前言
传染病大流行对全球公共卫生构成重大威胁，COVID-19使疫苗成为全球关注的焦点。过去的200年，在一系列技术和科学创新的推动下，疫苗在根除天花和显著降低其他疾病的发病率方面发挥了重要作用。
据统计，目前全球大约有27种疫苗获得许可，如流感疫苗、乙肝疫苗、肺炎疫苗、HPV疫苗、百日咳疫苗等。这些疫苗可为20多种病毒的感染提供保护，但是能够感染人类的病毒远远多于20种，比如最近在广东省流行的登革病毒还没有疫苗上市。
Cell 50周年特刊：疫苗的过去与未来
在这篇题为“Transforming vaccinology”的综述文章中，研究人员从疫苗关键创新的历史角度出发，对灭活疫苗、重组疫苗、mRNA疫苗等技术平台进行概述。
基于疫苗发展时间线梳理其研发史上的重要突破。从19世纪前直接接种活“毒”，到减毒活疫苗、灭活疫苗、亚单位疫苗，再到第三代mRNA疫苗，是一系列疫苗研发技术的重大突破：
1) DNA重组技术
乙肝病毒无法被减毒培养，其疫苗迟迟未能研发成功。在DNA重组技术出现后，科学家成功在酵母表面获得乙肝表面抗原，并用于预防乙肝病毒感染。在昆虫细胞表达的抗原蛋白可以形成病毒样纳米颗粒，进而介导更强的免疫反应。
2) 反向疫苗学
基因组测序技术使科学家能够从全基因组筛选有效抗原，通过抗原基因进行高通量克隆、表达、纯化获得重组蛋白，在进行体内、体外评价，筛选出疫苗。第一个应用案例是B型脑膜炎杆菌疫苗。
3) 基于结构的抗原疫苗设计
这类疫苗的代表有呼吸道合胞病毒（RSV）融合蛋白（F）、SARS-CoV-2和中东呼吸综合征（MERS）刺突蛋白（Spike）亚单位疫苗等。
4）快速基因合成技术
使病毒载体和mRNA疫苗直接在人体表达抗原，加速传染病防治效率，比如针对SARS-CoV-2的mRNA疫苗。
人类传染病主要疫苗技术平台
（源自参考文献：doi: 10.1016/j.cell.2024.07.021）
第一代：减毒活和灭活疫苗
疫苗接种是利用人体免疫系统来对抗病毒感染。最早的自然免疫描述可以追溯到公元前430年，雅典的历史学家Thucydides在一份战争报告中描述了一种瘟，导致雅典1/3的人口死亡，但康复者就不会再生病。因此指派康复人员照顾生病和垂死的人，这是与自然免疫相关的第一次具体线索。
我国在千年之前的宋朝就已有“种痘”这种疫苗接种方法的记载。但疫苗接种历史在1796年由“免疫学之父”英国医生爱德华·詹纳（Edward Jenner）而改变，为后人研究疫苗打开通道。牛痘疫苗的推广和研究促使巴斯德、科赫等人针对其它传染病需求治疗和免疫的方法。
巴斯德、科赫在一个世纪后发现传染病是由微生物引起的。巴斯德推测接触减毒病原体可以获得免疫，于是开始开发多种方法的减毒实验，比如干燥、加热灭活，将病原体暴露在氧气中，或者在不同的动物宿主中进行传递。巴斯德证明接种引起鸡霍乱的减毒细菌具有保护作用，避免造成鸡死亡，为减毒病原体疫苗开发铺平道路。
目前许可的减毒疫苗用来预防天花（牛痘）、麻疹、腮腺炎和风疹病毒、结核病、霍乱、流感、登革热、轮状病毒、水痘病毒、伤寒、黄热病等等传染病。
第二代：亚单位疫苗
重组亚单位疫苗通常具有良好的安全性和稳定性，应用较广的当属乙肝疫苗，几乎每个新生儿一来到这个世界就得打。其次还有重组蛋白带状疱疹疫苗、流感疫苗、戊肝疫苗、新冠疫苗等。
结构生物学、反向疫苗学和新型佐剂创新发现将促进重组蛋白疫苗的设计。
例如呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗有着50年的设计失败历史。随着结构生物学的发展，确定RSV表面融合蛋白（F）存在两种构象：融合前（pre-F）和融合后（post-F）。2012年，Jason McLellan、Peter Kwong和Barney Graham发表了F的融合前构象的首个X射线结构，使团队能够通过插入二硫键和三聚体化域来设计一个稳定的融合前抗原，稳定了分子并将其锁定在诱导强大中和抗体水平的融合前状态。研究证实使用Pre-F蛋白免疫产生的中和效价比Post-F蛋白高6.9倍。基于此研究，2023年两种稳定RSV重组蛋白疫苗获批上市。
