厦门大学李少伟教授全面解读：疫苗技术的研究进展

摘要：疫苗是预防和控制传染病最经济、有效的手段，疫苗接种是通过诱导机体产生保护性免疫应答来预防和控制人类和动物疾病的常规方法。面对当今重大、复杂、突发、高变病原体，传统疫苗学方法难以满足需求，新型疫苗技术是应对未来全球健康挑战的有利武器。未来疫苗技术要着眼于更合理、更精准和更高效，保证安全性的同时，最大程度提高疫苗效力。此文梳理了目前疫苗技术的研究进展，并指出了未来的发展趋势，有利于提升对未知病原体的探索和主动防御的共识，促进创新性疫苗技术体系的发展。

正文

疫苗是预防和控制传染病最经济、有效的手段，疫苗接种是通过诱导机体产生保护性免疫应答来预防和控制人类和动物疾病的常规方法。从传统疫苗到现代疫苗，疫苗理论和技术不断取得突破，疫苗技术已经从以巴斯德原则的病原体“分离、灭活和注射”发展到基于基因工程、免疫学、结构生物学、反向疫苗学和系统生物学融合的现代疫苗技术，正在向着癌症、自身免疫病和其他慢性疾病等领域拓展。全世界人口的密度、年龄分布和出行习惯以及不断变化的气候有利于新旧病原体的交替出现，且新发病原体具有成为大流行的风险，其复杂度也给疫苗研发带来了巨大的挑战，针对潜在未知病原体的紧急疫苗研发技术非常必要。再者，目前还有部分重大感染性疾病的疫苗品种，如针对HIV、结核杆菌、疟原虫和其他广泛传播的病原体的疫苗尚未研发成功。此外，抗生素耐药问题急需研制新型预防措施。综合应用传统疫苗学方法和新型疫苗技术是应对未来全球健康挑战的有利武器。本文就目前各个疫苗平台的技术研究进展和未来的发展趋势进行简要综述。

1、疫苗技术研究进展

1.1、减毒疫苗

减毒疫苗是将病原体经基因工程改造或其他方式减毒后，仍保留其抗原性的一类疫苗。其能诱导体液免疫和细胞免疫应答，且持久性长，但仍存在毒力逆转的风险，不适用于高致病性病原体。由于减毒疫苗保留一定残余毒力，对免疫缺陷人群还可能诱发严重疾病。同时减毒疫苗有效期短、热稳定性差，对保存、运输条件要求较高。目前已在国内上市的减毒疫苗包括脊髓灰质炎（脊灰）减毒活疫苗、麻疹-腮腺炎-风疹（麻腮风）联合减毒活疫苗、乙型脑炎（乙脑）减毒活疫苗、水痘减毒活疫苗、轮状病毒减毒活疫苗、黄热病减毒活疫苗和结核杆菌疫苗（卡介苗）等。随着生物信息学和反向疫苗学的发展，可通过敲除病毒基因组毒力片段来制备减毒疫苗，如夏宁邵团队利用反向遗传学自主研发的敲除毒力基因的水痘减毒疫苗（VZV-7D），现已进入Ⅱ期临床试验。未来减毒疫苗的发展可以聚焦于更稳定病毒株的筛选以及利用基因编辑手段来稳定减毒因素。

1.2、灭活疫苗

灭活疫苗是对病毒或细菌进行培养后通过物理或化学方法处理将其灭活从而获得无感染活性的一类疫苗。相较于减毒疫苗和基因工程疫苗，灭活疫苗具有研发周期短、制备工艺相对成熟、无感染毒力和安全性高等优点。但一般需要多次接种才能产生保护性免疫[2]，通常诱导产生体液免疫应答，细胞免疫普遍较弱。目前已在国内上市的灭活疫苗包括脊灰灭活疫苗、乙脑灭活疫苗、百日咳-白喉-破伤风（百白破）疫苗、流感疫苗和人用狂犬病疫苗等，以及国内首个附条件上市的COVID-19灭活疫苗BBIBP-CorV。灭活疫苗平台相对成熟，安全性高，应对新发病原体响应速度快。

