9生物技术与人类健康学习目的认识医学领域是现代生物技术应用最广泛、成 绩最显著、发展最迅速的领域。了解生物技术对疫 苗生产、疾病诊断、生物制药等领域的影响；了解 生物技术对人类健康、延长人类寿命、提高生活质 量所具有的不可估量的作用。n医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、 成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一 个领域。n生产常规方法不能生产的药品或制剂。n生产灵敏度高、反应专一、实用性强的临床 诊断新试剂。n提供安全性能好、免疫能力强的新一代疫苗 。生物技术与人类健康9 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康引言n广义的疫苗是指将病原微生物（如细菌、 立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经 过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法 制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。 其中，由细菌制成的称为菌苗；由病毒、 立克次体、螺旋体等制成的称为疫苗。9.1 9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗 9.1.1 9.1.1 疫苗概说疫苗概说生物技术与人类健康9 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康n公元10世纪，在宋朝的真宗时代，我国 就有了接种人痘预防天花的记载。n1796年英国医生Jenner发现用牛痘代替 人痘接种同样可预防天花。n特点：直接用未减毒的病原体作为疫苗。生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说疫苗的发展历史疫苗的发展历史早期疫苗第一代疫苗19世纪中叶，法国科学家Parsteur首先 发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒 或弱化制成疫苗，称之为第一代疫苗。特点：以减毒、弱化或灭活的病原体 做疫苗。生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说第二代疫苗 (基因工程疫苗 )将病原体的抗原（某种蛋白质）基因 克隆在细菌或真核细胞内，利用其生产的 病原体抗原作为疫苗。特点：利用病原体的某些抗原成分作为疫苗。 生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说第三代疫苗 (核酸疫苗 )将含有编码病原体抗原基因序列的质 粒载体直接作为疫苗，经肌肉注射或微弹 轰击等方法导入体内，通过宿主细胞表达 系统表达抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗 原蛋白的免疫应答。 特点：用含有病原体抗原基因序列的 质粒载体直接作为疫苗。 生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说AbAg静止B 细胞辅佐细胞 ( 巨噬细胞）静止T 细胞病原微生物激活记忆B 细胞浆细胞活化的T细胞激活9.1.2 9.1.2 免疫系统及疫苗的作用机理免疫系统及疫苗的作用机理生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗n艾滋病 ：人类和灵长类动物免疫缺陷 型严重疾 病。1999年，全世界已有 3400万人感染了艾滋病病毒，其中 1600万人死于艾滋病。每天估计有1.6 万人受到感染。 n乙型肝炎：乙型肝炎患者及健康带毒 者在我国大约有1.3亿人，每10个人就 有一个。n流感病毒：人类的常见病和多发病。生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗9.1.3 9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗 19811981年年EdmanEdman等克等克 隆了该抗原基因并大隆了该抗原基因并大 量表达。量表达。 美国、日本采用酵母 表达系统生产表面抗 原而制成 疫苗。 以色列等国采用仓鼠 细胞生产疫苗。 我国可采用以上两种 表达系统生产疫苗。9.1.3.1 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗乙型肝炎病毒（HBsAg）生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗n国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市 。