反向疫苗学（Reverse Vaccinology）基于病原体基因组序列，结合生物信息学、蛋白质组学、生物芯片等技术，预测病原体的毒力因子、表面抗原，筛选能够引起免疫应答的抗原表位分子，再通过克隆表达获得重组蛋白。2000年，Venter等对B群脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis group B）MC58株的全部基因组进行注释，从中发现大量新的表面抗原，反向设计的链球菌疫苗含有四种蛋白质，可以为所有血型提供针对病原体的免疫。
新型疫苗佐剂的研究有望改变机体调节免疫反应的能力。20世纪2年代，科研人员发现亚单位疫苗诱导机体产生的免疫较弱且短暂，因此需要额外的帮助才能使其更有效。经过测试和筛选发现铝的氢氧化物和磷酸盐可作为稳定剂和增强剂帮助疫苗诱导机体产生更强的免疫反应，随后还开发了M59、AS03等用于流感疫苗的水包油型佐剂。随着先天性免疫和模式识别受体研究进展，模式识别受体激动剂被证明是有效的疫苗佐剂，如TLR4的选择性激动剂单磷酰脂质A，如重组亚单位疫苗Shingrix®包含AS01B和失活的带状疱疹病毒糖蛋白E，其中AS01B是含有TLR4激动剂MPL和从皂树树皮中提取的皂苷QS-21的脂质体佐剂系统。
第三代疫苗：重组病毒载体疫苗和mRNA疫苗
疫苗研发离不开合成生物学的发展。2010年，Don Gibson和Craig Venter开创合成基因的能力，能够直接从基因组序列合成疫苗，而无需接触病原体。2013年，当我国疾病控制中心（CDC）公布H7N9禽流感的序列后，Craig Venter在第二天下载了序列并合成血凝素和神经氨酸酶基因，随后开发两种疫苗。通过反向疫苗学生产常规亚单位疫苗和RNA疫苗。重组流感株在序列公布一周后可生产出亚单位疫苗，比传统疫苗开发提前了几个月。
尤其是近几年，我们看到合成疫苗彻底改变了现代疫苗学。2020年1月10日，CDC公布SARS-CoV-2病毒的基因组序列。第二天全球超过350个实验室下载序列并生成S抗原的合成基因，义翘神州于1月22日成功生产SARS-CoV-2重要靶点Spike RBD重组蛋白，第一时间助力传染病病毒和疫苗研究。基于合成基因的新冠疫苗多条路线齐头并进，如mRNA疫苗、重组病毒载体疫苗、重组S蛋白疫苗。mRNA疫苗以其独特的优势获得较快的紧急使用授权。但是重组蛋白疫苗免疫原性强大持久。
病毒载体疫苗使用减毒病毒疫苗株或非复制病毒作为载体，有效地将抗原基因传递到宿主细胞核中以诱导免疫反应。目前，许多病毒载体，如人类和黑猩猩腺病毒（Ad和ChAd）、水泡性口炎病毒（VSV）、改良的安卡拉牛痘病毒（MVA）、麻疹病毒（MV）、痘病毒、新城疫病毒（NDV）和其他病毒已被用作疫苗开发的载体。获批的病毒载体疫苗有基于腺病毒（Ad5）的埃博拉病毒和SARS-CoV-2疫苗。
mRNA技术为疫苗开发提供了一个令人兴奋和有希望的途径。从理论上讲，mRNA疫苗的开发只需要在成熟的技术平台上替换抗原序列，在预防和控制新出现的传染病方面优势巨大。相关报道文章较多，本文不再赘述。
清华梁万年教授汇总全球疫苗研发蓝图
此前，清华大学的梁万年教授团队曾在Nature reviews drug discovery期刊发表综述文章“The R&D landscape for infectious disease vaccines”，结合疫苗技术平台、传染病领域及全球研发地区分布对当前全球传染病疫苗研发进行概述分析。
研究人员对966种候选疫苗进行统计，其中占据榜首的是重组蛋白疫苗（22%，215种）。重组蛋白疫苗安全性、稳定性良好和易于制造，是所有类型中临床Ⅰ期开发数量最多的候选疫苗（93种）。
核酸疫苗发展迅速，紧随重组蛋白疫苗之后位居第二（18%，173种）。目前许多候选疫苗正在开发中，包括新冠（95个）、流感（24个）和艾滋病毒（21个）。虽然文章没有统计mRNA疫苗的占比，但是根据当下情况，不难猜出mRNA占有压倒性的比例。
当然减毒或灭活病毒疫苗仍然占据较大的研发比例（两者合占23%）。
病毒载体疫苗有可能诱导强大和持久的免疫反应，近年来备受关注。据统计有133种候选病毒载体疫苗正在研发中，包括腺病毒、逆转录病毒、慢病毒和痘病毒，用于开发埃博拉、艾滋病毒、流感和新冠等疾病的疫苗。
结合疫苗基于免疫原性蛋白载体与荚膜多糖或肽的共价连接，主要针对脑膜炎球菌、肺炎球菌和流感嗜血杆菌等病原体开发。
传染病疫苗研发蓝图
（源自文献：doi: 10.1038/d41573-023-00119-4）
一系列的研究和综述文章展现了疫苗研究领域的活力和创新。全球科学家持续突破疫苗开发，以期面对新出现传染病的威胁。
