第二篇 疫苗.ppt.ppt
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1、第二篇 疫苗,第七章 疫苗概论,疫苗是一种特殊的药物,是一类由免疫学的经验、理论和生物技术共同发展的产品,他与一般药物具有明显的不同:一般药物主要用于患病人群,疫苗主要用于健康人群;一般药物因疾病不同而用于不同年龄段的患者,疫苗注要用于婴幼儿和儿童;一般药物主要用于治疗疾病或减轻患者的症状,疫苗主要用于通过免疫机制预防疾病发生,人类可以通过一般药物减轻痛病,但只有通过疫苗才能彻底控制和消灭一种疾病,如已被人类消灭的天花。,第一节 疫苗的历史、发展的前景,一、微生物学的黄金时代和第一次疫苗革命微生物学的黄金时代始于19世纪中叶,并一直延续到20世纪初。1673年荷兰人制造出可放大400倍的第一架
2、原始显微镜,为微生物学黄金时代的到来奠定了基础,从此人们借助于显微镜认识到了无处不在的各种微生物。19世纪中叶,法国人Pasteurize经过研究发现,有机物质的发酵和腐败是有空气中微生物的污染造成的,传染病的流行是由病原微生物的传播引起的,如此揭开了微生物学黄金时代的序幕。1876年,德国人Robert Koch 首先发明了细菌分离培养法,从此陆续发现了各种致病细菌。1889年,并由此展开了微生物学黄金时代。,1877年Pasteur首先获得了减毒的霍乱杆菌。观察引起鸡霍乱的细菌在培养基上培养两个星期以后便失去了致病的毒力,将这种陈旧的培养物给鸡接种后不能使鸡感染得病,更重要的是,如果自用新
3、鲜的强毒菌来攻击这些鸡,它们都没有得病。Pasteur的结论是:细菌的陈旧培养物发生了一些变化而减低了它的毒力,但却保留了免疫原性。Pasteur应用他的理论使引起牛、羊和人类炭疽杆菌减毒。他发现将炭疽杆菌在4243培养两周以后,细菌失去了毒力而且不产生芽孢。在这些早期的实验中,Pasteur建立了免疫预防的原则。他在接种程序中首先使用减毒十分彻底的细菌以保证安全性,所后再用低毒细菌加强免疫来增加免疫原性。,1881年5月5日在法国进行了具有历史意义的公开实验。24头绵羊、一头山羊和六头牛首次接种了彻底脱毒的炭疽疫苗。在5月17日用未完全减毒的细菌进行加强免疫。5月31日对免疫动物和数目同样的
4、对照动物用强毒炭疽杆菌攻击,结果未接种疫苗的对照动物中,绵羊和山羊全部死亡,四头牛病情严重,而在免疫动物中只有一头绵羊死亡。实验的成功使得炭疽疫苗在短时间内在法国被广泛使用,pasteur 也因此被称为疫苗之父。,Pasteur及其助手在获得炭疽疫苗以后,将注意力转到预防狂犬病的研究中,提取患狂犬病动物的神经组织注射到兔子的脑膜下,待兔子死亡以后,将它的脊髓取出再给另一只兔子注射,是狂犬病毒在兔子中一代一代传下去;然而他们发现,如果将脊髓干燥15d后再给兔子注射就失去了传染性。将干燥的兔子脊髓溶解在盐水中,给动物每天注射一次,连续注射14d,即获得免疫保护力。以Pasteur的出色成就为代表,
5、从19世纪末至20世纪初在世界上掀起了第一次疫苗革命。从此人工减毒活疫苗的研究不断发展,迄今不衰。,但是在研制减毒活疫苗的过程中人们发现,有些微生物的毒力不易减弱,或毒力减弱后就失去了免疫原性,或减弱后有毒性恢复的危险。1886年Salmon Smith 发现加热杀死的强毒猪霍乱杆菌仍具有很好的免疫原性,随后鼠疫、霍乱、伤寒、百日咳等死菌疫苗相继问世。到19世纪末,新的病原菌一经分离,不久相应的死疫苗就能很快被研制出来并用于临床预防感染。,有的细菌如白喉和破伤风等的致病因子不在菌体本身,而在于细菌所产生的毒素。毒素虽然是很好的抗原,但因其毒性太强,不能注射人体。1923年法国人Ramon发现用