n我国使用的减毒疫苗也取得了很好的效果。国内基因工程空壳甲肝病毒及痘苗活病毒疫苗也显示了很好的免疫原性。 生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗甲型肝炎病毒n戊型肝炎是乙肝和甲肝之外的又一种重要的病 毒性肝炎。在临床症状上与甲肝相似, 患者有明 显的乏力、食欲减退、恶心、呕吐，部分患者 可出现黄疸。 n接种疫苗是预防戊肝的最好办法。不过，迄今 为止世界上仍未有疫苗获批上市。厦门大学国 家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心科 研人员经过艰苦的联合攻关，首次成功地利用 大肠杆菌表达系统获得了戊型肝炎类病毒颗粒 ，目前正准备进入III期临床试验。如果获得成 功，该疫苗将成为继乙肝疫苗之后,世界上第二 个基因工程病毒疫苗。 生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗戊型肝炎病毒n丙型肝炎是由丙肝病毒（HCV）所引起，是通 过输血或血制品、破损的皮肤和黏膜、静脉注 射毒品、性传播、母婴传播等传染引起的。丙 型肝炎病毒感染后，大部分患者转为慢性肝炎 ，其中部分患者可发展为肝硬化甚至肝癌。对 感染者的危害远大于乙肝病毒感染。n由于丙型肝炎病毒目前尚未能培养成功。而且 丙肝病毒还存在着高突变率，尤其是包膜区的 多变性，目前已知至少存在6种不同基因型的病 毒，各型之间的异源性高达25%30%，给丙 肝疫苗的研究带来了重重困难。这也是为什么 至今仍未见有丙肝疫苗上市的原因之一。生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗丙型肝炎病毒生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗HIV模式图n艾滋病疫苗的研究主要是通过克隆病 毒外膜蛋白和gp160及gp120基因后在 不同的表达系统中表达，以获得基因 工程疫苗 。目前该疫苗大多处于临床 试验阶段,尚未大规模使用。 生物技术与人类健康9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗电子显微镜 下的HIV小儿麻痹症疫苗小儿麻痹症是由脊髓灰质炎病毒引起 的中枢神经系统疾病。通过基因工程方法 改变脊髓灰质炎病毒的基因结构，获得弱 化了的脊髓灰质炎病毒，用它研制成了小 儿麻痹口服疫苗。通过基因工程方法制得 脊髓灰质炎病毒衣壳蛋白VP1、VP2和VP3 作为注射疫苗。生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗9.1.3.3 9.1.3.3 其他病毒性疾病疫苗其他病毒性疾病疫苗流感疫苗流感病毒极易发生变 异, 能逃避抗体的作用。 所以长期未有有效的疫 苗面市。1993年Ulmer首 先将流感病毒高度保守 的NP基因插入质粒中制 成核酸疫苗免疫小鼠， 并取得了令人满意的效 果。生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗流感病毒狂犬病疫苗狂犬病疫苗是继天花之后，人类最早 应用的第二个疫苗。狂犬病疫苗经历了脑 组织细胞培养、基因工程、合成肽及抗独 特型抗体疫苗等几个发展阶 段。最近又发展了动物实验效 果较好且更为安全的金丝雀痘 病毒活疫苗。生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗狂犬病毒疱疹病毒疫苗 EB（Epstein-Barr）病毒是5种疱疹病 毒之一。在非洲，这种病毒主要侵染B淋巴 细胞引起波克梯氏淋巴瘤，在地中海地区 及包括我国在内的亚洲地区则主要浸染口 、咽上皮细胞引起鼻咽癌。现在已成功地 构建EB病毒膜抗原的重组痘苗病毒，以及 中国仓鼠表达系统，并完成了成人、儿童 和幼儿的免疫观察。 生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗n将多种病原体的相关抗原融合在一起 ，产生一种带有多种病原体抗原的融 合蛋白。将多种病原体相关抗原克隆 在同一个载体（多价表达载体）上。n美国于1986年10月首先研制了一种含 有疱疹病毒、肝炎病毒和流感病毒的 疫苗。生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗9.1.3.4 9.1.3.4 基因工程多价疫苗基因工程多价疫苗n霍乱疫苗接种已有 100多年的历史，传 统疫苗是采用肌肉注 射的灭活或减毒霍乱 弧菌菌体苗。