李興航 綜述，楊曉明 審校

1.國家聯(lián)合疫苗工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430207；2.武漢生物制品研究所有限責(zé)任公司，湖北武漢430207；3.中國生物技術(shù)股份有限責(zé)任公司，北京100029

自1798 年首次發(fā)現(xiàn)接種牛痘可以用來防治天花開始，開啟了人類研發(fā)和應(yīng)用疫苗來預(yù)防疾病的時代。過去200 多年來，疫苗的應(yīng)用降低了多種傳染性疾病的發(fā)病率和死亡率。據(jù)報道，疫苗每年可減少全世界約250 萬人死亡［1］，大大減低了由傳染性疾病所帶來的公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)。

疫苗發(fā)展初期，是由詹納等人開創(chuàng)的研究疫苗的方法，目前被認(rèn)為是傳統(tǒng)的疫苗學(xué)（也被稱作“疫苗學(xué)1.0”）［2］。他們當(dāng)時并不知道病原體的具體來源及疫苗發(fā)揮作用的機(jī)制，而是通過觀察發(fā)現(xiàn)使用奶牛的膿包（牛痘）可以預(yù)防天花，并在人群中進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果獲得了極好的效果?！耙呙纭睆拇苏Q生，這是人類研究疫苗歷史上的一座里程碑。接下來，巴斯德傳承了詹納對疫苗接種的概念，又進(jìn)行了創(chuàng)新，于1885 年成功研制出第一款人用狂犬病疫苗。后來，人們總結(jié)出巴斯德研究疫苗的3 個定理：分離、滅活、注射，這開始引導(dǎo)研究者更加合理地設(shè)計(jì)疫苗［2］。第一代疫苗基本遵從了巴斯德的疫苗設(shè)計(jì)策略，包括天花疫苗、卡介苗（BCG）、鼠疫疫苗、百日咳疫苗等?！耙呙鐚W(xué) 2.0”興起于 20 世紀(jì) 90 年代［3］，這個轉(zhuǎn)折點(diǎn)是b 型流感嗜血桿菌（haemophilus influenzae type B，Hib）和肺炎鏈球菌疫苗［4］的問世。第二代疫苗開始對病原體的致病機(jī)制有了一定的了解，并結(jié)合新的方法和技術(shù)（如遺傳學(xué)、蛋白質(zhì)工程、重組DNA技術(shù)、多糖化學(xué)技術(shù)、合成生物學(xué)［5］等相關(guān)知識）對細(xì)菌和病毒成分進(jìn)行分離和純化。亞單位疫苗和多糖蛋白結(jié)合疫苗即為“疫苗學(xué)2.0”時期出現(xiàn)的成果。目前的破傷風(fēng)、流行性感冒、白喉、炭疽、肺炎、乙肝等疫苗均是第二代疫苗的代表。

傳統(tǒng)疫苗設(shè)計(jì)方法研制的疫苗對于乙肝、狂犬病、破傷風(fēng)等疾病的控制起了很大作用，大大降低了這些疾病在人群中的感染率。但目前傳統(tǒng)研究方法在某些方面還有待進(jìn)一步突破，如①無法應(yīng)用于體外不可培養(yǎng)的微生物［如丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）、人乳頭瘤病毒（human papillomavirus，HPV）］［6］；②無法為易發(fā)生突變的病原體［如甲型流感病毒（influenza A virus，IAV）、人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）］提供廣泛的交叉保護(hù)［7］；③對于某些疾?。ㄈ绲歉餆帷懠玻┥胁荒芴峁┖芎玫慕鉀Q方案［8］；④無法用于機(jī)會致病菌（如金黃色葡萄球菌）［9］。