6、甲醛解毒的方法,把白喉和破伤风等毒素变成无毒而有免疫原性的类毒素。19841950年Enders等用人胚胎非神经组织培养脊髓灰质炎获得成功,随后细胞培养技术得到飞速发展,病毒学突飞猛进,培养出多种病毒,病毒性疫苗也不断诞生。以Pasteur于19世纪末研制出鸡霍乱疫苗、炭疽疫苗和狂犬疫苗为标志的第一次疫苗革命,拯救了无数生命,大量的烈性传染得到了控制,使人类的平均寿命延长了数十年。这是科学家们对人类的伟大贡献,是疫苗立下的丰功伟绩。,二、以重组DNA技术为代表的第二次疫苗革命以Pasteur的工作为代表的第一次疫苗革命基本上是在细胞水平上研究和开发的。从20世纪70年代中期开始,分子生物学技术
7、迅速发展,使得从事疫苗研究的科学家得以在分子水平上对微生物的基因进行克隆和表达。与此同时,化学、生物化学、遗传学和免疫学的发展在很大程度上为新疫苗的研制和旧疫苗的改进提供了新思路、新技术和新方法。1986年用基因工程制备的乙肝表面抗原获得成功并正式作为肝炎疫苗用于临床。于此前后,肺炎、脑膜炎和流感嗜血杆菌的多糖和多糖蛋白偶联疫苗,以及无细胞百日咳和回归热的纯化蛋白质组分疫苗等也纷纷通过临床试验,形成了第二次疫苗革命。,1.重组DNA分子技术重组DAN技术的应用为疫苗的研究开辟了一个广阔的天地。基因的克隆和表达使得几乎所有微生物的抗原都有可能用重组DNA的方法来获得,并且解决了以往用传统方法制备
8、抗原和研究病原微生物的两大困难:用传统方法很难获得大量高纯度的抗原供研究和生产。而用重组DNA技术可以提供无穷无尽的试验材料,而且可以对大量的候选疫苗进行反复的筛选;DNA技术使得对病原微生物的研究更加安全。因为研究的对象是基因和它们的蛋白质产物,而不是能引起传染病的致病微生物。,乙肝表面抗原的重组DNA疫苗是最具典型意义的第二次疫苗革命的产物。最初的乙肝疫苗是从乙肝表面抗原阳性的携带者的血浆中提取的,这对接接种乙肝疫苗的健康人群来讲,其危险性是显而易见的。为安全起见,严格的病毒灭活程序使得乙肝血源苗的生产周期长达65周。将乙肝表面抗原的基因克隆到酵母菌或真核细胞中去,其表达的抗原分子具有和血
9、源疫苗一样的结构和免疫原性。用重组DNA技术制备乙肝疫苗,生产简单、快速、成本低。乙肝基因工程疫苗不仅安全、效果好,而且抗原源源不断地供应临床,不必像乙肝血源疫苗那样担心阳性血浆的来源和供应问题。,2.化学和蛋白质化学技术由于绝大部分疫苗的保护性抗原是蛋白质,因而蛋白质化学技术的发展对疫苗的研制有很大的影响。用等电聚焦的方法抗原分离蛋白质,现在已经抗原将等电点仅相差0.01的两种蛋白质加以区分。高效液相色谱已能将含量极低的蛋白质成分和其他特性相似的蛋白质分离开来。多肽测序技术的敏感性提高了50100倍,用量已从pmol(10-12)降到fmol(10-15)。某些细菌的毒力与细菌表面的荚膜多糖
10、和脂多糖有关,如肺炎球菌、脑膜炎球菌和流感嗜血杆菌等。使用先进的化学技术可以将这些细菌的多糖提纯出来做成既安全又有效的疫苗。,3.单克隆抗体20世纪70年代发明的单克隆抗体技术对于抗原 的鉴定和分离产生了极大的促进效应。在此之前,疫苗研究者们对微生物抗原成分进行鉴定和分离的难度极大。采用单克隆抗体技术,不仅发现了大量新的和有意义的抗原,而且对它们的分离和提纯也变得切实可行。单克隆抗体技术可以用来对任何抗原和气表位变异进行探测。重组DNA技术只适用于蛋白质抗原,而单克隆抗体对蛋白质和糖构成的表位有同样的反应。利用抗独特型的免疫学方法来研制疫苗,是目前新型疫苗的一个研究方向。主要用来研制非蛋白质疫