1.3、多糖-蛋白结合疫苗

多糖-蛋白结合疫苗是将病原体的荚膜多糖共价连接至蛋白载体上制备而成的多糖蛋白。多糖结合疫苗能克服多糖疫苗免疫效果弱、持久性差和只产生非T细胞依赖免疫应答等不足，这主要归功于载体蛋白能将非T细胞依赖多糖抗原变为T细胞依赖抗原，从而诱导非T细胞依赖免疫应答和T细胞依赖免疫应答，产生有效持久的免疫保护。共价连接方式包括化学交联法和生物合成法两种，已上市的利用化学交联法的多糖结合疫苗包括美国辉瑞公司的13价肺炎球菌多糖结合疫苗、AC群脑膜炎球菌多糖结合疫苗和重庆智飞生物制品公司（智飞生物）的流感嗜血杆菌b（Hib）-AC结合疫苗等，云南沃森生物技术公司（沃森生物）的13价肺炎结合疫苗也上市在即。生物合成法因其经济、快速和高效，近年来备受青睐，首个通过生物合成法生产的多糖结合疫苗，瑞士Glyco Vaxyn AG公司的痢疾志贺菌多糖结合疫苗已完成Ⅰ期临床试验。

多糖结合疫苗由于载体蛋白的引入，不可避免地会导致机体对蛋白本身产生免疫应答，也可能对多糖免疫原产生免疫干扰，进而降低多糖免疫原的免疫应答水平。因此，研究者通常使用含有多个抗原表位的毒素类蛋白作为载体，主要包括白喉类毒素和破伤风类毒素等。但外源载体蛋白必然会对免疫应答产生一定干扰，且外源载体蛋白不是在所有情况下都会激活Th，因而以细菌本身的内源蛋白作为载体是一个理想且可行的选择。多糖结合疫苗平台随着生物合成法的逐步使用和研究的不断深入，在细菌疫苗中展现出更大的潜力。

1.4、联合疫苗

联合疫苗是由多个活的或灭活的生物体或者抗原蛋白联合制备而成的疫苗，一般互不冲突且接种程序相似的疫苗可以制成多联苗。多联苗能减少接种次数、显著提高儿童接种依从性和降低婴幼儿接种不良反应的发生几率，但联合疫苗要注重疫苗间相互作用以及不同抗原相互竞争对安全性和有效性的影响。目前已上市的联合疫苗包括百白破-脊灰四联苗（DTaP-IPV）、百白破-乙型肝炎（乙肝）-脊灰五联苗（DTaP-HepB-IPV）、甲型肝炎（甲肝）-乙肝二联苗（HepA-HepB）、百白破-脊灰-Hib五联苗（DTaP-IPV/Hib）和麻腮风-水痘四联苗（MMRV）等。百白破-乙肝-脊灰-Hib六联苗（DTaP-HepB-IPV/Hib）临床试验结果显示，血清保护/血清活性率和安全性均良好。随着公众对公共卫生健康的需求提高和疫苗技术的创新，多联疫苗将是未来疫苗发展的趋势之一。

1.5、病毒样颗粒（virus like particle，VLP）疫苗

VLP是由病毒结构蛋白自组装形成的纳米级颗粒，其结构及免疫原性同天然病毒类似。VLP不含病毒的遗传物质因而不具备感染和复制能力，同时VLP具有高度重复展示的抗原表位，有利于被树突状细胞（dendritic cell，DC）吞噬和呈递给MHCⅠ类和Ⅱ类分子去激活适应性免疫应答，能够诱导机体产生强烈的细胞和体液免疫应答[11]，成为了理想的疫苗研发平台，还可以作为载体携带外源抗原或递送佐剂。目前已获批上市的VLP疫苗包括乙肝疫苗Sci-B-Vac™、宫颈癌疫苗Cervarix®、Gardasil®、Gardasil 9®和Cecolin®、疟疾疫苗Mosquirix™和戊型肝炎疫苗Hecolin®等。此外还有多种基于VLP的预防性或治疗性疫苗已进入临床试验阶段，所针对的病毒主要包括诺如病毒、BK多瘤病毒、HIV和流感病毒等，同时针对阿尔兹海默病、恶性肿瘤和高血压等疾病治疗与控制的多种VLP疫苗也已进入临床试验阶段。