目前，基因組學(xué)、免疫組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)等新興科學(xué)相繼出現(xiàn)并相互融合，共同推動了對傳統(tǒng)疫苗設(shè)計(jì)思路的創(chuàng)新［6］。這些新興學(xué)科的出現(xiàn)開創(chuàng)了疫苗設(shè)計(jì)的一個新時代—“疫苗學(xué)3.0”時代，為針對如HIV、IAV、呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）、登革熱病毒（Dengue virus，DENV）等病原體疫苗的設(shè)計(jì)和開發(fā)開辟了新的思路和對策。本文就抗原設(shè)計(jì)新技術(shù)及其在疫苗中的應(yīng)用和發(fā)展作一綜述。

1 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)設(shè)計(jì)疫苗的理論基礎(chǔ)及策略

1.1 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)的理論基礎(chǔ) 由于抗原特異性所誘導(dǎo)的體液免疫與很多感染性疾病的保護(hù)有關(guān)［10］，一直以來，人類研發(fā)疫苗的目標(biāo)之一即是要誘導(dǎo)出對機(jī)體具有保護(hù)作用的特異性抗體，且能在體內(nèi)維持較長時間。在疫苗的抗原設(shè)計(jì)中，要想該抗原在人體內(nèi)誘導(dǎo)出針對某病原體的特異性抗體，即需對該病原體特定分子的精確結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。于是，研究者開始將研究方向轉(zhuǎn)向抗原的結(jié)構(gòu)與疫苗的關(guān)系上。

但一些病原體可通過表面殘基多樣化（如HIV）使之前研發(fā)的疫苗失去保護(hù)作用；有些病原體的保護(hù)性抗原處于一種亞穩(wěn)態(tài)的構(gòu)象（如RSV），即其結(jié)構(gòu)在感染過程中會發(fā)生改變，逃避由疫苗誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答；此外，還有些病毒的抗原（如DENV、寨卡病毒）經(jīng)免疫應(yīng)答產(chǎn)生的抗體甚至?xí)又丶膊?，出現(xiàn)抗體介導(dǎo)的增強(qiáng)感染（antibody-dependent enhancement，ADE）現(xiàn)象。因此，迄今尚未研究出效果良好的針對RSV、HIV、DENV 等病原體的疫苗。目前研究者開始考慮是否可通過在結(jié)構(gòu)上對抗原進(jìn)行修飾和改造，設(shè)計(jì)出有一定理化特性的抗原表位，誘導(dǎo)出針對某病原體的特異性抗體。結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)（structuralvaccinology，SV）［11］應(yīng)運(yùn)而生，蛋白質(zhì)工程技術(shù)開始被應(yīng)用于疫苗抗原的設(shè)計(jì)中。

現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法已能夠確定全病毒、病毒蛋白以及抗原-抗體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)［12］。對病原體的三維（3D）結(jié)構(gòu)分析能夠分析該病原體上各抗原三級結(jié)構(gòu)的信息和位置。這些結(jié)構(gòu)信息可被用來解決目前阻礙疫苗開發(fā)的一些問題。運(yùn)用結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)設(shè)計(jì)候選疫苗抗原的主要步驟如下［13］：①確定抗原或抗原-抗體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)；②通過分子生物學(xué)手段重新構(gòu)建抗原或表位；③將重組抗原或表位應(yīng)用于疫苗平臺上；④測試候選疫苗在動物模型上的安全性和有效性（圖1）。簡而言之，結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)將基因工程與高分辨率的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)相結(jié)合，使得病原體的保護(hù)性抗原成分能夠被選擇性地構(gòu)建，并應(yīng)用于疫苗中。

圖1 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)中基本的方法和工具Fig.1 Basic methods and tools in structural vaccinology

1.2 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)中抗原設(shè)計(jì)的策略及運(yùn)用

