转化医学与疫苗发展

杨 欣

·综 述·

转化医学与疫苗发展

杨 欣

转化医学是医学研究的一种新模式，是在实验室研究和临床医疗之间建立的一条快速通道，是基础研究与临床研究的相互转化和促进。人类与传染性疾病抗争过程中发明了疫苗，疫苗的产生和发展过程也是与相关学科和技术相互转化的过程。作者以3种与肿瘤相关的疫苗开发为例，展现疫苗的研发过程、现有疫苗存在的问题以及利用新技术解决这些问题的思考。在人类面临新出现的传染性疾病、病原体变异导致的再现传染性疾病威胁的今天，搭建科研院校—疫苗生产企业—疾控中心的产学研平台，促进科研成果的快速转化，利用新技术改进传统疫苗、研制新型疫苗，预期会有更多安全有效的疫苗问世。

转化医学；疫苗开发；乙型肝炎疫苗；幽门螺杆菌疫苗；人乳头瘤病毒疫苗

转化医学是医学研究的一种新模式，是近年来国际医学健康领域出现的新概念。1992年Science杂志首次提出从实验室到病床(bench to bedside，B2B)的概念[1]；1996年，著名医学杂志 The Lance t第1次出现“转化医学(translational medicine)”一词[2]。转化医学是基础科学和临床医学的一条快速通道，是基础研究与临床研究的双向转化，即bench to bedside to bench双向通道模式[3]。从实验室到病床是将医学生物学等基础研究应用到临床，转化为可在临床实践中应用的理论、技术、方法和药物；从病床到实验室是通过临床的观察与分析，将临床中发现的问题带入实验室进行研究，帮助实验室更好地认识人体与疾病，设计更优化的实验来促进基础研究，再转化为医药产品或者诊疗技术的过程。

虽然转化医学是近20来年才提出的，但是转化医学的思想早已应用于医学研究中，并为人类健康作出了重大贡献。人类与传染性疾病抗争过程中，发明了疫苗，疫苗的产生和发展过程也无不体现转化医学研究模式。

1 疫苗在疾病预防中的作用

在人类历史发展过程中，一直在寻找摆脱各种传染病的方法。天花是人类通过疫苗预防接种根除的第1个传染性疾病。根据文字记载，我国在10世纪就曾采用接种人痘(天花病原体)的方法来预防天花。接种人痘可以预防天花，但也曾导致天花传播。Jenner是英国的一名乡村医生，他从当地村民那里得知挤奶的女工感染牛痘后不会再感染天花，于是他意识到天花和牛痘之间一定有某种联系。1796年Jenner用实验证实接种牛痘可产生抵抗天花的免疫力，而接种牛痘只引起局部皮损(痘疹)，较人痘安全，所以逐渐替代了人痘接种。19世纪有人将自然牛痘的痘浆接种到小牛皮肤，在小牛皮肤上增殖痘病毒，取其痘浆制作为疫苗，即为牛痘苗，由此开始了实验室人工制备疫苗。后来人们逐渐认识到天花病毒和牛痘病毒同属痘病毒科脊椎动物痘病毒亚科正痘病毒属，在抗原性上有着广泛的同源性，产生的抗体可发生交叉中和反应，所以接种牛痘可以预防天花。

牛痘苗预防天花的有效性确定后，牛痘苗生产工艺不断改进、生产规模不断提高；20世纪40年代后期，采用大规模生产冻干工艺，牛痘苗的产量和储存有了保证，提高了控制天花的可能性。世界卫生组织在全球范围内组织大规模牛痘苗接种，天花发病人数逐年减少，至1977年10月索马里发生最后1例天花，此后2年未出现天花病例，世界卫生组织于1979年10月宣布全世界已经消灭了天花病。

在其他传染性疾病预防控制过程中，疫苗接种的贡献也功不可没。强化脊髓灰质炎疫苗免疫，已在许多国家消除了脊髓灰质炎(小儿麻痹症)，该病有望成为人类消灭的第2个传染性疾病。自实施扩大免疫规划以来，麻疹、白喉和百日咳等传染病的发病率已大幅度下降。我国新生儿实施乙型肝炎疫苗免疫接种，在儿童中乙型肝炎表面抗原携带率明显降低[4]。

2 疫苗的发展与转化医学

疫苗的发展与细菌学、病毒学、免疫学、分子生物学等相关学科的发展密切相关。随着疫苗的发展，疫苗的定义已发生扩展，早期定义的疫苗仅是针对疾病产生免疫力的灭活或减毒的病原体；现在疫苗是指针对疾病的致病原或相关的蛋白(多肽、肽)、多糖或核酸，以及1种或多种成分，疫苗直接或通过载体经免疫接种进入机体后，能诱导产生特异的体液和(或)细胞免疫，从而使机体获得预防该病的免疫力。

