远在200年前，英国医生琴纳用尽毕生时间研究牛痘接种，自此现代意义上的疫苗得以开端和发展，且为人类预防传染性病作出了巨大的贡献。早期由法国巴斯德先生研究发现的减毒疫苗和灭活疫苗至今日仍然是现代疫苗技术的两大基石。随着人们对微生物抗原的纯化提取，基因工程和免疫保护机制的深入理解，催生了很多创新技术的出现，例如：定向突变、表达载体、抗体纯化甚至合成，以及通过改变DNA、RNA、蛋白质和多糖刺激机体产生各种特异性以及非特异性的免疫应答。

如今，疫苗学范畴已经由原来感染性疾病扩展到非感染性疾病。由于新疫苗(种类、技术等)不断地大量涌现，公众开始有针对性或者选择性的进行接种疫苗；同时，对监管要求和流通秩序也产生根本性变化，政府部门管理功能的重要性也日益凸显。所有这些环节都将成为疫苗研发、生产、管理和流通所面临的新问题和挑战。

1世纪传承的成就

远古，疫苗接种的定义是公开尝试使用部分或全部微生物病原体来预防其对人体的入侵和危害。彼时，人们对于疫苗的认识正处于初级和迷茫阶段。接种疫苗可能源于人们对于顺势疗法的认识：应用小剂量毒物来应对严重疾病，并且也已对此进行了实际验证。而到11世纪，在中国文学作品中也出现了将天花痂灰粉碎吹入鼻腔来对天花进行免疫的故事。

尽管中国人早已经有了“人痘接种”的历史，但直到十七世纪西方才出现了此类论著。“人痘”的另一个起源地是印度，在那里使用类似皮上划痕的接种方法来免疫。众所周知，这样皮上划痕进行人痘接种的方法从中国、印度逐渐传到中东和非洲，又从土耳其扩散到英国，以至欧洲其余国家和世界各地。

虽说“人痘接种”是成功的，但其严重的、甚至致命性的不良反应是“人痘”推广使用的重大障碍(人痘直接传染天花并致人死亡)。英国乡村医生琴纳在后继的实践中发现了“牛痘”，且在人体研究中观察到“牛痘”不良反应轻微并且具有很好的预防天花的功效，这个发现不仅让人类于20世纪消灭了天花，且成为预防传染性疾病的一个重要里程碑。

疫苗研究在巴斯德实验室进行了不断地拓展，“机遇偏爱于有准备的头脑”更贴切的描述了巴斯德革命性的发现。1881年秋天巴斯德回到实验室继续研究“多杀巴斯德菌”引起的鸡霍乱，却误将先前遗忘在工作台上的培养基接种了鸡，发现被接种的鸡都没有生病。因此，巴斯德认识到最初接种的“培养基”使它们产生了免疫能力。

据此，巴斯德提出假设，认为病原体可以通过高温，氧化和化学物质使其毒力减弱，并在随后炭疽和狂犬病毒的实践中对此学说进行了科学验证，提出了活疫苗的发展战略(见表1)。接下去的1个世纪，Calmette 和 Guérin通过细胞传代培养使牛分支杆菌减毒，Theiler在鼠和鸡胚中传代培养使黄热病毒减毒。

同时，Paul Ehrlich和Ilya Metchnikoff也发现了抗体和细胞免疫应答的现象，他们分别以相对原始的方法测量了适应性免疫系统的双重性质，于是疫苗学家开始集中于研究如何诱导并优化机体免疫应答。 

2细胞培养的革命

20世纪中期，细胞培养技术开始用于病毒培养，因为认识到细胞传代培养也是一种减毒方式，于是推测选择性突变更适合体外复制(细胞培养法还允许分离单克隆细胞株和低于宿主常温孵育而筛选出的突变体)。因此，从1950-1980年，很多减毒的病毒疫苗有所发展，包括小儿麻痹症(口服萨宾)，麻疹，风疹，流行性腮腺炎和水痘等。

因减毒株的RNA片段和编码保护性抗体的野生型RNA可以进行混合的技术而使流感和轮状病毒疫苗有所发展。减活和灭活流感疫苗均来自于基因重组，且到目前为止2/3的轮状病毒疫苗是由人VP7基因和动物非致病基因的重组而获得。