1.6、纳米颗粒疫苗

纳米颗粒疫苗是指以纳米材料作为载体、连接物或免疫调节剂，通过物理或化学方法连接特异性抗原和佐剂，用于疾病治疗和预防的疫苗。基于纳米载体的递送系统不仅可以保护疫苗过早降解提升其稳定性，而且利于免疫原靶向传递到APC。该系统提供了一种合适的疫苗分子给药途径，并增强了细胞摄取，因此产生了强烈的体液、细胞和黏膜免疫应答。但纳米颗粒疫苗同样面临许多困难和挑战，如某些纳米颗粒疫苗会引发全身或局部炎症反应；有些纳米材料会在细胞内积累，导致纳米材料在体内的长期滞留从而可能引起血管血栓的形成；还存在生产、保存成本高等问题。目前关于纳米颗粒疫苗的研究大都处于临床试验阶段或临床前研究，包括呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）疫苗、流感疫苗和COVID-19疫苗[16]等。Marcandalli等[14]将RSV的融合（fusion，F）蛋白融合前构象三聚体DS-Cav1展示在纳米颗粒表面，在小鼠和非人灵长类动物中，颗粒化的DS-Cav1诱导产生的中和抗体滴度比单纯DS-Cav1高10倍，说明颗粒化的DS-Cav1是一个很有潜力的RSV疫苗，且基于结构基础的纳米颗粒平台是一个强有力的可操作平台。美国国家过敏症和传染病研究所（NIAID）的研究者将流感病毒血凝素（hemagglutinin，HA）的茎区展示在自组装的铁蛋白纳米颗粒载体上制成H1-SS-np疫苗，在小鼠和雪貂动物模型中能刺激产生广谱中和抗体，完全保护小鼠和部分保护雪貂针对异亚型病毒H5N1的攻击，目前处于Ⅲ期临床试验阶段。美国Novavax公司基于纳米颗粒平台的COVID-19疫苗NVX-COV2373的Ⅰ/Ⅱ期临床试验显示，该疫苗有效且安全，刺激产生的免疫应答超过COVID-19恢复期血清的水平，Matrix-M1佐剂诱导产生的CD4+ T细胞应答偏向于Th1类；Ⅲ期临床试验保护数据显示其对症状性COVID-19及突变株病毒有较好的预防保护效果，虽对南非突变株预防具有一定程度下降，但仍符合WHO批准标准。纳米颗粒疫苗平台能诱导强效的中和抗体应答，相较于VLP疫苗平台，设计形式更加灵活，能促进抗原展示和递送，提高疫苗效力。

1.7、病毒载体疫苗

病毒载体疫苗是一种利用病毒疫苗减毒株或非复制型病毒作为载体，将抗原基因的编码有效地传递到宿主细胞核并引发免疫应答的疫苗。目前已有多种病毒，如腺病毒、慢病毒、水疱性口炎病毒、疱疹病毒、麻疹病毒和重组牛痘病毒安卡拉株等作为载体用于疫苗的研发。病毒基因组可以表达任何特定的抗原，并可稳定接受大基因片段的插入，抗原可在宿主中准确的合成、修饰以及靶向特异细胞，使得病毒载体技术可用于多种疫苗开发。病毒载体在靶细胞中诱导刺激和自然感染过程类似，可产生强烈的体液免疫和细胞免疫应答。已上市获批使用的病毒载体疫苗主要为腺病毒载体的埃博拉病毒（Ebola virus，EBOV）疫苗和COVID-19疫苗。军事医学科学院和康希诺生物股份公司（康希诺）联合开发的首个获批新药的EBOV疫苗，将2014年的EBOV流行株整合到腺病毒Ad5载体中，临床试验安全性良好，此外注射高剂量的Ad5载体疫苗能够克服受试者体内预存免疫的影响，并诱导产生较高的糖蛋白（glycoprotein，GP）特异性抗体和T细胞免疫应答。加拿大国家微生物实验室研发的首个获批上市EBOV疫苗Ervebo通过将EBOV分离株的GP替换VSV的GP构建而成，Ⅱ/Ⅲ期临床试验中，即时疫苗接种组未检测到出现症状的病例，而在7个延迟接种组共检测出16例病例，疫苗有效性达到100%。基于重组病毒载体的COVID-19疫苗研发也取得一系列进展，目前已有4款疫苗获批使用，包括康希诺的Ad5-nCoV、俄罗斯的卫星V型疫苗rAd26-s/rAd5-s、英国牛津大学/阿斯利康公司的ChAdOx1 nCoV19和美国强生公司的Ad26.CoV2.S[19]，还有13个疫苗处于临床试验阶段。厦门大学夏宁邵团队联合香港大学陈鸿霖团队基于流感病毒减毒活疫苗载体DelNS1，共同研发了鼻喷减毒流感病毒载体COVID-19疫苗，目前正在进行II期临床试验。病毒载体疫苗相对成熟，其具有遗传可塑性、安全性，且无需佐剂就能诱导强烈的T细胞应答，在传染病和癌症方面具有重大意义。