1.2.1 以表位為中心的疫苗設(shè)計(jì)策略 病原體上不同的抗原表位對于機(jī)體有不同的免疫原性，即不同表位的免疫優(yōu)勢級別也不同，其中一些抗原表位可優(yōu)先激活生發(fā)中心的B 細(xì)胞［14-15］。以表位為中心的策略重點(diǎn)在于將免疫原中與保護(hù)性抗原成分不相關(guān)的抗原表位去除，使得B 細(xì)胞能聚焦到識別和提呈可誘導(dǎo)針對病原體產(chǎn)生保護(hù)性中和抗體的抗原表位。如流感病毒上至少有10 種病毒蛋白，但只有血凝素（hemagglutinin，HA）對疫苗的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，目前流感疫苗所誘導(dǎo)的中和抗體均是針對HA 蛋白的頂部區(qū)域。但運(yùn)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)有3 種方法對抗原進(jìn)行設(shè)計(jì)［11］：①表位移植；②結(jié)構(gòu)域最小化；③表面重構(gòu)。

表位移植［11，16］是將抗原天然構(gòu)象中能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生中和抗體的表位移植至其他異源蛋白上的過程。該方法早期應(yīng)用于RSV 疫苗的研發(fā)中。CORREIA 等［17］開發(fā)了一種名為 Fold From Loops（FFL）的計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了一種包含RSVF 蛋白抗原位點(diǎn)Ⅱ的蛋白質(zhì)支架，使其呈現(xiàn)與RSV 晶體結(jié)構(gòu)中觀察到的幾乎相同的構(gòu)象，最終的結(jié)果未能在小鼠中誘導(dǎo)RSV 中和活性，但能在獼猴中誘導(dǎo)大量的中和抗體。雖然未取得理想的結(jié)果，但這些嘗試仍為以表位為中心的疫苗設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另一個應(yīng)用的實(shí)例是針對B 群腦膜炎球菌（meningococcus，MenB）疫苗的抗原設(shè)計(jì)。HOLLINGSHEAD 等［18］基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種嵌合抗原（Chimeric antigens，ChAs），用 H 因子結(jié)合蛋白（factor H binding protein，fHbp）作為蛋白質(zhì)支架，在支架上嵌合了來自整合膜蛋白PorA中的VR2 表位。PorA 具有較高的免疫原性，其上的VR2 是一個可在人和動物模型中誘導(dǎo)產(chǎn)生殺菌性抗體的表位［19-20］。最后將這種嵌合抗原免疫小鼠模型，在小鼠體內(nèi)成功誘導(dǎo)出了針對fHbp 和PorA 蛋白的抗體。

結(jié)構(gòu)域最小化［11］是將含多個結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)改造為僅攜帶中和抗原表位的單一結(jié)構(gòu)域的過程。如運(yùn)用該原理設(shè)計(jì)的通用流感疫苗，是將流感病毒表面HA 頭部下面較為保守的的莖部暴露出來，使體液免疫應(yīng)答能集中于此［21-22］。YASSINE 等［23］首先對流感病毒的HA 在3D 結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對HA 蛋白通過6 次連續(xù)改造，構(gòu)建出mini-HA 莖（mini-HA stem）抗原，使得莖部保守區(qū)占整個HA 表面面積的比例由最初的37%顯著提升為94%。在雪貂和小鼠模型上進(jìn)行免疫，均可檢測到針對流感病毒的廣譜中和抗體。

表面重構(gòu)［11］是將與能誘導(dǎo)保護(hù)性免疫應(yīng)答不相關(guān)的表位改變?yōu)榉莾?yōu)勢表位的過程。如在HIV疫苗開發(fā)遇到的一個問題：HIV 包膜上的許多表位誘導(dǎo)非中和抗體，這些非中和抗體會阻礙中和抗體發(fā)揮作用［24］。WU 等［25］使用 HIV-1 完整包膜結(jié)構(gòu)的信息開發(fā)了一種表面被重新設(shè)計(jì)的糖蛋白，這些糖蛋白誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答可特異性地針對初始CD4受體結(jié)合位點(diǎn)保守位點(diǎn)的抗原。NACHBAGAUER等［26］研究了一種嵌合的 HAs（cHA），將一種不在人體群中循環(huán)的流感病毒的 HA 頭部（H5、H8、H9）與流感流行株的HA 莖部（H1）進(jìn)行組合（圖2），可選擇性地增強(qiáng)誘導(dǎo)對莖部結(jié)構(gòu)的抗體。并在雪貂動物模型中成功誘導(dǎo)了廣泛的交叉反應(yīng)性抗體。此外還發(fā)現(xiàn)，用這種嵌合抗原初次免疫，再用裂解流感疫苗進(jìn)行加強(qiáng)免疫，獲得了比連續(xù)接種兩次裂解疫苗更優(yōu)異的針對H1N1 流感病毒的保護(hù)效果。