效果不 佳，副作用大，已被 WHO宣布不再推荐此 疫苗的应用。9.1.4.1 9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗9.1.4 细菌性疾病的疫苗n根据霍乱弧菌的致病机理，科学家们 利用基因工程技术研制了重组B亚单位 疫苗，是已被WHO推荐应用的疫苗。n我国军事医学科学院生物工程研究所 经过十多年的研究研制出了国家一类 新药rBS-WC口服霍乱疫苗，并已上市 。生物技术与人类健康9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗 n1976年起利用犰狳研制麻风疫苗。n美国Young和Whitehead生物医学研究所和麻省 理工学院生物学系等单位合作，将麻风杆菌的 DNA片段重组到大肠杆菌的-半乳糖苷酶基因上 ，将这种融合基因再重组到gt11载体中，由此 获得了-半乳糖苷酶和麻风杆菌基因编码的蛋 白质的融合蛋白。Bloom等人则将麻风杆菌的基 因克隆到活的卡介苗中制备成多价疫苗。 生物技术与人类健康9.1.4 细菌性疾病疫苗细菌性疾病疫苗 9.1.4.2 9.1.4.2 麻风杆菌疫苗麻风杆菌疫苗n幽门螺杆菌的灭活全细胞 或经超声波破碎后的无细 胞提取物均具有一定的免 疫原性。n1995年Lee等人报道用HP 的尿素酶及大肠杆菌不耐 热肠毒素为佐剂免疫小鼠 ，可产生保护性抗体。9.1.4.4 9.1.4.4 幽门螺杆菌疫苗幽门螺杆菌疫苗生物技术与人类健康9.1.4 细菌性疾病疫苗细菌性疾病疫苗 目前疟原虫的基 因工程疫苗有抗子孢 子疫苗，如CSP蛋白 质；抗裂殖子疫苗； 抗配子母细胞疫苗等 。 生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗9.1.5 9.1.5 寄生虫病疫苗寄生虫病疫苗9.1.5.1 9.1.5.1 疟原虫疫苗疟原虫疫苗9.1.5.2 血吸虫疫苗血吸虫基因工程疫苗主要有两 大类：一类是虫体蛋白质，如28 kDa蛋白和25kDa蛋白的基因工程疫 苗就具有良好的抗原性；另一类是 酶性抗原，如谷胱甘肽S-巯基转移 酶（GST）、3-磷酸甘油醛脱氢酶 （GAPDH）、超氧化物歧化酶（ SOD）、磷酸葡萄糖同分异构酶（ TPI）等候选抗原。 生物技术与人类健康9.1.5 寄生虫病疫苗nDNA疫苗是利用克隆于载体上的抗原基因直接 注射机体（包括皮下、皮内或肌肉等）、口服 、鼻内滴注、鼻腔喷雾及阴道接种等方式，被 细胞摄取并在细胞内表达相应的抗原，通过不 同途径诱导机体的特异免疫应答。nDNA疫苗的最大优点易于制备、便于保存、基 因在细胞的持续表达可达到持续免疫的效果并 且易于制成多联多价疫苗。n缺点是DNA是否会整合到染色体上而引起严重 的后果，是否会引起免疫病理作用，如诱发自 身抗核抗体，是否会产生免疫耐受等问题仍有 待研究与观察。生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗9.1.6 DNA9.1.6 DNA疫苗疫苗9.1.7.1 精子避孕疫苗 主要有乳酸脱氢酶C- 4、SP-10、顶体蛋白 、FA-1、AH-20和PH -20等几种。同时，利 用基因工程技术已成 功地克隆了多个蛋白 质基因。头尾线粒体顶体 （顶体蛋白） 鞭毛核生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗9.1.7 9.1.7 避孕疫苗避孕疫苗9.1.7.2 激素类避孕疫苗 精子和卵子的产生过程、受精过程以及 妊娠过程需要多种激素的参与。人们设想以 这些激素作为抗原, 免疫男性或女性以产生相 应的中和抗体，降低机体内相应的激素水平 使得精子或卵子不能产生或不能受精或不能 怀孕，同样可以达到避孕的目的。目前进入 临床试验的已有人绒毛膜促性腺激素（HCG ）、促性腺激素释放激素（GnRH）和绵羊促 卵泡激素（oFSH）等。生物技术与人类健康9.1.7 避孕疫苗n所谓治疗性疫苗是指有别于传统的对传染病有预 防作用的疫苗，而是指具有积极治疗意义的一类 新型疫苗。n预防性疫苗主要针对健康的人群，目的是预防， 所以其普遍性、安全性和有效性是非常重要的， 因此靶抗原主要以病原体或其自身的组成成分为 主；而治疗性疫苗则是针对少数感染或患病个体 ，目的是治疗，因此它注重的是个体的病理学特 殊性，针对性较强，靶位的选择趋于特殊性。9.1.8 9.1.8 治疗性疫苗治疗性疫苗生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗n非特异性疫苗是指具有增强肌体免疫系统 的活性的疫苗。如病毒性疾病（如丙型肝 炎、乙型肝炎、艾滋病等）的治疗性疫苗 以及肿瘤疫苗。n特异性疫苗则是指用于治疗某一特定疾病 的疫苗。如自身免疫性疾病疫苗，如多角