子控制外源基因的转录：(2)外源蛋 白或多肽通过与病毒表
壳蛋白融合方式 抗病毒蛋白一∞天花粉蛋白可以第一种方式于转染植物中高效表达 们，而颗粒形
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式存在 (TMV粒子)的外 源蛋白更具免疫原性 因此与衣壳蛋 白融合是一种更佳 的表达方式
Turpen等报道将携带疟原虫抗原决定簇的多肽，以内部或 C端融舍方式与 TMV衣壳蛋白重组后转
染烟草，均能稳定产生高滴度的重组病毒 f 7)。蛋白印迹检测显示相应的抗疟原虫单抗可识别该重组
衣壳蛋白。哺乳动物 B卵母细胞的透明带蛋白 (ZP3)可作为免疫避孕的靶蛋白 将含有 l3个氨基
酸抗原决定簇的小鼠ZP3，在植物中以 TMV衣壳蛋白融合方式表达。该重组病毒免疫小鼠后．可诱
发抗 ZP3中和抗体产生，同时卵巢发生病理改变，免疫小鼠出现避孕现象 。
豇豆斑驳病毒 (CPMV)做为外源多肤的表达系统的优点在于：表达量高 (每 kg植物组织可产
病毒 l～2 g)，温度稳定性好及病毒易于纯化。CPMV是一 20面体颗粒，各含 60个拷贝大 小表面
蛋白。研究表明口蹄疫病毒的抗原决定簇可与 CPMV衣壳蛋白融合表达，但重组病毒在系列传输后
发生插入 RNA丢失现象 。该表达方式有利于基因的稳定融合． 已用于制备人鼻病毒 l4和人免
疫 缺 陷性 病毒 (HIV)的抗 原决 定簇， 动物实 验显 示表 达产 物具有 免疫 原性 。所诱 导的 抗
CPMV-HIV嵌合抗体能够中和 3株不同的HIV—1．
3 展 望
植物系统生产的抗原疫苗可保持天然免疫原的形式，这使得大规模方式生产抗原疫苗成为可能。
如果抗原日服后能激发有效的免疫反应，则该类疫苗因其制备成本低廉，便于运输，极具发展前景。
但目前仍存在一些有待改进的问题，包括如何提高外源蛋白的表达水平，表达的外源蛋 白在植物收获
后如何稳定地保存，如何增强一些抗原的日服免疫原性等。此外，随着植物系统生产疫苗技术的发
展，有关口服抗原的变态反应性及免疫耐受性也正受到密切关注。如果外源蛋白属食物中的正常组
份，需要确定诱发ra服免疫反应的抗原水平是否低于其诱发免疫耐受水平。 由于ra服免疫反应具有抗
原特异性．需要在分析单一疫苗的基础上，确定何类植物最适于疫苗的生产，这也将涉及探索外源蛋
自在相应植物组织和细胞中的表达方式 总之，在可食用疫苗研究方面，动物疫苗 比人用疫苗更有前
景；同时该领域的研究将促进对相关机制的认识．从而推动整个疫苗研制的发展。
参考文献：
(1) Mason H s，Lam D M，Arnt~n c L Expresion of hepatitis B surface antigen tramg~~ic plants啡 Proc Nat1
． Aead Sei．USA
[992，89(z4)：l[748～l[749
C2) May 0 D，Afza R．Masa H S el aL G~neration oftransgcnic Banana r Ⅲ a~minata)plants via
ma rion田．BioTec．~aoIogF．1998，13(jk 486~492
tran$for
[]) Clements JD．DackD ，^Harris 3R．et al,Cro6s—protection by B subunit--who[c cel cholera vacci口e again diarrhea amociated wj
heat-labiletoxin-producing entcrotoxingeni~Eschericbza col#~sults ofalarge~cal~[ielduial[J]． Infect Dis
． 1988．I58 372～377
(4 3 $lama T K．Ptonk s E
， Kalk K H，et a1．Cryatal stru吐u ofa cholera toxin-rela~l heat-labile emctoto in from E c0li[Z1．Naf
199[ t(63 25】：37卜r 77
[5) HagT Ma~aaH s
． Clamvats JD，“a／Ozalimmaaizatiot~with a u~combinantImcteti~l antigen producedintransgc,ic plants
Science．1998
， 2‘8(5211)：7I4～716
c6) Kuma~ [M H TurpcnT Weinzett[N
． “aLRapid． gh-l 蚓 Dnofbiologicallyactive al口ha1rjcho蛆nthi口intrails衄 把 |
plants byanRNA vital~ctorⅢ．m Nat1． USA 1993，90(21：427-430
(7) Turpen T H，Reinl S Charocnvit d Malarial epltopcs雕p嘲 8cd oⅡth芒姐r龟ce of rccombinAnt tobac∞ mosaic i s I]l
-
Biotec~notogy I995．13(1)：83-87
(8) Fitr．hetl J，BeaehyR HeinM B．Plant virasuprising hybrid悱 prot c,in witb added rfl ine Iope~licits au佃＆etibodyr髓 n盹
口 n m 1995 13fl 2】1081～1057
C9 3 UshaR·Rohll JB
． 8pall VE．et a1．Expression ofan animal viras 8ntig％ic siteontthe su~&ceVofa plant vi patti k[Zl
】993．19／[])：366-374
维普资讯 http://www.cqvip.com