以表位為中心的設(shè)計(jì)策略中，表位移植、結(jié)構(gòu)域最小化和表面重構(gòu)3 種方法可根據(jù)不同病原體的抗原僅使用一種策略，也可聯(lián)合多個策略使用以提高抗原的免疫原性。

圖2 嵌合HA 抗原結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of chimeric HA antigen

1.2.2 穩(wěn)定抗原的天然構(gòu)象 病原體感染人體后，其中的某些蛋白質(zhì)可能會發(fā)生構(gòu)象的改變，而構(gòu)象穩(wěn)定技術(shù)可將這類表位固定為可誘導(dǎo)保護(hù)性抗體的狀態(tài)。如RSV 的F 蛋白，在感染過程中從亞穩(wěn)定性的融合前構(gòu)象重新排列成高度穩(wěn)定的融合后構(gòu)象（圖3［13］）。而融合前 F 蛋白表位被視作 RSV 疫苗及藥物研究的重要靶點(diǎn)，因?yàn)樵摫砦荒軌蛘T導(dǎo)人體產(chǎn)生針對RSV 的保護(hù)性中和抗體來預(yù)防RSV 感染［27-28］。ROSSEY 等［29］、GRAHAM 等［30］和 MCLELLAN 等［31］通過構(gòu)象穩(wěn)定技術(shù)將融合前F 蛋白固定。其大致步驟是將T4-噬菌體纖蛋白三聚化結(jié)構(gòu)域（“foldon”）添加至 RSV F 膜外結(jié)構(gòu)域［32］的 C-末端，并結(jié)合融合前特異性D25 抗體。并與其他方法同時運(yùn)用（包括引入半胱氨酸對、添加二硫鍵、空腔填充）來穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)。用該候選抗原免疫動物后，在動物體內(nèi)檢測到了較高的保護(hù)性抗體滴度［33］。

圖3 RSV 融合前（A）后（B）F 蛋白構(gòu)象示意圖Fig.3 Confirmation of F protein of RSV before（A）and after（B）fusion

1.2.3 構(gòu)建模擬病原體的B 細(xì)胞表位 一些病原體逃避宿主免疫的機(jī)制是序列多樣化，如HIV 的包膜蛋白、流感病毒的HA 蛋白。盡管這些位點(diǎn)在疫苗的設(shè)計(jì)中被非常重視，但由于其多樣性，很難研發(fā)出單一的疫苗來預(yù)防這種疾病。為此，可通過設(shè)計(jì)模擬病原體的B 細(xì)胞表位，并在該表位中引入某抗原的共有序列以誘導(dǎo)合成一種廣譜的中和抗體。以A 型流感病毒為例，目前上市的疫苗由于交叉保護(hù)水平低，必須每年根據(jù)預(yù)測當(dāng)年流行株進(jìn)行更新［34］。因此有個假設(shè)，在多個亞型的流感病毒HA 蛋白的基因序列中，發(fā)掘出一段相同或相似的序列片段，將這部分序列對應(yīng)的蛋白作為疫苗候選抗原，就能研究一種通用流感疫苗。LADDY 等［35］在 H5N1 病毒的研究中報道了一種獲取流感病毒表面HA 蛋白的共有序列的方法，并在小鼠、雪貂、非人類的靈長類動物3 種動物模型中得到了針對H5N1 流感亞型不同病毒株的中和抗體。之后，YAN 等［36］也報道了一種微共有序列（micro-consensus）應(yīng)用于疫苗領(lǐng)域的案例，他們通過對近25 年來流行的H1 流感亞型的HA 基因序列進(jìn)行分析鑒定，得出4 個主要的基因簇，并基于此設(shè)計(jì)出包含這4 個主要基因簇的微共有序列的DNA 疫苗。在小鼠、豚鼠和非人類的靈長類動物模型中的研究發(fā)現(xiàn)，該DNA 疫苗能誘導(dǎo)出對近10 年流行的H1 亞型流感病毒具有保護(hù)性的廣譜中和抗體。