1.8、亚单位蛋白疫苗

亚单位蛋白疫苗是通过基因工程方法，将病原体特异蛋白基因整合到合适的表达系统如大肠埃希菌原核表达系统、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞等真核表达系统，通过体外大量培养表达病原体蛋白，再经纯化制备而成。亚单位蛋白疫苗能够基于基因工程技术优化抗原蛋白分子设计，提高其免疫原性。同时亚单位蛋白疫苗具有良好的安全性和稳定性。但亚单位疫苗也有一些不足，体外表达的抗原蛋白难以保持其构象表位，诱导的免疫应答可能较弱；外源蛋白通常呈现MHCⅡ类应答，一般不会产生强CTL应答；需要搭配佐剂刺激增强免疫原性以及多次接种；且不适用于呼吸道黏膜疫苗接种。目前已上市的人用亚单位蛋白疫苗包括乙肝疫苗、流感疫苗、带状疱疹疫苗、霍乱疫苗、B群脑膜炎球菌疫苗等。针对新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）的亚单位蛋白疫苗的研发也在进行之中，目前有30个COVID-19亚单位蛋白疫苗处于临床试验阶段，大多基于全长SARS-CoV-2刺突（spike，S）蛋白或其关键结构域。中科院微生物所高福院士团队联合智飞生物研发的SARS-CoV-2重组亚单位蛋白疫苗ZF2001基于S蛋白受体结合域（receptor-binding domain，RBD）二聚体，Ⅰ/Ⅱ期临床试验安全性良好，2021年3月获得紧急使用批准。四川三叶草生物制药公司的疫苗SCB-2019基于稳定三聚体结构的全长S蛋白，搭配AS03或CpG/Alum佐剂，Ⅰ期临床试验数据显示该疫苗能诱导产生高滴度的中和抗体，AS03或CpG/Alum佐剂刺激的CD4+ T细胞应答偏向于Th1类。重组亚单位疫苗平台具有安全高效，产业化成熟，稳定性佳等技术优势，但合适有效的疫苗佐剂对提高疫苗保护的有效性至关重要，需重点关注新型佐剂的开发和临床探索。

1.9、多肽疫苗

多肽疫苗是通过识别和鉴定感染性病原体上重要抗原表位的氨基酸序列，在体外合成多肽制备而成的疫苗。多肽疫苗具有安全性高和特异性强等优点，但存在免疫原性的不足而往往需要多次免疫接种。可通过将表位肽段和载体蛋白融合表达、将表位肽段与载体蛋白化学连接以及人工合成相互连接的肽段重复序列等方式，增强免疫原性。目前有多种多肽疫苗进入临床试验，包括候选通用流感疫苗和阿尔茨海默病疫苗。美国BiondVax制药公司的流感多肽疫苗Multimeric-001包含流感病毒HA、基质蛋白1和神经氨酸酶的B细胞和T细胞线性表位，在针对大流行性流感病毒和季节性流感病毒的临床试验研究中能诱导体液免疫和细胞免疫，对多种流感病毒产生交叉保护，且安全性和耐受性良好，是一个很有潜力的候选通用流感疫苗。在阿尔兹海默症的多肽疫苗研究中，目前有CAD106、UB311、Lu AF20513、ABvac40、ACI-35和AADvac-1等6个候选疫苗处于临床试验阶段，初步临床数据显示出较好的耐受性和血清学反应。现阶段多肽疫苗仍存在免疫原性弱，免疫应答不一致等问题，应结合表位设计、载体优化和新型佐剂等进一步完善和发展。

1.10、DNA疫苗

DNA疫苗是将编码抗原蛋白的真核表达盒插入到细菌质粒中，再由高效的真核启动子驱动抗原蛋白的表达。DNA疫苗可以诱导机体产生体液免疫和细胞免疫、免疫效果持久性强、制备简单、易大规模生产，但也存在免疫原性弱、质粒DNA递送效率低和表达效率低等不足，以及外源基因整合到宿主基因组而导致的突变和生成肿瘤的风险。目前进入临床试验的DNA疫苗有中东呼吸综合征疫苗、寨卡病毒疫苗、HIV疫苗、流感疫苗、EBOV疫苗、宫颈癌疫苗GX-188E、B细胞淋巴瘤疫苗、登革热疫苗TVDV等，以及11个COVID-19疫苗，其中INO4800编码SARA-CoV-2全长S蛋白，Ⅰ期临床研究数据显示该疫苗无严重不良反应，能刺激产生体液免疫和细胞免疫。DNA疫苗受限于较弱的免疫应答和较大的免疫剂量，以及如何有效递送，期待未来改进。

