疫苗：概念、作用原理与组成

（一）疫苗的概念

疫苗（vaccine）是指将病原微生物及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或基因工程技术等方法制成的用于预防特定传染病的免疫制剂。疫苗的发现在人类发展史上具有里程碑的意义。控制传染病，最主要的手段之一就是预防，而疫苗是预防和控制传染病的有效的科学手段。按国家的规定进行疫苗接种，阻断传染病的传播，具有巨大的社会经济价值。人类通过接种疫苗，已经彻底消灭了天花，并极大减少了霍乱弧菌、炭疽杆菌等严重致病菌的流行与感染，挽救了无数的生命。

从成分上说，疫苗保留了病原体刺激机体免疫系统的特性，同时减少或去除了病原体的毒性。当动物或人接触到这种不具伤害力的病原体后，免疫系统会产生一些保护物质，如抗体、免疫激素、活性生理物质等；当动物或人再次接触到同样的病原体时，会激起免疫系统原有的应答记忆，迅速产生更多的保护物质来阻止同种病原体的侵害。按照用途来分，疫苗一般可分为两类：预防性疫苗和治疗性疫苗。预防性疫苗主要用于疾病的预防，接受者为健康个体或新生儿；治疗性疫苗主要用于患病的个体，接受者为患者，系通过诱导特异性的免疫应答，起到治疗或防止疾病恶化的作用。

传统疫苗有减毒活疫苗、灭活疫苗、类毒素疫苗。减毒活疫苗（live-attenuated vaccine）是指通过毒力变异或人工选择法而获得的减毒或无毒株，或从自然界直接选择出来的弱毒或无毒株经培养后制成的疫苗，如卡介苗。减毒活疫苗的保护作用通常延续多年，可诱导体液免疫、细胞免疫和黏膜免疫。它的突出优势是病原体在宿主复制产生一个抗原刺激，抗原数量、性质和位置均与天然感染相似，通过自然感染途径接种，产生全身和局部免疫反应，所以免疫原性一般很强，保持免疫力时间较长，甚至不需要加强免疫，一般接种一次即可。但是，减毒活疫苗同时也存在潜在的危险性：在免疫力差的部分个体可引发感染；可能突变从而恢复毒力，也可能存在残余毒力问题；某些减毒活疫苗可引起接种者的免疫抑制，对其他抗原物质的应答能力减弱；某些减毒活疫苗有疫苗污染的风险，尤其是病毒性活疫苗是由鸡胚或动物细胞培养制成并连同培养物一起应用的。此外，减毒活疫苗的保存和运输要求较高，如需要冷藏等。随着对病原毒力的分子基础的认识，可更合理地进行减毒，也可能使其减毒更为彻底且不能恢复毒力。灭活疫苗（inactivated vaccine）是选用免疫原性强的细菌、病毒等经人工培养后，用物理或化学方法将其灭活，使其失去活性，使感染因子被破坏而保留免疫原性所制成的疫苗，如霍乱灭活疫苗、伤寒疫苗等。与减毒活疫苗相比，灭活疫苗采用的是死病原体，因此，其安全性高，不存在散毒和造成新疫源的危险，但免疫原性变弱，往往必须加强免疫。灭活疫苗便于储存和运输。灭活疫苗制备成本相对于减毒活疫苗成本高，引起细胞免疫的能力较弱；其免疫途径受限制，一般必须注射；灭活疫苗需要免疫佐剂来加强其免疫效应。因此，灭活疫苗的发展与免疫佐剂的发展有着极为密切的关系。并非所有病原体经灭活后均可以成为高效疫苗。例如，有些疫苗是高效的，如注射用脊髓灰质炎灭活疫苗（IPV）或甲肝疫苗；还有一些则是低效、短持续期的疫苗，如灭活后可注射的霍乱灭活疫苗，几乎已被放弃；还有一些灭活疫苗效力低，需要提高其保护率和延长免疫的持续期，如传统的灭活流感疫苗和伤寒疫苗。类毒素疫苗是用丧失毒性而保留免疫原性的毒素所制成的疫苗。当疾病的病理变化主要是由于病原体产生的外毒素或肠毒素引起时，类毒素疫苗具有很大的意义。例如，破伤风疫苗和白喉疫苗。当前使用的类毒素疫苗多是采用传统技术制造的，这些疫苗含有多种成分，而且将毒素变为类毒素的甲醛处理过程也可导致与来自培养基的牛源多肽交联，从而产生不必要的抗原。因此，研究一个突变、非毒性纯毒素分子作为一种新疫苗可以提高这些类毒素疫苗的质量和效力，如将白喉毒素52位谷氨酸替换成甘氨酸，可导致毒性丢失，且可与白喉毒素发生交叉反应。