早期传统的疫苗一般是灭活疫苗或减毒活疫苗，相关学科和技术的发展，对疫苗的研发起到多方面的推进作用。

2.1 对传统疫苗的改进 如纯化技术的应用，提高了疫苗的纯度，减少了杂质含量，从而提高了疫苗的免疫原性和安全性。冻干技术的应用，使疫苗更易于保存和运输。采用细胞培养和病毒增殖技术，开发了多种病毒性疫苗，如脊髓灰质炎、麻疹、风疹和水痘等疫苗；曾经采用动物和鸡胚培养制备的疫苗也相继改进为细胞培养疫苗，如痘苗、狂犬病疫苗、流行性乙型脑炎疫苗和腮腺炎疫苗等。

2.2 新型疫苗的出现 生物大分子的分离纯化技术的应用，促进了多种抗原的纯化分离。20世纪80年代开始了亚单位疫苗研制；进入90年代，基因重组技术应用于疫苗开发，出现了基因重组疫苗；此后又相继出现核酸疫苗、遗传重配疫苗等。

2.3 疫苗开发的案例 疫苗的开发与病原体的特征、人体对病原体的免疫反应以及疫苗开发时的技术发展水平等多因素有关。列举3种与肿瘤相关疫苗的开发历程。

2.3.1 乙型肝炎疫苗 完整的乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)是42 nm的Dane颗粒，具有感染性，乙型肝炎表面抗原(hepatitis B surface antigens，HBsAg)是构成HBV外壳的一种糖蛋白，在病毒复制过程中过量产生的HBsAg，在急慢性感染者血清内以直径22 nm的球形和管型存在，HBsAg颗粒具有免疫原性而不具有感染性，可刺激机体产生保护性抗体——HBsAg抗体。HBV感染引起的乙型肝炎是一种严重危害人类健康的传染病，慢性HBV感染与原发性肝癌发生密切相关[5]。

因HBV不能在组织细胞培养中繁殖，也不能感染除高级灵长类外的其他动物，无法以传统技术制备疫苗。而采用蛋白分离纯化技术从HBV携带者血浆中提取纯化HBsAg 22 nm球形颗粒，成为最初开发乙型肝炎疫苗的可行方式。纯化并经灭活处理的HBsAg加入佐剂后制备成血源乙型肝炎疫苗。用这种方法制备的乙型肝炎疫苗，通过免疫黑猩猩证明了疫苗的安全性、有效性后[6]，研究人员进行了人体观察试验，血源乙型肝炎疫苗于1982年上市。但含HBsAg血浆来源有限，成本高，同时由于对血源乙型肝炎疫苗安全性的担心，逐渐被随后出现的重组DNA乙型肝炎疫苗替代[7]。重组DNA乙型肝炎疫苗是将含有编码HBsAg基因的质粒引入酵母细胞或哺乳动物细胞，通过酵母或哺乳动物细胞的大规模培养，诱导其表达、合成HBsAg，然后分离纯化HBsAg，并去除酵母或细胞以及培养过程中的杂质。所表达的HBsAg多肽可自主聚合成球形颗粒，与慢性HBV感染者血清中天然的直径22 nm的HBsAg颗粒相似。经证实，重组的HBsAg具有免疫原性，不具有感染性，也不含人血中可能潜在的致病因子，因此被认为更加安全[8-9]。

1992年我国将乙型肝炎疫苗纳入计划免疫管理，2002年纳入儿童免疫规划。推广新生儿乙型肝炎疫苗接种后，小于5岁儿童HBsAg携带率从1992年的9.67%降至2014年的0.32%，因接种疫苗减少HBV慢性感染者3 000多万人。但即使全程接种乙型肝炎疫苗后，仍有部分接种者不产生抗-HBs或抗-HBs低应答，如何使这些对HBsAg不应答或低应答者产生保护力，研究者为此开展了大量研究。有资料显示，疫苗中加入Pre-S1和Pre-S2能增加HBsAg的免疫原性，诱导机体产生更高滴度的抗-HBs，并对HBsAg无应答的人有一定的效果[10]。新型佐剂可增强现有乙型肝炎疫苗的免疫原性，提高疫苗诱导的免疫应答能力，可打破部分对常规乙型肝炎疫苗接种不应答者的免疫“耐受”[11-12]。