1.11、mRNA疫苗

mRNA疫苗的研发过程包括选择目标病原体的特异性抗原蛋白，对该蛋白基因进行测序、合成并克隆到DNA模板质粒中，在体外转录成mRNA，然后接种到受试者体内。目前，mRNA疫苗主要包括两类，传统的非复制型mRNA和自我扩增型mRNA。相比于传统疫苗，mRNA疫苗具有与活病毒类似的免疫应答机制、无感染或整合到宿主基因组的风险、更稳定并能够高效表达抗原蛋白、简单快速的化学合成制备更容易低成本和大规模生产。目前研究较多的是自我扩增型RNA（SAM），因为其含有一个α病毒基因组，有完整的编码RNA复制机制的相关基因。

在COVID-19大流行期间，mRNA疫苗平台应对新病原体导致传染病暴发的潜力获得了极大的开发。其中美国辉瑞公司和德国BioNTech公司共同研发的BNT162b2、美国Moderna公司和NIH研发的mRNA-1273以及沃森生物、艾博生物公司和军事医学科学院共同研发的ARCoV的临床试验数据均显示出较好的安全性、耐受性和保护效力。相比于BNT162b2和mRNA-1273，ARCoV可在室温下储存至少1周。此外还有10个mRNA疫苗处于临床试验阶段。此外，mRNA疫苗在带状疱疹疫苗、寨卡病毒疫苗、流感疫苗研发中也获得了较好的结果。未来需要加强mRNA疫苗安全性和有效性的研究，以及验证其是否适用于呼吸道黏膜递送。

2、新型疫苗技术的应用

现有的疫苗发展仍面临着诸多挑战，对于复杂的传染性疾病如艾滋病、丙型肝炎、流感和疟疾等，由于其存在着病原体易变性和免疫逃脱机制等，导致疫苗研发困难重重。对于非传染性疾病如癌症、自身免疫病、过敏症、神经退行和新陈代谢相关疾病，也尚缺有效的疫苗。COVID-19的大暴发，更说明了发展疫苗新技术的紧迫性，同时也说明了创新技术的应用极大加快了COVID-19疫苗的研发和生产。下面将分别从佐剂技术、递送系统、新型疫苗设计技术、新型载体平台等方面阐述

2.1、佐剂技术

疫苗由免疫原、佐剂和载体构成。免疫原决定了所诱导免疫应答的特异性和靶向性；佐剂决定了免疫应答的强度；载体决定了免疫应答的类型。佐剂的作用机理大致包括：缓释抗原、增加抗原的吞噬、刺激细胞因子和趋化因子释放、增强抗原递呈、激活炎症小体和延缓抗原的消化过程。目前通过美国FDA批准的人用疫苗佐剂包括铝佐剂、水包油乳剂（MF59和AS03）、Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）激动剂〔去甲基CpG寡链脱氧核苷酸（CpG-ODN）和AS04〕和AS01。

2.1.1、铝佐剂：常用铝盐佐剂包括氢氧化铝、磷酸铝、无定形羟基磷酸酯硫酸铝，主要作用是在注射位点处持续释放抗原、增加APC对抗原的摄取、激活NLRP3炎症小体、刺激DC产生IL-1β和IL-18并促进CD4+ T细胞分化、与DC细胞膜相互作用以及促进补体激活。铝佐剂的广泛使用主要得益于其安全性，虽然铝佐剂可以刺激机体产生强大的Th2介导的体液免疫应答，但只有部分的Th1型应答，无法满足一些疾病如COVID-19和带状疱疹等疫苗的需要。且过强的Th2型应答会增加嗜酸性粒细胞和IgG型抗体的产生，从而增加发生过敏反应的风险。最近发现，与传统的铝吸附抗原相比，用由重复的磷丝氨酸残基组成的短肽对抗原进行化学修饰，可以增强抗原和铝佐剂的结合，从而延长免疫原的生物利用度，增强生发中心和抗体应答。此外，中性粒细胞胞外杀菌网络的DNA释放可部分介导铝佐剂的活性。