3灭活疫苗的进展

巴斯德理念不久后，在19世纪开始形成使疫苗完全灭活的设想。最早应是由美国的Daniel Salmon 和Theobald Smith发现的，尽管Emile Roux领导的巴斯德研究小组也发现了同样的理论。

表2概述了灭活疫苗的发展战略。最近灭活脊髓灰质炎疫苗(Salk型)，连同口服疫苗几乎根除了所有小儿麻痹症，并且甲肝疫苗也包含全部灭活甲肝病毒。细菌外毒素的发现促进了Ramon用来预防白喉和破伤风的类毒素的发展。

随着科技的进步,人类可分离和使用感染组织来提取抗原如蛋白亚基(如狂犬病),荚膜多糖9如伤寒Vi和肺炎)和蛋白(如无细胞百日咳)。随着实践人们认识到，对于婴儿没有T细胞的刺激，B细胞不会产生应答(抗体)；因此，在20世纪晚期，多糖结合疫苗(共轭蛋白作为载体的技术)成为对抗有荚膜细菌(如Hib)的最有力的武器。而且因佐剂的启用和流行,多肽作为预防性疫苗的趋势逐渐减低，但多肽对于治疗性肿瘤疫苗的研发有很大的促进作用。 

4基因工程的使命

正如在其他生物学领域发现一样，分子生物学和基因工程的出现对疫苗的研发产生了巨大的影响，且为灭活抗原的重构建技术和通过定向突变进行抗原减毒创造了更好的机遇和技术手段。表3列举了分子生物学的一些新技术和创新。

基因工程第一次成功是将携带S蛋白的基因(HBV)在酵母菌中重组而进行乙肝疫苗的生产，这种技术取代了从感染者的血清中纯化S粒子的疫苗生产方法。依次，同样将目标基因插入到酵母菌、大肠杆菌或中国仓鼠卵巢细胞中就可以生产出各种重组蛋白，例如莱姆ospA，巨细胞病毒gB和百日咳病毒。

对于相对较弱的致病性病毒和细菌的重组体也可作为活疫苗抗原载体，例如，牛或人副流感病毒减毒株3型可以插入其他流感病毒或从呼吸合胞病毒提取的基因中，减毒黄热病病毒可成为登革热或西尼罗河病毒基因的载体，从而在机体中起到免疫作用。

“疫苗载体”一词常用于活重组体，即将载体与病原体基因结合，而其本身并不致病。在很多的载体中，那些最被看好的有痘病毒、腺病毒和

卡介苗菌株。所有这些以及其他疫苗已经被用于开发HIV和疟疾的疫苗，因为注入DNA质粒或载体表达使免疫系统开始工作，通过此蛋白以可溶的形式或载体的表达来进行免疫放大。甲病毒复制子是一种特殊的载体，该复制子没有携带病毒基因组但在单个复制周期表达外援基因。

病毒蛋白的体外组装导致整个病毒的自我结构重排即病毒样颗粒 (见图3) 。这些粒子的免疫原性强于可溶性蛋白，并对于乳头瘤病毒疫苗和其他仍在进行临床研究疫苗的研发(例如SARS病毒)有很好的作用。这样产生的抗原被带入骨髓，在那里进行细胞免疫和产生抗体。尽管对细胞免疫的诱导比对抗体的诱导更常见，但此项技术还没有进行人体验证。

DNA质粒的一个特殊应用是用于反向遗传学，并且允许通过cDNA的突变构成新型的负链RNA病毒片段，然后将包含整个病毒基因组的多重cDNA质粒引入细胞培养基中，与其他质粒同时表达酶再构成病毒。这种技术目前被引入流感疫苗的生产，若实践表明其适用于人体， H5禽流感疫苗的病毒种子株将更快地得以生产。

5助推器和引擎-免疫学

直到现在免疫学还未能全力推动疫苗学的发展。正如有学者提出，免疫方法大部分成功都介入了保护性抗体，而当下我们面临的主要挑战系(例如艾滋病，疟疾，结核病)需要T细胞诱导的免疫。此外,直到最近疫苗佐剂基本上局限在铝盐刺激Th2反应，然而由于新型水包油乳剂，脂质体，Toll样受体激动剂，细胞因子和其他促进Th1型免疫物质的研制，原先佐剂的缺乏问题最终将获得妥善解决。