11、苗。,三、疫苗对消灭和控制传染病的不朽功绩1.世界卫生组织的扩大计划免疫措施到20世纪50年代中期,已有不少儿童传染病因用相应的疫苗而得到预防和控制。70年代,每年仍有数百万的儿童死于百日咳和麻疹。主要是疫苗接种率太低,全世界只有不到5%的儿童接种过疫苗。当时由于广泛和长期接种牛痘疫苗,到了1973年底,天花的新发病患者只局限于亚洲和非洲的5个国家之中。普遍接种疫苗使天花接近被消灭的成功举措告诉人们,加强免疫措施完全可以控制甚至消灭一些能被疫苗预防的传染病。世界卫生组织于1974年 在全球发起了名为EPT的扩大计划免疫运动。最初EPT计划包括的疫苗有给婴儿接种的卡介苗(BCG)、百白破(DPT
12、)、麻疹和口服脊髓灰质炎疫苗,还有给孕妇接种的破伤风类毒素以预防新生儿破伤风感染。后来因为非洲黄热病的回升,于1989年在非洲33 个国家增加了黄热病疫苗。1992年,在EPI计划中又增加了乙型肝炎疫苗。,EPI的信息系统于1977年正式成立,对全球性的扩大计划免疫工作进行常规监控和数据分析处理。系统可对发展中国家的免疫接种覆盖率做出估计,并每向WHO报告。EPI计划执行过程的情况通过WHO的疫情周报和EPI进展等刊物反馈给各层次的工作人员,以帮助扩大计划免疫工作的顺利开展。经过20多年的不懈努力,到20世纪末全球婴儿免疫接种的覆盖率已达到80%以上,并基本消灭了新生儿破伤风和小儿麻痹症。,2
13、.疫苗对控制传染病及降低其死亡数的巨大作用人类使用疫苗以预防和控制传染病已有两百多年的历史,期间经历了两次疫苗革命,使大多数烈性传染病得到了控制,并消灭了天花。到20世纪末,科学家们已研制和开发出30多种安全有效的疫苗。每一种疫苗的诞生都是人类战胜一种传染病的伟大胜利。至今没有任何一种其他的治疗措施能像疫苗一样对人类的健康产生如此重要、持久和深远的影响,也没有任何一种其他的治疗药品能像疫苗一样以及其低廉的代价把某一种疾病从地球上消灭。美国微生物学会为说明疫苗控制传染病的重要作用,对疫苗使用前后的相应疾病的致死数进行了统计和比较。结果表明,绝大多数的疫苗在长期和广泛使用之后,可使有传染病造成的死
14、亡数降低90%以上(表7-1)。,四、21世纪疫苗研制工作面临的新挑战1.传染病仍然是导致死亡的主要病因卫生健康条件的提高、居住环境的改善、特异药物和有效疫苗的使用,在极大程度上降低了传染病导致的死亡率,并控制了传染病的发生和传播。然而传染病仍然是当今世界上导致死亡的主要原因。有不少传染病至今无疫苗可用,如下呼吸道感染、腹泻和疟疾等传染病。由这些传染病引起的死亡数每年高达1100多万。在EPI所涵盖的疫苗中,脊髓灰质炎疫苗、百白破、麻疹疫苗的免疫保护效果比较好。乙肝疫苗效果不理想,可能是由疫苗价格高接种率偏低造成的。但是卡介苗对肺结核的免疫保护率极低则是因为其本生效果不好,迫切需要研制新疫苗取
15、而代之。因此,开发研制新疫苗和改进现有疫苗的质量都非常重要。,2.新的传染病不断被发现自20世纪70年代以来传染病新病原已有近40种,1973年发现轮状病毒是造成婴儿腹泻的主要病原,减毒轮状病毒活疫苗已于1998年经美国FDA批准上市。1977年依波拉病毒和肺炎军团菌相继被发现。1981年发现了引起中毒性休克综合征的黄色葡萄球菌和艾滋病毒。1982年发现了引起出血性结肠炎和溶血性尿毒综合征的O157:H7大肠杆菌。同年从硬蜱中分离出伯氏疏螺旋体,并证实为引起少年红斑性关节炎,即莱姆病的病原。1983年发现幽门螺杆菌是胃溃疡的病因。1988年分离到引起非甲非乙肝炎的C型肝炎病毒。2003年发现一