2.3.2 幽门螺杆菌疫苗 20世纪80年代初，澳大利亚病理学家 Robin Warren和胃肠科医生 Barry Marshall发现幽门螺杆菌(Helicobacter pylori，H.pylori)，并证实H.pylori感染与急慢性胃炎、消化性溃疡、胃癌密切相关，2位科学家因此荣获2005年度诺贝尔生理学医学奖。H.pylori的发现改变了以前人们对胃病的认识、治疗理念和治疗方法，采用抗生素和抑酸制剂即可治愈慢性胃炎和消化性溃疡。但是随后发现抗生素治疗有明显的不足之处，耐药菌株产生、易复发和再感染、不良反应较大和费用较高。因此，H.pylori疫苗的研制对预防和控制H.pylori感染具有十分重要的意义。

早期的动物实验证实，灭活的H.pylori加霍乱毒素作为佐剂，口服免疫动物，可诱导产生特异性抗体[13-14]。2001年 Kotloff等[15]首次报道了 H.pylori全菌疫苗的人体志愿者试验，结果显示 2.5×1010H.pylori免疫后，在受试者唾液和粪便中可检测到H.pylori特异性的抗体。H.pylori全菌疫苗成分复杂，虽然含有绝大多数保护性抗原，但也存在明显的不良反应，尤其是含有潜在的致癌因子[16]。因此，将其开发为人用疫苗尚存在很多问题。

亚单位疫苗是H.pylori疫苗研究的主要方向，在动物实验中证实可刺激机体产生保护性抗体的H.pylori抗原有尿素酶、热休克蛋白、黏附素等。尿素酶分布于H.pylori表面，占全菌蛋白的5%～10%，由A和B的2个亚单位组成，几乎所有H.pylofi菌株均能产生尿素酶，而且尿素酶B氨基酸的同源性高，菌株间尿素酶B的抗原变异极小[17]。因此，尿素酶已成为H.pylori疫苗的首选亚单位抗原。

实验证明尿素酶能刺激机体产生免疫应答[18-19]。Michetti等[20]采用随机、双盲研究方法，以尿素酶加不耐热肠毒素，口服接种于26例已感染H.pylori的志愿者，均产生明显抗尿素酶免疫球蛋白A抗体，虽有66%的志愿者出现腹泻，但尚能耐受。第三军医大学研究开发的基因工程表达的H.pylori尿素酶B亚单位和大肠杆菌不耐热肠毒素B亚单位的融合蛋白，即口服重组H.pylori分子内佐剂疫苗，该疫苗已完成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床研究；Ⅲ期临床对4 464例6～15岁儿童随机进行双盲安慰剂对照试验，结果显示疫苗安全性良好，预防 H.pylori感染的保护率为71.8%。该疫苗为国际上首个完成Ⅲ期临床试验的H.pylori疫苗[21]。

虽然H.pylori疫苗的研究取得了突破性的进展，但要开发免疫效果更好的、更安全的疫苗，后续还需解决如下问题：尿素酶免疫原性较弱、免疫保护率不高，需要筛选更加安全有效的抗原；开发更安全有效的黏膜免疫佐剂；利用新技术(纳米技术、缓释技术等)开发疫苗投递系统，以增加疫苗有效维持时间，提高疫苗的免疫效果等。

2.3.3 人乳头瘤病毒疫苗 人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)是一类感染表皮和黏膜的DNA病毒，目前已发现100多种HPV亚型，最初认为这类病毒只引起人不同部位皮肤或黏膜的疣体病症。Dürst等[22]和Muñoz等[23]应用分子流行病学调查数据揭示了HPV感染与宫颈癌的关系。该研究成果为宫颈癌的防治提供了新的研究方向，研究人员开展了大量的HPV生物学特性、HPV感染流行病学调查、HPV疫苗开发等方面的研究工作。

Clifford等[24]调查显示，子宫颈鳞状细胞癌中HPV16感染率最高，其感染率范围从亚洲的45.9%至北美和澳大利亚的62.6%；其次是HPV18的感染(感染率为10%～14%)；排在后面的感染亚型是HPV45、HPV31和HPV33。腺癌中HPV18感染率最高，为37.7%(37%～41%)，HPV16所占比例为26%～36%，其次是HPV45。张东红和林美珊[25]采用Meta分析显示HPV在我国妇女宫颈病变中平均感染率为46.51%(5 632/12 110)，全国范围内前5位常见高危型HPV分布依次为HPV16、HPV58、HPV18、HPV52和HPV33；在确诊的宫颈病变组织中，HPV的感染率与宫颈病变程度呈正相关(r＝0.815，P＜0.01)；HPV16在宫颈的各级病变中最为常见，其感染率与宫颈病变程度呈正相关(r＝0.823，P＜0.01)。流行病学和分子生物学研究还显示，HPV感染与口腔和口咽癌、喉癌、食道癌、呼吸系统肿瘤等有关[26]。