2.1.2、水包油乳剂：MF59由司盘、吐温和角鲨烯制成，目前主要用于Fluad流感病毒灭活疫苗。MF59可促进抗体产生且能加强Th1和Th2型应答。因为MF59增加了抗原摄取，包括单核细胞、巨噬细胞和DC等靶细胞都可进行抗原摄取，有助于趋化因子形成，募集更多的免疫细胞，从而介导了强烈的免疫应答。AS03主要成分为吐温、维生素E和角鲨烯，目前应用于英国葛兰素史克公司的单价流感病毒灭活疫苗和疟疾疫苗。AS03能够介导肌肉和引流淋巴结（draining lymph node，dLN）中细胞因子和趋化因子的产生，刺激单核细胞、DC和粒细胞进入dLN，此外AS03还能刺激机体产生CD4+ T细胞特异性免疫应答。

2.1.3、靶向TLR类佐剂：细菌、真菌、病毒和植物中的一些成分能靶向模式识别受体，激活先天性免疫，从而成为潜在的疫苗佐剂。TLR是免疫细胞表面的跨膜分子，TLR1、TLR2和TLR4等在细胞外膜上表达的受体识别细菌细胞壁和脂多糖，TLR3、TLR7和TLR9等细胞内膜上的受体能识别被细胞内吞的细菌或病毒核酸。TLR与配体结合后能够募集MyD88或Triff等信号分子启动信号转导，并激活NF-κB和AP-1等转录因子，促进炎症因子的表达。CpG-ODN是TLR9的一种配体，介导Th1类应答，诱导产生强CTL和IFN-γ，还能促进MHC、CD40和CD86在pDC上的表达，目前应用于重组乙肝疫苗。AS04由氢氧化铝和3'-O-脱酰单磷酸脂质A（MPL）组成，目前主要应用于宫颈癌疫苗和乙肝疫苗。AS04可诱导产生长期有效的免疫应答，其中MPL介导早期免疫应答，氢氧化铝则延长免疫应答。此外，AS04还能更有效刺激CD4+ T细胞的增殖和分化，促进Th1类免疫应答。还有研究发现AS04能引起短暂的局部炎症反应。

2.1.4、AS01B：AS01B由脂质体、MPL和QS-21组成，目前用于英国葛兰素史克的带状疱疹疫苗。QS-21能促进CTL产生和诱导IL-2及IFN-γ等Th1类细胞因子，同时能激活NOD样受体家族3炎症小体并促进IL-1β和IL-18的产生[49]。此外，MPL和QS-21还能协同作用，增加趋化因子的释放，增强单核细胞和DC的募集。但QS-21也存在产率低、造价高，本身不稳定，在生理条件下会被水解等问题。

2.1.5、新型佐剂：目前处于临床试验阶段的新型佐剂包括脂类、乳剂类、皂苷、核苷酸和细胞因子等，需要更深入了解新型佐剂的基础研究、应用及佐剂作用机制

2.2、抗原递送系统

2.2.1、脂质体：脂质体是由具有生物相容性的磷脂双分子层形成的球形囊泡，在疫苗中主要作为递送载体或佐剂。脂质体的主要优点是其可塑性和多功能性，分为阳离子脂质体和阴离子脂质体两种。阳离子脂质体相比于阴离子脂质体，能够绕过细胞内溶酶体降解途径，此外，它们的净正电荷能将浓缩核酸变成离散型结构，从而进入靶细胞。抗原在脂质体的位置会影响疫苗所诱导的免疫应答类型，抗原包埋在脂质体内部和偶联在脂质体表面介导产生T细胞免疫应答，而B细胞反应仅由偶联在脂质体表面的抗原介导产生。脂质体还可以将免疫刺激分子如细胞因子等与抗原一起共递送到靶细胞。脂质体最早用于白喉毒素疫苗，现在还用于甲肝疫苗、流感疫苗和COVID-19疫苗。未来脂质体的应用还需解决以下问题：（1）优化配体的密度和长度以及它们对脂质体大小的影响、脂质体在血液中的循环和配体与目标受体的亲和力；（2）脂质体制剂的稳定性及给药后活性成分从囊泡中渗出的情况；（3）如何调节过敏反应。

2.2.2、聚合物颗粒：聚合物颗粒用于疫苗递送主要因其具有良好的生物相容性和生物降解性，天然和合成的聚合物都可用于制成颗粒用于疫苗递送。常用的包括多糖、聚乳酸-乙醇酸、聚乳酸和聚丙交酯-乙交酯。这些颗粒能够捕获或吸附抗原并将其递送到特定靶细胞，且由于其缓慢的生物降解速率可以持续释放抗原。目前对聚合物颗粒的研究聚焦于单针缓释疫苗，可能改变许多疫苗都需要加强免疫的现状。还有研究表明聚合物颗粒有作为佐剂的潜力，如一种胰岛素微粒Advax作为佐剂用于乙肝和流感疫苗中，现处于临床试验阶段。