16、种新的冠状病毒SARS病毒。在新发现的传染病病原中,以艾滋病病毒引起的疫情最为严重。,3.某些已基本控制的传染病重新回潮在新回潮的传染病中以结核病的回升疫情最为严重。全球约有1/3的人感染过结核菌,每年有新发病患者1000多万,死亡数达到300多万,这是目前世界上由单一病原引起的最高死亡人数。造成结核病回升的原因是多方面的,但是最主要的是疫苗本身的问题。几十年来,卡介苗在世界各地现场试验的结果相差很大,好的可达80%的保护率,差的抗原是0%。由于卡介苗对肺结核的免疫保护效果很差,因而20世纪80年代以前对结核病的控制主要是靠生活营养条件的改善和特异抗生素的使用。美国等发达国家的婴儿从不接种卡介
17、苗,不仅因为其免疫保护力不高,而且接种卡介苗会干扰用皮试来诊断结核病的可靠性。,从20世纪80年代初开始,艾滋病在西方发达国家迅速蔓延。由于病毒感染造成的免疫缺陷,使艾滋病患者很容易感染结核杆菌,而且病情严重,死亡率极高。另一方面,由于结核病的治疗比较特殊,不仅需要同时使用几种抗痨药物,而且疗程长达半年以上,容易造成治疗半途而废,结果出现结核杆菌抗药性的严重问题。分析世界各地临床分离到的结核菌的抗药性,大约有1/3的结核菌对一种或一种以上的抗痨药物只是权宜之计,因为结核杆菌仍会产生新的抗药性。所以结核新疫苗的研制和开发已成为当前全世界疫苗研究的重点。,4.多种肿瘤的发生与传染病的感染有关某些慢
18、性传染病的感染和肿瘤的发生有密切关系。在发达国家,大约有36.3万例肿瘤的发生与传染病有关;在发展中国家,则有高达1200万例肿瘤的发生是由传染病的慢性感染引起的。全世界每年癌症患者,约有52.7万肝癌患者,其中60%是由乙肝病毒感染引起的,还有22%是由丙肝病毒感染造成的。每年55万的胃癌病例与感染引发胃溃疡的幽门螺杆菌有密切关系。在52.9万的子宫颈癌患者中有83%的癌变与16型和18型人多瘤病毒感染有关。,对艾滋病为首的一些新发现的传染病至今缺乏特异的治疗药物和有效的疫苗;对于新回潮的结核病和疟疾等,存在疫苗和药性的双重问题;对于每年造成将近1000万人死亡的下呼吸道感染和腹泻性传染病还
19、没有相应的疫苗。是21世纪疫苗研究面临的严峻挑战。,五、疫苗的发展前景1.引发第三次疫苗革命的DNA疫苗DNA疫苗又称基因疫苗或者核酸疫苗,这种核酸既是载体又能在真核细胞中表达抗原,刺激机体产生特异而有效的免疫反应,尤其能诱导产生具细胞毒杀伤性功能的T淋巴细胞,可有效地预防有病毒、细胞内寄生的细菌和寄生虫所引起的传染病。,在动物研究中,成绩最突出的主要有两个:一是流感病毒的DNA疫苗,该疫苗能够在小鼠体内表达流感病毒序列保守的核蛋白,获得对不同毒株攻击的交叉免疫保护,从而有希望扭转流感疫苗长期以来面临的因为流行株表面抗原发生变异而使疫苗无效的被动局面。二是乙型肝炎DNA疫苗可消除转基因动物体内
20、的乙型肝炎表面抗原,从而为核酸疫苗作为一种治疗手段打开了前景美妙的大门。,2.治疗性疫苗已有用治疗性疫苗治疗麻风、利什曼、布氏杆菌病、慢性支气管炎、疱疹病毒感染、艾滋病、慢性乙型肝炎等疾病的临床试验报告。艾滋病、慢性乙型肝炎疫苗是重点。肿瘤疫苗是治疗性疫苗研究的一大热点。研究主要集中于:对肿瘤疫苗原的研究,包括寻找肿瘤的特异抗原、混合不同肿瘤疫苗细胞以制备免疫原以及应用基因工程方法制备肿瘤免疫原等;应用细胞因子激活机体免疫系统对肿瘤进行免疫治疗。,3.转基因植物疫苗是采用重组DNA技术,将病原体内提取的抗原基因与适当的能促使该基因活动启动子一同植入某些植物的基因组,使重组的外源蛋白在植物的可食