（二）疫苗的作用原理

疫苗发挥作用的基本原理：当机体通过注射或口服等途径接种疫苗后，疫苗中的抗原分子就会发挥免疫原性作用，刺激机体免疫系统产生高效价特异性的免疫保护物质，如特异性抗体、免疫细胞及细胞因子等，并产生记忆T细胞和记忆B细胞。当人体再次接触同种抗原时，机体的免疫系统便会唤醒其免疫记忆，这两种细胞迅速增殖分化产生效应T细胞和效应B细胞（浆细胞），可迅速清除抗原，立即产生更多的保护物质来阻断病原体的入侵，从而使机体获得针对病原体特异性的免疫力，使机体免受侵害。

根据疫苗诱导产生作用的机制，疫苗的作用原理可分为两类，一类是人工自动免疫（active immunity），另一类是人工被动免疫（passive immunity）。人工自动免疫是指将疫苗、类毒素和菌苗等免疫原接种至人体，使宿主自身的免疫系统产生针对相关传染病的特异性免疫力。该类疫苗的作用大小取决于宿主所产生的免疫反应强度，而影响宿主免疫反应的因素包括疫苗自身特点，所含的抗原量，免疫途径（如肌内注射、口服等），母体抗体的存在与否等；宿主因素如年龄、免疫抑制、遗传易感性等。免疫时机也是一个重要的因素，大多数疫苗要求在自然感染发生前数周接种，从而使机体有足够的时间产生免疫反应。接种该类疫苗后1～4周产生免疫力，可持续半年至数年。人工被动免疫是向机体输入由他人或动物产生的免疫效应物，如免疫血清、淋巴因子等，使机体立即获得免疫力，达到防治某种疾病的目的。其特点是产生作用快，输入后立即发生作用。但由于该免疫力非自身免疫系统产生，易被清除，故免疫作用维持时间较短，一般只有2～3周，主要用于治疗和应急预防。在注射破伤风或白喉抗毒素实施被动免疫的同时，接种破伤风或白喉类毒素疫苗，使机体在迅速获得特异性抗体的同时产生持久的免疫力，称之为被动自动免疫（passive active immunity）。

（三）疫苗的组成

疫苗由抗原以及非活性成分，包括佐剂、防腐剂、稳定剂、灭活剂、缓冲液、盐类等组成。

1.抗原　抗原（antigen，Ag）是疫苗最重要的有效成分。抗原是能够刺激机体产生免疫应答物质（即抗体和致敏淋巴细胞），并能与该抗原进行特异性结合的成分。抗原具有免疫原性和抗原性。免疫原性是指抗原能够刺激机体产生抗体和效应淋巴细胞。抗原性，也称为反应原性或免疫反应性，即抗原能与所产生的抗体和效应淋巴细胞特异性结合的特性。只具备抗原性而不具备免疫原性的物质称为半抗原（hapten），例如一些小分子药物、化合物。半抗原与适当的载体结合即可成为完全抗原。免疫原性有几个基本决定条件：异物性（亲缘关系或种属关系越远，异物性越大）、分子的大小、抗原的相对分子质量（一般大于10000）、复杂的化学组成与特殊的化学基团、适当的免疫途径。免疫原性的一般规律为皮内免疫最强，其次依次是皮下免疫、肌内免疫、腹腔（仅限于动物）免疫、静脉免疫及口服免疫。此外，影响免疫原性的其他因素还有以下几种：化学基团的分子易近性，即抗原决定簇可否被淋巴细胞的抗原受体所接近；抗原物质的物理性状，颗粒抗原的免疫原性强于可溶性抗原，多聚体的免疫原性强于单体；佐剂可有效增强抗原物质的免疫原性；机体遗传因素，即动物或人对抗原应答的能力受遗传因素的控制。

