疫苗。作者手稿；PMC 2010年11月1日提供。
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尼姆斯：NIHMS144767美国国家卫生研究院
流感疫苗
美国田纳西州孟菲斯市丹尼·托马斯广场262号圣犹德儿童研究医院传染病科，邮编38105-3678
*通讯作者：Richard Webby，博士，St.Jude儿童研究医院传染病科，262 Danny Thomas Place，Memphis，TN 38105-3678，USA，gro.edujts@ybbew.drahciR.电话：+1-901-595-3400 摘要
甲型流感病毒无论是通过有目的的操纵和释放，还是通过动物蓄水池中物种间传播的自然过程，都对人类构成了巨大威胁。用疫苗接种策略准备这些事件的挑战是，最佳形式的保护性免疫以变异最大的病毒蛋白血凝素为目标。再加上这种蛋白质的自然变异程度，疫苗学家面临的挑战也越来越大。必须在简化传统疫苗方法方面取得进展，但也必须在进一步确定和测试其他更保守的保护性抗原方面取得进展。在生物防御的背景下，问题将是达到一种平衡，即流感病毒的某些多样性可以包含在疫苗中，同时保持可接受的效力水平。
关键词：流感、血凝素、免疫原性
介绍
选定的H5和H7甲型流感毒株的固有毒力以及这些病毒基于质粒的反向遗传系统的出现，导致将流感纳入生物防御的一种重要有机体[1]. 近年来H5N1疫情的金融、社会和政治后果突出表明，高传染性、高致病性流感对人类或其他动物群体的潜在影响是巨大的。几个世纪以来，突发的新型大流行性流感病毒在人群中零星出现[2]为流感疫苗的开发奠定了基础，尽管挑战很大，但已向这一领域投入了大量资源，并取得了一些进展。
流感疫苗接种的挑战
由于甲型流感病毒的禽流感病毒库所包含的抗原多样性，一种新型毒株在人类体内的出现，无论是自然还是设计，都给疫苗设计带来了许多问题。应对流感爆发的致命弱点是，最有效的疫苗可以促进对最可变的病毒蛋白血凝素（HA）的免疫反应(). HA是一种表面糖蛋白，附着并促进病毒进入宿主细胞。因此，可以与血凝素结合的抗体可以通过包括空间位阻在内的多种机制介导病毒中和[三]. 如下文所述，HA是常规流感疫苗方法的支柱。
流感疫苗接种的困境一般来说，最具保护性的表位HA和NA也是变异最大的病毒蛋白。关键是找到免疫原性和蛋白质变异性之间的平衡，或者增强HA抗原的传递方法。
流感疫苗接种的常规方法
灭活病毒疫苗
目前大多数许可的流感疫苗都是灭活抗原制剂。尽管目前或已经有三种主要的制剂可用，但所有制剂都主要通过产生HA抗体发挥作用。因此，它们的效力很强，但容易发生抗原变化，就像在人群中出现新菌株时所预期的那样。临床研究表明，灭活疫苗在14-60岁年龄段人群中的疗效（通过减少血清学确诊的流感疾病来衡量）为70%[4]. 婴儿和老年人的疗效均降低[5]. 第一种灭活疫苗配方是全病毒，其实验使用可追溯到20世纪40年代。第二种是分裂病毒，它是通过用消毒剂破坏整个病毒颗粒而获得的，最后是亚单位形式，它是在病毒颗粒被破坏后通过富集病毒表面糖蛋白HA和神经氨酸酶（NA）而制备的。虽然可以说免疫原性更强[6,7]20世纪60年代，与灭活全病毒疫苗制剂相关的反应性，特别是婴儿和儿童的反应性推动了裂解疫苗技术的发展[8,9]. 裂解疫苗和亚单位疫苗随后被证明是安全的，并已交付给无数人[10,11]. 不幸的是，分离疫苗的免疫原性相对较差，这意味着必须提供至少两剂疫苗，才能在幼稚个体中产生保护性免疫反应[12,13]. 如果释放出一种新型强毒株流感，两剂疫苗接种计划将带来后勤和时间问题。
限制灭活疫苗用于生物防御用途的其他问题包括生产系统对鸡胚卵的依赖性，以及从选择疫苗株到获得第一剂配制疫苗之间的时间长度[14–16]. 如前所述，灭活疫苗以HA为靶点，因此对疫苗中的菌株具有相对特异性，即产生的免疫并不特别广泛，其效力在很大程度上取决于疫苗与流通菌株之间的匹配程度。因此，只有在疫情爆发后才能生产匹配的疫苗。然而，这一事实并没有阻止针对高人畜共患风险动物菌株的灭活疫苗的储存，并且已经建议将储存的文库方法作为生物防御的一种工具。灭活方法的另一个关键问题是，它基于活病毒的灭活，活病毒必须成批生长。大量新病毒的产生，甚至通常使用的带有衰减基因片段的重配体，都会带来一些安全问题[15,17].