由于HPV体外培养系统未建立，HPV不能进行大规模繁殖，而且病毒含有致癌因子[27]，所以不宜采用传统的病毒体外培养、纯化后配制疫苗方式研制HPV疫苗。HPV疫苗研制普遍是用基因工程的方法，制备重组病毒主要衣壳蛋白L1疫苗。纯化的衣壳蛋白L1在一定条件下装配成病毒样颗粒(virus-like particles，VLP)，辅以佐剂即制备成疫苗。这样的VLP保持了病毒表面的抗原活性，但不含有病毒核酸成分，因此不具有感染性。主要衣壳蛋白L1高度保守，特异性强，各亚型之间无明显的交叉保护作用。为扩大对HPV亚型的覆盖率，VLP疫苗通常根据流行病学调查资料，设计为能够同时预防多个亚型感染的多价疫苗。

目前上市的HPV疫苗有3种，分别是德国Merck公司的四价(HPV6、HPV11、HPV16、HPV18)疫苗和九价(HPV6、HPV11、HPV16、HPV18、HPV31、HPV33、HPV45、HPV52、HPV58)疫苗，以及英国GSK公司的二价(HPV16、HPV18)疫苗。它们在预防相关亚型的HPV感染和相关疾病方面安全、有效[28-29]，而且九价疫苗覆盖了更多的HPV亚型，将进一步降低HPV感染及HPV相关疾病。有学者[30]建议在女性中用九价HPV疫苗来替代四价HPV疫苗。国内HPV疫苗研制仍处于临床前研究或临床研究阶段，尚无国产疫苗上市。值得一提的是成都生物制品研究所有限责任公司与北京生物制品研究所有限责任公司共同开发的六价HPV疫苗涵盖了在中国感染率位列前4的高危型HPV16、HPV18、HPV52、HPV58及2个低危型HPV6、HPV11。该疫苗的设计更适合中国国情，目前处于申报临床试验阶段。

已上市的HPV疫苗能预防相应亚型的HPV感染，但HPV亚型较多，要预防更多亚型的HPV感染，依靠增加疫苗价次是有限的，而开发含高度同源性抗原的HPV通用疫苗，诱导产生交叉性保护抗体，不失为解决问题的方法。现有的疫苗只有预防作用，对已感染HPV的患者无效，而我国HPV感染率高，所以治疗性疫苗的开发也迫在眉睫。

3 转化医学与疫苗开发的展望

3种与肿瘤相关疫苗的研发历程均体现了相关学科发展对疫苗开发的影响和促进，疫苗应用过程中出现的问题也需要在实验室利用相关学科理论和技术解决；微生物学、免疫学、分子生物学等学科和技术的发展促进了疫苗的开发，疫苗的应用也促进这些学科进步，两者互相促进、共同发展。近年来，新出现的传染性疾病、病原体变异导致的再现传染性疾病严重威胁着人类健康。因此，在疫苗开发中，搭建科研院校—疫苗生产企业—疾控中心的产学研平台，促进科研成果的快速转化，利用新技术改进传统疫苗、研制新型疫苗，预期会有更多安全有效的疫苗问世。

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Translationalmedicine and vaccine development

YANG Xin
(Department of Research and Development，Chengdu Institute of Biological Products Co.，Ltd，Chengdu Sichuan 610023，China)

Translationalmedicine is a new model ofmedical research.It is a fast channel between the laboratory research and clinicalmedicine.It is the transformation and promotion of basic research and clinical research each other.In the course of resistance infectious disease，human invented the vaccine.Vaccine production and development process are also transformation process of related science and technique.In this paper，described three tumor-related vaccine development，present problems of existing vaccines and use of new technologies to solve these problems.Today，human face the threat of emerging infectious diseases and re-emerging infectious diseases caused by pathogen mutation.We should set up scientific research institutions-vaccine production enterprisescenter for disease control production and research cooperation platform and promote the rapid transformation of scientific research results.It is expected to bemore safe and effective vaccine using new technology to improve traditional vaccines and development of new vaccines

Translationalmedicine；Vaccine development；Hepatitis B vaccine；Helicobacter pylori vaccine；Human papillomavirus vaccine

R979.5

A

2095-3097(2017)04-0244-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2017.04.014

2016-11-25 本文编辑：徐海琴)

610023四川成都，成都生物制品研究所有限责任公司科研开发部(杨 欣)