2.2.3、无机粒子：无机粒子的主要优势在于可以控制它们的合成，尽管其生物降解性较低。目前常用的无机粒子主要包括金、铝、磷酸钙和二氧化硅，它们既可作为佐剂也可用于抗原递送工具。金颗粒极其稳定且易合成为不同形状和大小，其表面高度修饰便于抗原直接偶联，但对抗原的定向控制有限。在多项临床试验中，金颗粒作为递送载体用于黑色素瘤、流感和乙肝等疾病的研究。铝主要用作疫苗佐剂，目前已上市的疫苗中，近1/3的疫苗使用铝佐剂。磷酸钙颗粒具有较好的生物可溶性、无毒、具备佐剂性质且易携带抗原，曾作为百白破系列和脊灰疫苗的佐剂，后被铝佐剂所替代。二氧化硅颗粒也常用于疫苗研究当中，因其良好的生物相容性、能和细胞相互作用、表面可修饰来促进细胞定位和摄取，有研究发现中孔二氧化硅颗粒能作为有效的抗原载体。

2.2.4、植物样材料：植物细胞成本低、可大规模生产，其坚韧的细胞壁可以保护胞内物质不受胃内酸性环境的影响，因而成为有吸引力的口服疫苗递送平台。转基因植物已发展用于表达疫苗用抗原材料，能将抗原递送到肠道，与肠道相关淋巴组织发生相互作用，农作物如水稻和玉米等已被用作表达载体。基于植物细胞递送载体已用于多种疾病研究，包括流感、乙肝和炭疽，潜在的限制是微生物组群的复杂性和多样性会对免疫反应产生影响。与植物细胞一样，单细胞藻类植物也有着坚韧的细胞壁，基于藻类植物的疫苗具备易于基因修饰和操作简单便于生产等优势，针对手足口病、疟疾和葡萄球菌等病原体的藻类疫苗尚在进行临床前研究。此外，花粉粒也被用于疫苗递送平台的研究，花粉粒有一层坚硬的外壳，能避免胃酸环境的影响。

2.2.5、其他材料：外膜囊泡是革兰阴性菌天然产生的非复制囊泡，其表面天然含有几种病原体相关的分子模式，这赋予了外膜囊泡固有的免疫刺激特性，有成为佐剂颗粒的潜力。但也存在可能导致免疫应答主要针对囊泡而不是抗原这一不足。目前，已有2种人用B型脑膜炎外膜囊泡疫苗（Bexsero和Trumenba）获批。免疫刺激复合物是一种球形笼样颗粒，由混合磷脂、胆固醇、皂苷和抗原蛋白自组装形成，但要求抗原蛋白为亲水脂蛋白，限制了其使用。一种替代品佐剂ISCOMATRIX几乎可用于所有抗原蛋白，基于ISCOMATRIX的预防性疫苗和治疗性疫苗处在临床试验阶段。微针阵列通常是由疫苗或药物制剂与支撑材料如金属和聚合物等组合而成，具有安全有效和减少免疫剂量等优势。在基于微针阵列递送系统的流感疫苗研究中，研究者通过对不同流感疫苗采用微针皮内注射和常规肌内注射的比较，发现微针皮内注射诱导的特异性抗体应答至少与常规肌肉注射一样强，且剂量也明显降低。最近的临床试验表明，与肌内注射相比，以微针为基础的皮内注射流感疫苗在老年人中能诱导更强的体液免疫应答。此外，还有一种基于植入式微芯片的递送系统，由基底、存储器、存储器盖和包含给药分子的释放系统组成，具有重复脉冲释放给药分子，能递送固态、液态和凝胶态分子，保护给药分子不被降解等特点，但也存在制备成本高、缺乏可降解性和对组织胶囊的潜在影响未知等不足。