1.2.4 多價納米顆粒 與單體抗原不同，多價納米顆?？煽焖俅┧笾翞V泡樹突狀細(xì)胞（follicle dendritic cell，F(xiàn)DC）網(wǎng)絡(luò)，然后觸發(fā)補(bǔ)體的甘露糖結(jié)合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）途徑和免疫原聚糖依賴性方式在生發(fā)中心集中誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。如針對HIV-1，TOKATLIAN 等［37］檢測了兩種 HIV 包膜抗原作為可溶性“單聚體”或蛋白質(zhì)納米顆粒在動物模型中的免疫效果，分別為gp120 的種系靶向工程外部結(jié)構(gòu)域（eOD-GT8，簡稱 eOD）和gp140 包膜三聚體（MD39）。與可溶性免疫原相比，納米顆粒形式的eOD 和MD39 免疫小鼠能誘導(dǎo)更高的IgG 滴度（高達(dá)90 倍）。應(yīng)用納米顆粒的其他候選疫苗抗原在動物模型中的研究結(jié)果也表明，與單體抗原相比，經(jīng)納米顆粒修飾的免疫原能更有效地激活低親和力的前體 B 細(xì)胞［38-40］，增強(qiáng)的濾泡輔助 T 細(xì)胞（follicular T-helper-cell，Tfh）誘導(dǎo)與生發(fā)中心（germinalcenter，GC）反應(yīng)，并增強(qiáng)中和抗體的誘導(dǎo)［41］。總之，使用納米顆粒作為骨架，并以此為基礎(chǔ)對抗原進(jìn)行裝載和修飾已被證明是一種抗原設(shè)計(jì)的可行手段。

1.3 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)的局限性 目前來看，結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)具有巨大的潛力，但也有一些局限性。首先，目前研究者尚未完全掌握由病毒誘導(dǎo)的機(jī)體免疫應(yīng)答過程中的結(jié)構(gòu)和免疫學(xué)知識，該技術(shù)可能會因此受到影響。如在DENV 包膜蛋白的DⅢ結(jié)構(gòu)域上有一個結(jié)構(gòu)保守、對溫度敏感、隱蔽的表位，但該表位在DENV 的包膜蛋白 E 抗原上很難被發(fā)現(xiàn)［42］。LI 等［42］用3E31 抗體阻止了E 抗原介導(dǎo)的膜融合，從而間接證明該抗體識別了DENV 表面E 抗原上尚未了解的中間構(gòu)象。

其次是X 射線晶體學(xué)只能分析抗原-抗體復(fù)合物的靜態(tài)結(jié)構(gòu)［43］。但當(dāng)抗原-抗體相互作用時，它們之間是相互適應(yīng)的動態(tài)過程。人們無法通過靜態(tài)結(jié)構(gòu)很好地推測其動態(tài)過程中的細(xì)節(jié)。因此，通過該技術(shù)觀察到的特定表位結(jié)構(gòu)不一定能對應(yīng)于所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)生抗體的表位，這些表位不一定是應(yīng)用在疫苗中的最佳表位。VAN 等［44］發(fā)現(xiàn)，病毒的三聚體Env 具有巨大的可塑性和結(jié)構(gòu)靈活性，因此很難確定Env 的哪些結(jié)構(gòu)域是最有可能誘導(dǎo)保護(hù)性抗體的最佳候選疫苗免疫原。

