疫苗的发展历史及应用领域

（一）第一次疫苗革命

疫苗的发现，源于历史上的天花肆虐。3000年前，在中国、印度和埃及的古医书及僧侣经文中，就有天花急性传染病的记录；公元前1160年，从木乃伊考证，统治古埃及的法老拉美西斯五世的面部有天花瘢痕；公元3—4世纪，罗马帝国出现大规模天花流行；公元6世纪左右，非洲暴发天花；17—18世纪天花传入大洋洲；18世纪欧洲蔓延天花，死亡人数高达1亿5千万以上。美国疾控中心2000年出版的《疫苗可预防疾病的流行病学与预防学》（6版）指出，中国古代早在宋真宗时期（998—1023年），就有人痘法预防天花的记录。15世纪中期，我国的人痘苗接种法传至中东，后经改革进行皮下接种。1721年，英驻土耳其的大使夫人将此法又传至英国与欧洲其他各国。1796年，英国Jenner医生进行了第一个预防天花的人体试验，牛痘防天花，诞生了世界上第一个疫苗。

19世纪末，“疫苗之父”巴斯德（Louis Pasteur）为了纪念Jenner医生对人类的贡献，将疫苗一词创语为“vaccine”，意思是可用于免除瘟疫的东西。巴斯德对人类的伟大贡献不仅在于他证明了微生物的存在，而且在于他史无前例地运用物理、化学和微生物传代等方法有目的地处理病原微生物，使其失去毒力或减低毒力，并以此作为疫苗给人接种而达到预防烈性传染病的目的。从19世纪末至20世纪初，以巴斯德为代表的医生或科学家们先后成功研制了减毒炭疽杆菌疫苗、霍乱疫苗及狂犬病疫苗，此即为第一次疫苗革命，大量的烈性传染病因此得到了控制。

第一次疫苗革命的成就是研制出了常规疫苗。常规疫苗包括减毒活疫苗和灭活疫苗。卡介苗就是细菌减毒活疫苗的成功例子。将一株从母牛体内分离到的牛型结核分枝杆菌在含有公牛胆汁的培养基上连续培养213代，经过13年后可以获得减毒的卡介苗（Bacillus Calmette-Guérin，BCG），这种菌苗首先使敏感动物豚鼠不再感染结核分枝杆菌。1921年，一名婴儿服用卡介苗后无任何不良反应。这名婴儿与患有结核病的外祖母一起生活，与结核分枝杆菌有密切接触，但是在他的一生中却没有患结核病。由于卡介苗既安全又有效，到20世纪20年代末，在法国已有5万名婴儿服用了卡介苗。此后，卡介苗的使用由口服改成皮内注射。从1928年开始，卡介苗在全世界广泛使用，至今已有182个国家和地区的40多亿名儿童接种了卡介苗。根据WHO扩大计划免疫的要求，现在每年仍有1亿多的新生儿接种卡介苗。

（二）第二次疫苗革命

从20世纪70年代中期开始，分子生物学技术使得科学家得以在分子水平上对微生物的基因进行克隆和表达。化学、生物化学和免疫学的发展在很大程度上也为新疫苗的研制和旧疫苗的改进提供了新技术和新方法。1962年，应用基因工程技术制备的基因重组疫苗开始出现。1986年，诞生了乙型肝炎表面抗原疫苗，这是第二次疫苗革命。

基因重组疫苗技术：基因克隆和表达技术可以使微生物的抗原用基因重组的方法获得，解决了以往传统方法制备抗原和研究病原微生物的两大困难。第一，用传统方法很难获得大量高纯度的抗原供研究和生产，而基因重组技术可以提供无穷无尽的疫苗抗原材料供试验，而且可以对大量候选疫苗进行反复筛选；第二，基因重组技术使得对病原微生物的研究变得更加安全，因为研究的对象是基因和它们的蛋白质产物，而不是能引起传染病的致病微生物。基因重组技术可以在基因水平上对细菌毒素进行脱毒。例如，采用在体外使基因突变的方法可以使白喉毒素蛋白中的一个氨基酸残基发生改变，结果既保留了毒素的免疫原性又使其失去了毒性。

最初的乙肝疫苗是从乙肝表面抗原阳性的携带者血浆中提取的，因而健康人群接种具有潜在危险。用基因重组技术制备乙肝疫苗，是将乙肝表面抗原的基因克隆到酵母或真核细胞中，该方法表达的抗原分子具有和血源性乙肝疫苗一样的结构和免疫原性。重组乙肝疫苗生产简单、快速、成本低，安全、效果好，且产量丰富，而且没有血源性乙肝疫苗那样受血浆产量制约和误用阳性血清的隐患。