减毒活病毒疫苗
与灭活疫苗不同，减毒活病毒疫苗（LAIV）是通过鼻内接种具有复制能力的病毒来接种的。在这些疫苗病毒中，目标毒株的HA和NA被引入一种弱毒、冷适应病毒的主干，用于许可的LAIV[18,19]. 所产生的病毒具有目标毒株的抗原表型，但具有主毒株的减毒表型。为了完整起见，还应注意到，除冷适应外，正在开发一些其他机制，用于在LAIV中开发减弱流感疫苗。这些方法针对一些特定的基因片段，如M2、PB2和NS1[20–23].
LAIV方法的优势在于理论上可以产生局部免疫中和抗体和细胞介导的反应。细胞介导免疫是流感疫苗的一个诱人目标，因为这种免疫以更保守的病毒蛋白为目标[24]. 在理想情况下，这种免疫力可以保护一系列不同的病毒株。实际上，在季节性流感环境中对LAIV和灭活疫苗进行的少数并排比较中，扩大免疫反应的理论优势仅见于年轻人群[25,26]. 据推测，这是由于免疫启动人群中病毒过度衰减所致。然而，在新毒株释放的背景下，人群基本上是幼稚的，LAIV在相应的疫苗策略方面可以发挥重要作用。
尽管LAIV有一些优点，但它确实与灭活的LAIV存在一些相同的问题。LAIV也可能需要两次剂量才能引起最佳免疫反应，其产生时间与灭活疫苗没有实质性差异。LAIV也有一些独特的缺点，即并非所有的HA和NA组合都会在减毒的主干上形成有活力的病毒，疫苗病毒必须能够感染人类上呼吸道（这可能是禽流感毒株的一个问题[27,28])以及在目标毒株传播之前向人群注射活病毒的潜在安全风险。
流感疫苗接种的新方法
如前所述，开发针对新型流感毒株的疫苗面临的主要挑战是，通常最有效的免疫形式针对的是最可变的蛋白质。因此，由于流感病毒内可能存在巨大的抗原多样性，因此必须生产最有效的疫苗以应对紧急情况，而不是提前生产。这一过程所需的时间基本上意味着，在出现紧急病毒的前几个月，任何可用的疫苗都无法满足需要。一般来说，有两个主要领域的新一代流感疫苗有望提高我们应对或准备流感大流行的能力；提高生产匹配疫苗的速度或提高产生免疫力的广度，从而扩大储备疫苗的实用性。下面，我们将简要回顾一下，当然不是详尽地回顾一下这些方法的一些更大进步。
提高疫苗制备和交付速度
反向遗传学
近年来，流感疫苗过程中一个备受推崇的进展是基于质粒的反向遗传学系统的应用[29,30]. 这些系统允许产生特定基因组成的病毒。虽然这些过程并没有加快流感疫苗的实际生产时间，但它们可以在开发种子毒株方面提供优势，而种子毒株通常是在与世界卫生组织相关的实验室内生产的。正是这些菌株被送往制造商进行批量疫苗生产。虽然反向遗传系统可以潜在地加快典型重组种子毒株向季节性和低致病性毒株的生成，但当流通病毒是高致病性H5或H7毒株之一时，它们的真正价值就凸现出来了[31,32]. 在这些情况下，主要赋予这种高毒力的分子特征，恰好存在于HA蛋白中，可以被去除，以产生安全的匹配种子菌株。事实上，这些技术是成功生产H5N1病毒灭活疫苗和LAIV疫苗的支柱。
佐剂的使用
常规流感疫苗免疫原性差是快速应对新出现病毒的主要障碍。影响是双重的，第一，每剂量需要更高剂量的抗原，这意味着产生所需数量需要更长的时间；第二，疫苗接种者需要两次剂量，因此，他们受到保护的时间延长了。使用佐剂来克服免疫原性差和保留抗原对疫苗学来说并不新鲜，事实上，几十年前就开始使用佐剂，例如用于几种人类疫苗的明矾盐[33]. 然而，在裂解流感疫苗或亚单位流感疫苗中添加明矾佐剂仅能带来微小的改善[10,34]. 全病毒疫苗可能稍好一些，但即使在明矾存在的情况下也不太理想[35–37]. 相比之下，水包油佐剂（例如MF59和AS03）将H5N1疫苗的抗原需求量减少了至少6倍，并且仅在单次给药后就诱导了保护性反应[38,39]. MF59在许多流感制剂中显示出令人鼓舞的结果，并在欧洲获得季节性流感疫苗的许可[40,41]. 这些结果强烈表明，除非开发出新的生产和/或佐剂系统，否则水包油佐剂应与生物防御流感疫苗的开发齐头并进。
