第31卷第4期家畜生态学报Vol.31No.4 2010年7月Acta Ecologiae Animalis Domastici J ul.2010
新型动物疫苗研究进展
王洪梅1,宋玲玲1,李瑞国2,武建明1,高运东1,仲跻峰1,何洪彬13
(1.山东省农业科学院奶牛研究中心,济南 250100;2.中国生物技术发展中心国际合作处 100036)
[摘 要] 动物疫苗产业是战略化产业,新型疫苗将成为其重要组成部分。论文对标记疫苗、
活载体疫苗等新型疫苗的优缺点进行了比较,列举了相应的市场化产品,并对新型疫苗的发展
方向进行了展望。
[关键词] 动物疫苗;标记疫苗;活载体疫苗
[中图分类号] S811.5 [文献标识码] A [文章编号] 100425228(2010)0420109204
世界卫生组织报道,目前全球新型疾病暴发之快前所未有,平均每年一种新疾病,70%为人畜共患病。由于新型疾病正逐渐具有更强的抗药性,医学发展赶不上疾病的变化,人类健康面临严峻威胁。疫苗的研究和应用是防控传染病(包括人畜共患病)的重要手段,在生命科学中占据了极其重要的地位。经典疫苗主要是指能诱导机体产生主动免疫的细菌性制剂、病毒性制剂以及类毒素等,尽管该类疫苗在疫病防控中发挥了重要作用,但也存在局限性。近年来,随着分子生物学技术的飞速发展,基因缺失/标记疫苗及活载体疫苗等新型疫苗不断涌现。本文综述了动物新型疫苗的研发现状,并对其发展趋势进行了展望。
1 动物疫苗产业发展概况
1997年全球动物疫苗市场已达24亿美元,年增长率约为8%。亚洲发展中国家畜牧业发展比重大,动物疫苗市场需求年均增长在14%左右,其中家畜用疫苗超过44%,宠物用疫苗占30%,家禽用疫苗占14%。
我国每年出栏的生猪、肉牛、羊和家禽分别超过6亿只、5千万头、2亿头和90亿羽,奶牛存栏数超过1200万头,动物免疫群体数量庞大。据估计,动物用药的市场规模大约在500亿元左右,动物疫苗所占比例将越来越大。规模化养殖,特别是高密度养殖,提高了禽畜的疫病传染几率,促进了对疫苗产品的需求。养殖户大量使用农药和抗生素抵御疫病,造成禽畜产品体内抗生素和农药残留超标,使我国禽畜产品的出口受阻,故疫苗的使用将是疫病防控的主要手段。动物疫情频繁,疫病种类多,而且有70%左右的疫病是人畜共感染,如禽流感、结核病、狂犬病、布氏杆菌病等,为了保证人类的健康,就必须阻断上述疫病对禽畜的感染和危害。国外多价疫苗已经基本替代了传统单价疫苗,新型疫苗部分替代了传统疫苗,但国内尚处起步阶段,动物疫苗的升级换代将带来很大的增长空间。宠物疫苗扩大了动物疫苗的应用领域,据估计,宠物疫苗市场约3亿元,国内企业商品化的宠物疫苗很少,约占1%左右,主要是进口产品。综上所述,我国动物疫苗产业是战略化产业,发展空间巨大,必将产生显著的社会和经济效益。
2 新型疫苗研究现状
伴随着分子免疫学的日新月异、微生物基因组研究的不断完善及生物信息学的发展,疫苗制造技术和免疫学技术得到迅猛发展,产生了多种新型疫苗,包括多肽/表位疫苗、核酸疫苗、基因重组亚单位疫苗、活载体基因工程疫苗、基因工程缺失疫苗和植
①[收稿日期] 2010201214
[基金项目] 山东省科技攻关课题(2009GG20002032);国家转基因重大专项(2009ZX080072006B);山东农科院“杰出人才”基金;山东省农业重大应用技术创新课题;山东省自然科学基金(Y2008D20)
[作者简介] 王洪梅(19742),女,硕士,副研究员,研究方向为动物生物技术。E2mail:homey68@
3 [通讯作者] 何洪彬(19672),男,黑龙江讷河人,博士,研究员,研究方向为预防兽医。E2mail:hongbinh@hot
物转基因工程疫苗等。核酸疫苗、T细胞疫苗和树突状细胞疫苗等改变了疫苗多为蛋白、只能预防的经典概念,拓展了人们对疫苗组成和功能的认识。世界上已注册并正式投放市场的新型疫苗尚不多,但它们代表着疫苗研究的发展方向,为疫病尤其是常规疫苗效果不好的疫病的防控带来希望。
2.1 多肽/表位疫苗