义翘神州拥有先进的技术平台和丰富的生产经验，为多种疫苗研发提供解决方案。产品和服务涵盖疫苗早期开发、临床前研究、临床试验、生产和质量控制的整个流程，助力客户高效推进项目研发。
部分客户案例展示
新冠mRNA疫苗开发
四川大学华西医院宋相容团队在小鼠模型中研究了脂质体新冠RBD-mRNA疫苗（LPX）的给药途径对免疫原性的影响，证实不同给药途径影响血清中和病毒的能力和Th1型、Th2型细胞免疫反应。研究人员利用义翘神州的新冠Spike RBD ELISA试剂盒（Cat#: KIT40592）定量检测HEK293T细胞裂解液及小鼠血清中的RBD蛋白水平。
A. 疫苗LPX在HEK293细胞中转染12和24小时后，用ELISA试剂盒（Cat#: KIT40592）定量分析细胞内外RBD表达量；B. 检测不同免疫途径接种LPX疫苗后，小鼠体内血清的RBD水平。（源自文献：doi: 10.1016/j.jconrel.2021.05.024）
RSV亚单位疫苗开发
Chulalongkorn University研究团队在开发RSV重组蛋白疫苗研究中，以义翘神州的RSV-F蛋白（Cat#: 11049-V08B）为包被抗原，用ELISA方法评估RSV-F Fc融合蛋白的免疫原性。利用抗RSV-F单抗（Cat#: 11049-R302）进行微量中和试验（microneutralization assay）评估小鼠免疫血清的中和抗体水平。
A. ELISA检测小鼠免疫血清的RSV特异性滴度；B. 微量中和试验检测小鼠免疫血清的中和抗体滴度（源自文献：doi: 10.1016/j.btre.2023.e00826）
重组带状疱疹疫苗开发
Yaru Quan等人在开发氢氧化铝为佐剂的新型带状疱疹候选疫苗LZ901过程中，使用义翘神州VZV-gE重组蛋白评估疫苗的免疫原性。结果表明，LZ901诱导的gE特异性IgG抗体水平与Shingrix®疫苗（AS01B佐剂）相当，且FAMA法证明了两者的中和抗体能力相似。
gE特异性IgG滴度分析
（源自文献：doi: 10.3390/vaccines12070775）
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【参考文献】
1. Rino Rappuoli, Galit Alter and Bali Pulendran, Transforming vaccinology. Cell. 2024. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.021
2. Jianying Yue, et al. The R&D landscape for infectious disease vaccines. Nature reviews drug discovery. 2023. https://doi.org/10.1038/d41573-023-00119-4
3. Hai Huang, et al. The investigation of mRNA vaccines formulated in liposomes administrated in multiple routes against SARS-CoV-2. Journal of Controlled Release, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2021.05.024
4. N. Pisuttinusart et al. Immunogenicity of a recombinant plant-produced respiratory syncytial virus F subunit vaccine in mice. Biotechnology Reports, 2023. https://doi.org/10.1016/j.btre.2023.e00826
5. Yaru Quan, et al. Comparison of the Immunogenicity of the LZ901 Vaccine and HZ/su Vaccine in a Mouse Model. Vaccines 2024. https://doi.org/10.3390/vaccines12070775