最后，結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)的應(yīng)用目前局限于重組蛋白疫苗、肽疫苗和病毒樣顆粒（virus-like particles，VLPs）疫苗的設(shè)計(jì)，這些疫苗平臺的免疫原性有待提升。因此，將結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)與其他技術(shù)結(jié)合運(yùn)用也是未來可以考慮的發(fā)展方向。目前的結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)非常重視B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫，但對T 細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫方面尚未深入研究，未來的發(fā)展可考慮對疫苗誘導(dǎo)的細(xì)胞免疫進(jìn)行研究。

2 疫苗組學(xué)在候選抗原發(fā)現(xiàn)和篩選中的應(yīng)用

目前已進(jìn)入一個大數(shù)據(jù)的時代，支持高通量技術(shù)的組學(xué)學(xué)科（如基因組學(xué)和后基因組學(xué)［45-46］，包括轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、細(xì)胞組學(xué)、免疫組學(xué)、信息組學(xué)等），能生成和處理大量的數(shù)據(jù)和信息。于是，疫苗組學(xué)的概念被提出，這為疫苗的候選抗原發(fā)現(xiàn)及篩選開辟了另一條途徑。

反向疫苗學(xué)（reverse vaccinology，RV）是其的一個代表，而且已被證明是非常有效的手段。MenB 疫苗的抗原設(shè)計(jì)就是運(yùn)用反向疫苗學(xué)策略對疫苗候選抗原進(jìn)行選擇。該策略首先通過對病原體進(jìn)行全基因測序，并對基因組所編碼的所有蛋白質(zhì)進(jìn)行克隆，再對每種蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定和篩選。由于該過程涉及動物免疫，待測抗原的數(shù)量越多，整個過程將會非常繁雜。如在MenB 的疫苗抗原篩選中，PIZZA 等［47］首先從MenB 基因組編碼的總計(jì)2 000 余種蛋白質(zhì)中篩選出570 種表面蛋白（因?yàn)樗麄冋J(rèn)為只有表面抗原才可能成為保護(hù)性抗原），再對這570 種蛋白質(zhì)逐個進(jìn)行篩選鑒定，最后確定出3 種蛋白作為疫苗候選抗原。盡管只對570 種蛋白進(jìn)行了篩選，但整個過程仍非常費(fèi)時費(fèi)力。

為了避免這些費(fèi)時的工作，需要新的生物信息學(xué)工具和方法來更好地整合來自組學(xué)實(shí)驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)，使得從單組學(xué)向多組學(xué)的轉(zhuǎn)變成為可能。如計(jì)算疫苗學(xué)［48］和免疫信息學(xué)［49］利用算法，可讓人們僅關(guān)注整個病原體中部分篩選過的抗原，縮減整個篩選中耗時和勞動密集的步驟，從而降低成本。

DOROSTI 等［50］運(yùn)用疫苗組學(xué)策略研究了一種肺炎鏈球菌亞單位疫苗，包含了一些保守毒力蛋白的混合物，打破了常規(guī)用莢膜多糖作為抗原的傳統(tǒng)疫苗。該研究分為3 步：首先，檢索了肺炎鏈球菌PspA、CbpA、PhtD 和 PiuA 的氨基酸序列，這些表位來源于不同數(shù)據(jù)庫的篩選（如IED8、PROPRED、RANKPED 和 MHCPRED）。PspA 和 PcbA 用作 CTL 表位刺激劑，PhtD 和PiuA 用作輔助表位，并使用PorB蛋白作為TLR2 激動劑來增加疫苗的免疫原性。然后通過適當(dāng)?shù)陌被釋⑤o助抗原、靶向抗原和TLR激動劑融合。并對其理化、結(jié)構(gòu)和免疫學(xué)特性進(jìn)行評估。最后，用 Jcat（http：／ ／ www.jcat.de）對輸出DNA 序列進(jìn)行優(yōu)化和反向翻譯，并在大腸埃希菌中克隆和表達(dá)。還可通過大數(shù)據(jù)信息對特定病原體的基因進(jìn)行分析，以預(yù)測其具有跨膜結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)、前導(dǎo)肽、膜錨定結(jié)構(gòu)域等。MASIGNANI 等［51］就是基于此在腦膜炎奈瑟球菌表面發(fā)現(xiàn)了一種新的脂蛋白GNA1870，其可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性的殺菌抗體。