dna疫苗
虽然在提高常规疫苗接种速度方面取得了一些进展，但流感疫苗领域的最新进展可能需要新一代技术。虽然DNA疫苗本身不是新技术，但也在探索其在流感疫苗中的用途。表达病毒HA或NA以及其他病毒基因的各种组合的DNA疫苗在动物模型中显示出保护作用[42–44]. 生产这些疫苗相对安全、经济，而且可能很快。人类DNA疫苗的历史关注点是其免疫原性差，尽管临床研究证明，使用表达H3 HA的质粒在单次4微克剂量下有效[45]. 然而，还需要更多的临床研究来充分了解DNA疫苗在人体中的安全性、免疫原性和有效性。然而，在现有的较新方法中，它们具有许多优势，同时仍以首选的病毒靶点HA为靶点。
增加免疫范围
尽管提高生产匹配疫苗的速度是一个关键领域，但在生物防御方面，更重要的可能是生产更广泛的反应性疫苗。得出这一结论的理由是，拥有一种能够抵抗多种不同毒株的疫苗意味着可以在病毒出现之前生产、制造和储存疫苗，从而可能挽救许多生命。尽管这是流感疫苗学家长期追求的目标，但可以公平地说，目前还不存在这样的疫苗，正如所讨论的那样，那些毒株特异性较低的疫苗方法往往效果较差。然而，也许我们必须降低对生物防御流感疫苗的期望，努力实现减少严重疾病和死亡的目标，而不是减少感染；至少在开发配套疫苗的同时。在这种情况下，下面描述的一些方法变得更具吸引力。
佐剂的使用
除了增强疫苗免疫原性的能力外，还建议使用佐剂来扩大免疫反应的广度。有人声称，当与H5N1裂解或亚单位疫苗一起接种时，水包油佐剂可诱导更高的血清抗体滴度以及更多的交叉反应[38,46]. 尽管这些疫苗不太可能跨亚型进行保护，但它们在亚型内的变异中似乎更具交叉反应性。然而，尽管有上述声明，仍有点不清楚所观察到的交叉反应是由于抗体反应特异性的质的差异，还是仅仅反映了较高的总滴度，即：。，佐剂疫苗诱导抗体的特异性是相同的，但少数人群已被提高到可检测水平以上。最近，Malherbe及其同事表明，不同的佐剂可以促进CD4不同显性克隆型的积累+蛋白质疫苗接种背景下的T细胞[47]也许是通过抗原呈递细胞群的差异激活，发现佐剂流感疫苗确实会引起不同性质的反应，这当然不会令人惊讶。
通用目标方法
由于流感HA的固有变异性，人们曾多次尝试基于更保守的病毒表位设计流感疫苗。从理论上讲，这听起来很有吸引力，但在实践中，这些方法很少取得成果。这些“通用靶点”抗原疫苗中研究和开发最多的一种是靶向M2蛋白（M2e）胞外部分的疫苗[48]. M2蛋白是一个跨膜离子通道，研究表明，在适当的配置和某些模型中，M2e结构域的抗体可以起到保护作用；自然感染后几乎不会产生M2e抗体。用M2e为小鼠接种疫苗已被证明对一系列流感菌株具有保护作用，但在其他动物模型中的数据不太令人信服，甚至在小鼠中，免疫效力也受到质疑[49–51]. 然而，M2e方法已经开始临床试验，许多问题在不久的将来将变得更加清楚[48].
M2e并不是流感病毒之间唯一的保守表位，许多其他蛋白质也已被靶向。这些包括通过T细胞介导的方法获得的核蛋白和聚合酶蛋白，以及HA更保守的结构域[24,52,53]. 最近对单克隆抗体的研究表明，HA柄区的一个结构域在许多亚型中是保守的，这些结果引发了将该表位用作免疫抗原的猜测[54]. HA分子这一部分的免疫原性及其作为免疫抗原时的保护潜力尚待确定。
总结
尽管与其他生物防御关注的生物体相比，流感病毒的遗传物质最少，而且对保护性疫苗表位的了解也很多，但我们还没有一种疫苗可以被认为是紧急情况下的最佳疫苗。然而，由于联邦和私营企业对H5N1疫苗研究的大量投资，在一定程度上受到了刺激，最近出现了一系列旨在解决这一缺陷的研究工作。因此，在中短期内，有望在开发更快、更具交叉反应性和更有效的疫苗方面完成一些关键步骤。
脚注
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