基因重组技术和传统的遗传技术相结合，也可以构建无毒或减毒活疫苗。例如，将霍乱弧菌的毒素A基因、志贺样毒素基因和溶血素A基因都去掉，就可以获得安全有效的霍乱活疫苗。对伤寒杆菌的部分基因在体外进行特异部位的突变，使得细菌能保留其侵入细胞和刺激免疫系统的能力，却不能引起疾病。另一种基因工程疫苗是载体活疫苗，其制备方法是将目的基因定向克隆到已经在临床常规使用的活疫苗中去，也就是将这种安全的细菌或病毒活疫苗作为载体来表达目的基因，从而达到针对某种传染病的免疫保护作用。常用的载体有卡介苗、腺病毒和痘苗病毒等。(www.xing528.com)

（三）第三次疫苗革命

人类基因组测序的完成标志着人类进入了后基因组时代。疫苗研究也开始改变过去的研究方式，而是从全基因水平来筛选候选抗原。从全基因水平来筛选具有保护性免疫反应的候选抗原的疫苗发展策略，称为反向疫苗学（reverse vaccinology）。它以微生物基因组为平台，对毒力因子、外膜抗原、侵袭及毒力相关抗原等蛋白基因进行高通量克隆、表达，纯化出重组蛋白。然后，对纯化后的抗原进行体内、体外评价，筛选出保护性抗原，进行疫苗研究。反向疫苗学采取大规模、高通量、自动化和计算机分析的研究方法，在短期内同时完成大量候选抗原的克隆表达和提纯，为过去用传统疫苗学方法研究失败而不得不放弃的那些疑难传染病的疫苗发展提供了一条新的途径，成为当前预防医学研究的热点领域。

反向疫苗学的优点很多：第一，不需要培养微生物，整个过程从分析基因组序列开始。第二，基于将所有的蛋白质看作潜在的具有免疫原性的思路，整个过程从芯片法分析基因组序列开始，适用于所有微生物疫苗的研究。第三，可对危险的病原微生物进行操作，避免病原微生物的扩散。第四，病原微生物在不同时期和环境表达的蛋白质抗原都可用来作为候选抗原。当然，反向疫苗学也具有局限性：不能用于非蛋白质疫苗的研究，如某些糖类分子。目前国际上已经对细菌反向疫苗做了大量的研究，包括脑膜炎奈瑟球菌、肺炎链球菌、大肠杆菌、单胞菌、金黄色葡萄球菌、结核分枝杆菌等，B型脑膜炎球菌疫苗是反向疫苗学运用的里程碑。

（四）疫苗产业特点

1.市场规模不断扩大　相关统计数据显示，近年来，全球疫苗销售额逐年增加，2015年全球疫苗销售总额达到296亿美元。中国疫苗市场规模也在迅速增长，2015年疫苗产值达到183.7亿元，2015年疫苗批签发数量达到7.04亿瓶，疫苗生产企业产品种类不断丰富，疫苗研发能力逐渐增强。截至2015年，国内具有疫苗批签发的企业共43家，其中国外企业5家，国内企业38家，是全球拥有疫苗生产企业最多的国家，疫苗的种类和数量达到世界之最。

全球畅销疫苗品种集中在肺炎疫苗系列、无细胞百白破（DTaP）及其联苗系列、麻腮风-水痘带状疱疹疫苗系列、HPV疫苗系列、流感疫苗、轮状疫苗系列及肝炎疫苗系列。2015年，肺炎疫苗系列的三大品种年销售额达到73.7亿美元，DTaP及其联苗系列年销售额达到37.42亿美元，麻腮风-水痘带状疱疹疫苗系列年销售额为22.54亿美元。在发达国家，多联多价疫苗、基因工程疫苗、多糖蛋白结合疫苗、新型佐剂、治疗性疫苗等新品种纷纷上市。

2.疫苗产品具有许多独有特点　疫苗接种对象是广大健康人群，其安全性、有效性至关重要，需实行全过程监管。研发是疫苗供应体系的核心，由于疫苗具有生物活性，需经实验室、小试、中试、产业化多阶段大量的研发工作，才可能投入批量生产。疫苗研发具有周期长、投入高、风险大的特点，研发周期通常在15年以上，耗资大，成功率低。

3.疫苗研发面临的挑战　目前，尚有50种左右的主要疾病没有疫苗。例如，人类免疫缺陷病毒和丙型肝炎病毒等因抗原多样性、衣原体和葡萄状球菌因有限的自然免疫性、癌症和慢性感染性疾病因存在免疫抑制等挑战，尚无有效疫苗。扩大高质量疫苗的产能一直受到挑战，而且仍有一些疫苗无法进行大规模工业化生产。同时，重大新发传染病不断出现，也存在着生物恐怖袭击乃至生物战的现实威胁，人口流动会加快传染病的传播速度。