為了進(jìn)一步縮減人力物力成本，使待測候選抗原的范圍再次縮小，ALTINDIS 等［52］提出一種“保護(hù)組學(xué)分析”的策略。他們不再關(guān)注蛋白質(zhì)定位，而是將其計(jì)算分析集中在蛋白質(zhì)的生物學(xué)作用和功能上。他們認(rèn)為，那些能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性抗體的蛋白質(zhì)抗原在結(jié)構(gòu)或功能上具有某種相同的特性。這種策略可大大減少實(shí)驗(yàn)中候選抗原的數(shù)量，大概僅為某種病原體全部蛋白數(shù)量的3%。不僅如此，由于該策略基于的是抗原的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行篩選，而并不局限抗原所在的位置，保護(hù)組學(xué)分析能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)研究方法關(guān)注不到的一些胞內(nèi)抗原。

3 展 望

傳統(tǒng)研究疫苗的方法是對病原體進(jìn)行滅活或減毒，后來免疫學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展有力地?cái)U(kuò)充了疫苗的研究策略。目前市獸疫苗均是基于這些策略研究的，有效控制了人類多種傳染病的傳播，具有十分重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)價值。但針對艾滋病、登革熱、瘧疾等對人類生命安全有重大威脅傳染病的病原體，目前尚未研發(fā)出有效的疫苗。此外，不斷有新的傳染病出現(xiàn)，對疫苗的研發(fā)也是一種挑戰(zhàn)，如之前發(fā)生在中國的SARS 以及最近在非洲暴發(fā)的埃博拉疫情，造成了大量生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，在肯定傳統(tǒng)疫苗作用的同時，新型疫苗的研發(fā)也迫在眉睫。

目前，結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)和疫苗組學(xué)等疫苗設(shè)計(jì)新策略的發(fā)展，對于傳統(tǒng)疫苗設(shè)計(jì)策略難以解決的問題已有了新的解決思路。針對的病原體也不局限于文中提到的，如最近針對瘧疾［53］、霍亂弧菌［54］、馬爾堡病毒［55］的疫苗設(shè)計(jì)均用到了上述提到的新的抗原設(shè)計(jì)策略。

由于目前疫苗開發(fā)的大都是由抗體以及其靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)所驅(qū)動的，但不同病原體使用不同的策略來逃避保護(hù)性的免疫應(yīng)答，因此，疫苗設(shè)計(jì)策略必須根據(jù)對每種疾病中保護(hù)性抗體如何發(fā)揮其功能，以及特定抗原如何誘導(dǎo)免疫進(jìn)行調(diào)整［56］。并可能需要結(jié)合多種策略來設(shè)計(jì)針對某一種病原體的疫苗，而不是單獨(dú)的依賴某一項(xiàng)技術(shù)或策略。另外，在應(yīng)用新技術(shù)對下一代疫苗進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時，不僅要考慮其抗原的設(shè)計(jì)，還要考慮抗原的投遞途徑［57-58］，疫苗在運(yùn)輸中抗原的穩(wěn)定性［13］等問題，在研發(fā)出更穩(wěn)定、高效的新一代疫苗的同時，能夠讓更多的人接種到疫苗。