3、新型疫苗设计技术

目前仍有许多重要疾病的病原体如B型链球菌、RSV和巨细胞病毒等亟需相应的新型疫苗来降低全球范围内的感染率和病死率。结构生物学、反向遗传学、材料科学和免疫学的应用可以优化抗原设计和发现更优良的佐剂，此外，系统生物学、基因组学和生物信息学等学科促进我们更好地理解疫苗如何刺激机体产生免疫反应以及合理地进行疫苗设计。新型RSV疫苗DSV-Cav1疫苗设计是基于新型疫苗设计技术的典范。RSV表面F蛋白存在两种构象，分别为融合前构象（pre-F）和融合后构象（post-F），其中pre-F蛋白能促进病毒入胞。之前的疫苗设计主要围绕post-F蛋白展开，基于结构生物学原子分辨率的结构解析和免疫学发现pre-F蛋白能显著增强免疫应答。这些学科和生物技术的交叉融合使疫苗设计更合理、更精准和更高效。

随着人工智能（artificial intelligence，AI）的发展，其在疫苗设计上的应用也日益广泛。相比于传统疫苗设计，AI可以加速新疫苗候选分子的研发、设计广谱疫苗雏形和驱动及预测全身免疫系统应答。在COVID-19疫苗的研究上，多种基于AI的工具用于表位预测和疫苗设计。Fast等使用两种监督神经网络驱动的工具MARIA和NetMHCPan4预测抗原呈递以及鉴定潜在的T细胞表位，最终获得11个候选T细胞表位。Abbasi等使用LSTM神经网络预测了S蛋白的表位。在美洲锥虫病的研究上，Michel-Todó等通过公开数据库和计算机辅助策略，根据序列保守标准、拉丁美洲的预计人口覆盖率和抗原来源的生物学特征，确定了一组表位的优先级，基于此设计了一种表位疫苗，该组CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和B细胞表位与人或人微生物组蛋白序列的同源性<70%。

4、新型疫苗平台

新型疫苗主要包括病毒载体疫苗、核酸疫苗以及APC（如DC）、T细胞疫苗和细菌载体疫苗等。APC是免疫系统对疫苗产生应答的重要因素，传统意义的DC疫苗由个体产生DC，然后扩增并被操纵用来呈递目标抗原，最后输送回同一个体，成本高昂且需要大量时间。一种用慢病毒转导永生化细胞获得的人造APC能有效模仿DC，基于此研发的COVID-19疫苗LV-SMENP-DC、COVID-19/aAPC处于Ⅰ/Ⅱ期临床试验。该平台也存在着保存运输要求高，难以大规模化以及需要多针免疫产生有效应答等不足。多种细菌载体被广泛应用于疫苗研究，包括单核细胞增多性李斯特菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌和干酪乳杆菌等。其中李斯特菌是最有希望的载体，因其能感染巨噬细胞并产生成孔毒素李斯特菌溶血素O避免被吞噬体裂解，使李斯特菌在宿主细胞的细胞质中进行复制，从而能在细胞质和核内体中呈递抗原，使其既能被MHCⅠ类分子呈递给CTL，也能被MHCⅡ类分子呈递给Th，基于李斯特菌的HPV治疗性疫苗处于研究当中。

5、总结

本文归纳了传统疫苗和新型疫苗的技术研究进展以及面临的诸多挑战，指出了未来的发展趋势，有利于提升对未知病原体的探索和主动防御的共识，对开发出有效应对新发、突发、高变、复杂的病原体疫苗具有重要启示。今后我们要继续加强疫苗学的基础研究，了解其发挥效应的免疫学机制；同时还要促进疫苗学同其他学科和前沿技术的交叉融合，推进具有自主知识产权的创新疫苗研究。

本文作者

张思博  李婷婷  薛文辉  顾颖  夏宁邵  李少伟

厦门大学生命科学学院，公共卫生学院，国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心

通信作者：李少伟

专家简介

李少伟 （博士，厦门大学教授、博士生导师）

主要从事基因工程疫苗研发与结构疫苗学等的应用基础研究，入选国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”、教育部“新世纪优秀人才计划”、Nature Biotechnology 评选的2016年度全球TOP 20转化研究者（大陆学者首次入选）。2016-2020年作为通讯作者（含共同通讯）在Cell Host Microbe、Nat Microbiol、Nat Commun、Cell Res和PNAS等杂志发表27篇文章，获得授权发明专利29项（12项国际授权），作为主要研究人员研制了戊肝疫苗（全球首个2012年上市）、宫颈癌疫苗系列（首个国产二价HPV疫苗2019年上市，九价HPV疫苗正在开展III期临床试验，二十价HPV疫苗取得关键性进展）、戊型肝炎系列诊断试剂盒和艾滋病诊断试剂等新药。