多肽疫苗是用化学合成法或基因工程手段合成病原微生物的保护性多肽或表位并将其连接到大分子载体上,再加入佐剂制成的疫苗。利用抗原表位作图技术可将抗原表位精确定位于几个氨基酸残基,故通过分子生物学手段,将在完整蛋白中呈弱免疫原性的某些线性的中和抗原表位,与无毒力的结核菌素、霍乱毒素等可增强免疫原性的基因进行体外融合表达或自身串联表达[1,2],通过抗原表位的充分暴露增强多肽/表位疫苗的免疫原性。相对于常规疫苗和基因重组疫苗,多肽/表位疫苗不含有对动物构成潜在威胁的病毒基因组信息,不存在发生病毒基因与宿主细胞基因的整合或重组,不会对动物或人类构成潜在的威胁,是一种安全的疫苗。另外,采用多表位组合可以同时防控几种流行病毒毒株或血清型。尽管该类疫苗的优点多,但制造成本高。目前研制成功的多肽疫苗包括口蹄疫、乙型肝炎和疟疾多肽/表位疫苗。
2.2 基因工程亚单位疫苗
运用基因重组技术将编码病原微生物保护性抗原的基因导入并在原核或真核受体细胞中高效表达,提取保护性抗原蛋白,加入合适佐剂即制成基因工程重组亚单位疫苗。用于该类疫苗生产的最常用的原核生物是大肠埃希氏菌。基因工程亚单位疫苗安全性好、副作用小、稳定性强,疫苗诱导的免疫应答可与自然感染产生的免疫应答相区别,有利于疫病的控制和消灭计划。然而,该类疫苗产品研发费用高,价格昂贵,而且免疫原性通常比完整病原体差[3],需要多次免疫才能得到有效保护。目前,人类的乙型肝炎基因工程亚单位疫苗已被广泛应用。兽用口蹄疫基因工程亚单位疫苗、预防仔猪和犊牛下痢的大肠杆菌菌毛基因工程重组亚单位疫苗也起到了一定的保护作用。
2.3 基因/核酸疫苗
基因疫苗是把外源的抗原基因克隆到质粒或病毒载体上,然后将重组的质粒或病毒DNA直接注射到动物体内,使外源基因在活体内表达,产生以天然蛋白形式出现的抗原,激活机体的免疫系统,并能够持续地引发免疫反应[4-6]。基因疫苗可在体内存在较长时间,不断表达外源蛋白,能够刺激产生较强和较持久的免疫应答。因质粒载体没有免疫原性,故可反复使用。不过,基因疫苗的安全性及刺激产生的体液免疫应答水平均有利于提高[7]。目前,国外已有至少4种核酸疫苗被批准进入I期临床试验,包括美国、瑞士和英国的艾滋病核酸疫苗、美国的成纤维细胞生长因子DNA疫苗。另外,已有采用细菌载体等运送基因疫苗,即口服DNA疫苗的探索性研究,以期在黏膜局部免疫方面有所突破。
2.4 活载体疫苗
利用分子生物学技术将免疫原基因重组到无致病性的病毒或细菌载体基因组中,重组活载体接种动物后,可表达重组蛋白。活载体疫苗免疫动物与病原微生物自然感染刺激免疫应答的能力相近,可同时诱导产生体液免疫和细胞免疫,甚至黏膜免疫,克服了重组亚单位和多肽疫苗的缺点,免疫保护力比灭活疫苗更有效。然而,这类疫苗有时因机体对活载体的免疫反应,限制其再次免疫的效果。常用的病毒载体有牛痘病毒、禽痘病毒[8-10]、金丝雀痘病毒、腺病毒、火鸡疱疹病毒、伪狂犬病病毒[11]、小RNA病毒、黄病毒和脊髓灰质炎病毒等。主要的细菌活载体包括沙门氏菌、枯草杆菌、大肠杆菌、乳酸杆菌等。国外已研制出以腺病毒为载体的乙肝疫苗、以疱疹病毒为载体的新城疫疫苗等。
2.5 基因缺失/标记疫苗
基因缺失疫苗是用基因工程技术将病毒致病性基因进行缺失,从而获得弱毒活疫苗,该类疫苗产生的免疫应答很容易与自然感染的抗体反应区别开来,故又称为"标记"疫苗,它有利于疫病的控制和消灭计划。经典技术培育的弱毒株常常是由毒力基因点突变导致的毒力减弱,而基因缺失疫苗是部分或全部缺失毒力基因[12,13],故返突变机率非常小,疫苗安全性好、不易返祖;其免疫接种与强毒感染相似,机体可对病毒的多种抗原产生免疫应答;免疫力坚实,免疫期长,尤其是适于局部接种,诱导产生黏膜免疫力,因而是新疫苗发展的主要方向之一。目前已有多种基因缺失疫苗问世,例如美国的伪狂犬病毒基因缺失疫苗、霍乱弧基因缺失疫苗和大肠杆菌基因缺失疫苗。
2.6 转基因植物/可饲疫苗
把编码病原体保护性抗原基因导入植物细胞内,利用稳定表达或瞬时表达外源基因的植物,生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗[14,15]。将纯
011畜生态学报第31卷