21、部分稳定的表达和积累,从而获得转基因蔬菜或水果。以此制成口服疫苗,使人类和动物的免疫接种可通过摄食这类已经经过基因工程改造的植物而实现。,第二节 疫苗的成分、性质和种类,一、疫苗的概念定义:一切通过注射或粘膜途径接种,可诱导机体产生针对特定致病原的特异性液体免疫或细胞免疫,而使机体获得保护或消灭该致病原能力的生物制品。二、疫苗的基本成分基本成分:抗原、佐剂、抗腐剂、稳定剂、灭火剂及其他成分。作用:从不同角度确保疫苗能够有效刺激机体,产生针对病原微生物的特异性免疫反应、确保在疫苗制备、保存过程中稳定存在。,1.抗原定义:能刺激免疫系统发生免疫答应,诱导机体产生可与其发生特异反应的抗体或效应细胞的
22、物质。是疫苗最主要的活性成分,决定疫苗特异免疫原性。抗原基本特性:免疫原性、反应原性。免疫原性:抗原进入机体后引起的免疫细胞间的一系列免疫反应,包括抗原加工、处理、呈递及被T和B 细胞的抗原受体识别等。反应原性:抗原与抗体或效应T细胞发生特异反应的特性。疫苗成功与否:决定于疫苗本身的反应原性和免疫原性。,1)构成抗原的基本条件(1)异物性:机体自身组织不能刺激机体发生免疫反应,故抗原必须为外来物质。物质来源亲缘性越远,其化学结构差别就越大,抗原性就越强:反之就越弱。如器官移植中异种移植无法存活,同种存活一定时间,自身移植可长期存活。(2)一定的理化特性:包括相对分子量、化学结构。相对分子量越大
23、,免疫性能越强。可能是由于高分子物质在体内停留时间较长,与免疫细胞接触的机会多,利于刺激机体产生免疫答应。直链结构的物质一般缺乏免疫原性。多支链或带状结构的物质容易成为免疫原;球形分子比线性分子的免疫原性强;多种氨基酸的随机线性共聚物可具有免疫原性,且器免疫原性随共聚物中氨基酸种类的增加而增加,加入芳香氨基酸的效果更明显。一般刚性结构分子比柔性结构的分子易产生免疫原性。(3)特异性:抗原进入机体后能特异的引起相应抗体或致淋巴细胞发生反应。,2)可用作抗原的物质可用作抗原的生物活性物质:灭活病毒或灭活细菌、活病毒或活性菌通过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、细胞
24、多糖、合成多肽以及近年发展DNA疫苗所用的核酸等。抗原作用:有效激发机体的免疫反应,产生保护性抗体或致敏淋巴细胞,产生预防作用。2.佐剂:增强抗原特异性免疫答应、无毒、安全、在非冷藏条件下保持稳定。增强表现:增强抗体的体液免疫答应或细胞免疫答应或二者兼有。3.防腐剂:保存不受污染,疫苗制备需添加适量防腐剂。注意:选择防腐剂种类时,应注意防腐剂对疫苗效果是否可能产生负面影响。,4.稳定剂有效抗原表位是疫苗的作用基础,某些抗原表位对环境中的温度、光等因素非常敏感,极易发生变性而导致疫苗的免疫原性降低。作用:保证作为抗原的免疫病毒或其他微生物存活并保持免疫原性。5.灭活剂及其他相关成分用途:用于疫苗
25、生产过程中对活体微生物的杀灭。活体细胞或病毒的灭活可采用加热、紫外线等物理法,但物理法一般对抗原的免疫原性造成较大影响。因此常采用化学方法灭活。化学灭活剂:丙酮、酚、甲醛、去氧胆酸钠等。这些物质对人体有一定毒害作用,灭活后必须及时从疫苗中除去,经严格检定后方可使用。在制备疫苗时还需使用缓冲液、盐类等非活性成分。缓冲液的种类、盐类的含量都影响疫苗的效力纯度和安全性,有严格的质量标准。,三、疫苗的基本性质1.免疫原性:指疫苗接种进入机体后引起机体产生免疫答应的强度和持续时间。影响免疫原性强弱因素:抗原的强弱、大小和稳定性。抗原的理化性质。2.安全性:接种后的全身或局部反应;接种引起免疫答应的安全程
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