抗原具有特异性，即诱导产生免疫应答物质及与其反应的专一性。某一抗原只能刺激机体产生特定的抗体或效应淋巴细胞，并只能与这种特定的抗体或效应淋巴细胞结合或相互作用。抗原的特异性基础是表位（epitope）。表位是存在于抗原分子中，决定抗原特异性的基本结构或化学基团，也称为抗原决定簇（antigenic determinant）。通常5～15个氨基酸残基，5～7个多糖残基或核苷酸可构成一个表位。天然抗原分子一般存在多个、多种表位，为多价抗原。表位可根据序列特点分为连续性表位与非连续性表位（线性、构象）；根据抗原结合细胞的不同，分为T细胞表位、B细胞表位。某一抗原不但与其诱导产生的抗体或效应淋巴细胞结合或相互作用，还可与其他抗原诱导产生的抗体或效应淋巴细胞作用，称为交叉抗原。交叉抗原存在的基础是同一抗原可存在不同的表位，不同的抗原上存在相同或相似表位。寻找交叉抗原，有利于研发具有共同抗原的多用疫苗。(www.xing528.com)

构成抗原的基本条件：①异物性，由于自身组织不能刺激机体产生免疫反应，故抗原一般为外来物质；②一定的理化性质，包括相对分子质量、化学结构等；③特异性，使抗原进入机体后引起相应抗体或引起效应淋巴细胞发生反应。可作为抗原的活性物质有灭活病毒或细菌、活病毒或活细菌经实验室多次传代得到的减毒株、病毒或菌体提纯物、有效蛋白成分、类毒素、细菌多糖、合成多肽以及近年来发展DNA所用的核酸等。抗原能有效地激发机体的免疫反应，产生保护性抗体或效应淋巴细胞，从而对同种细菌或病毒的感染产生有效的预防作用。

2.佐剂　佐剂（adjuvant）是指那些与抗原一起或先于抗原注入机体，可增强机体对该抗原的免疫应答能力或改变免疫应答类型的辅助物质。佐剂可以具备免疫原性，也可无免疫原性。理想的佐剂需要满足以下条件：佐剂与抗原混合能延长抗原在局部组织的存留时间，减缓抗原的分解速度，使抗原缓慢释放至淋巴系统中，持续刺激机体产生高滴度的抗体；增加抗原的表面积，从而增强抗原的免疫原性；佐剂可以直接或间接激活免疫活性细胞并使之增殖，从而增强体液免疫、细胞免疫和非特异性免疫功能。良好的佐剂应具有无毒性或副作用低的特点。

佐剂有以下几个种类：①化合物，包括氢氧化铝、明矾、矿物油及吐温80、弗氏不完全佐剂（羊毛脂与液体石蜡的混合物）等；②人工合成的多聚肌苷酸，包括胞苷酸（poly Ⅰ：C）、脂质体等；③生物制剂，指经处理或改造的细菌及其代谢产物，包括卡介苗和短小棒状杆菌、源于分枝杆菌的胞壁酰二肽、细菌非甲基化CpG DNA、细胞因子及热休克蛋白等；④药物佐剂。

佐剂的作用机制：通过改变抗原的物理性状，延缓抗原的降解和消除，从而延长抗原在体内的滞留时间，避免频繁注射从而更有效地刺激免疫系统；刺激单核-吞噬细胞系统，增强其处理和提呈抗原的能力；刺激淋巴细胞的增殖和分化，提高机体初次和再次免疫应答的抗体滴度；改变抗体的产生类型以及产生迟发型变态反应等。

3.防腐剂、稳定剂和灭活剂

防腐剂：用于防止微生物的污染。一般液体疫苗为避免在保存期间微量污染细菌的繁殖，均加入适宜的防腐剂。大多数灭活疫苗都使用防腐剂，如硫柳汞、2-苯氧乙醇、氯仿等。

稳定剂：为保证作为抗原的病毒或其他微生物存活并保持免疫原性，疫苗中常加入适宜的稳定剂或保护剂，如冻干疫苗中常用的乳糖、明胶、山梨醇等。

灭活剂：灭活病毒或细菌抗原可用物理方法如加热、紫外线照射等，也可用化学方法，常用的化学灭活试剂有丙酮、酚、甲醛等，这些物质对人体有一定毒害作用，因此在灭活抗原后必须及时从疫苗中除去，并经严格检定以保证疫苗的安全性。

此外，疫苗在制备时还需使用缓冲液、盐类等非活性成分。缓冲液的种类、盐类的含量都可能影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都有严格的标准。