6突破和扩展

21世纪初期，在疫苗研制方面有几个值得注意的倾向。首先，疫苗组合形成多联模式越来越重要，因为新成分在常规免疫接种程序中已成为疫苗组分之一。欧洲已经有六联疫苗(白喉，破伤风，百日咳，Hib，乙型肝炎和灭活脊髓灰质炎疫苗)的应用，五联疫苗也有用于世界其他各地。水痘疫苗已被纳入麻疹-腮腺炎-风疹疫苗形成四联疫苗，各种结合了Hib，肺炎链球菌和脑膜炎双球菌(多糖结合疫苗)的多联疫苗已问世。

接种疫苗通常被认为用来预防疾病，目前正在开发对于慢性感染的治疗性疫苗。其基本思路是诱使细胞免疫反应，抑制感染，甚至在宿主不能自然反应的时候。包括对于造成宫颈癌的乳头瘤病毒癌基因E6和E7及抑制HIV的 gag和tat基因。

注射后产生免疫平衡。气雾剂通过使用吸入装置进行大规模免疫接种。口服疫苗有时被用作免疫在肠中复制的生物体，如口服脊髓灰质炎和伤寒Ty21a疫苗。现在正尝试用灭活抗原刺激而产生的粘膜反应；另外一种方法是发展植物提取的转基因型口服疫苗；再者，在人体中更多免疫反应的验证试验还有待发现，如抗原诱导直肠或阴道免疫反应的应用正在研究中。

图4 使用微阵列扫描电子显微设备对皮肤提供抗原-A 25-测量针(右)

最接近实际应用的是使用经皮设备进行疫苗接种。目前已开发出很多设备来穿过皮肤提供抗原。这些设备是将含有佐剂的斑点应用于轻微擦伤的皮肤并且使用微针穿过角质层。图4显示了一个这样的微针装置。一旦透过表皮层，树突状细胞递呈抗原，游走到淋巴结，启动免疫应答。若此法透皮免疫效果良好，其将是一场革命性的突破和创举。

7新蓝海和里程

主动免疫迄今为止主要限于传染病，其中一些使用脱敏来治疗过敏症。现在正考虑针对更大范围的非传染性疾病进行免疫。如大多数癌症，经常会出现新的细胞抗原，提前进行蛋白或多肽提取的癌症抗原疫苗的研究以期望延长寿命。人遗传性的突变易导致的癌症可以在癌症演变之前进行免疫从而可使人体免于患癌。

在很多自身免疫性疾病中，正研究对自身抗原的容忍度，如多发性硬化症和糖尿病；抗原诱导产生IgG而不是IgE来对抗变应原的研究正在进行中；通过免疫接种(激素)达到避孕效果，动脉粥样硬化症和阿尔茨海默病也许可以通过分别免疫胆固醇或淀粉样蛋白来进行控制。最后，药物成瘾可者以通过包括尼古丁，甲基苯丙胺和可卡因来迅速清除体内毒品。

8新目标

疫苗接种正在针对新的人群，正如表5中所述。到目前为止，大多数疫苗都是针对婴儿和儿童。但日益明显的是，青少年和成人也需要普遍的疫苗接种。除了新的白喉-破伤风-百日咳疫苗免疫增强剂，脑膜炎球菌，乳头瘤状病毒，单纯疱疹和巨细胞病毒疫苗纳入常规疫苗接种将追溯到目前的成人免疫败血症、子宫颈癌、生殖器疱疹和先天性感染。目前成人接种流感和肺炎链球菌疫苗，但是疫苗接种也可能抗水痘病毒来阻止带状疱疹复活。同时，成人可能需要在怀孕、住院和旅游期间接种疫苗。实验组B的链球菌疫苗可以阻止细菌进行母婴传播，并且孕妇可能对很多其他病原体免疫(例如肺炎、呼吸道合胞病毒)以将保护性抗体传给新出生的婴儿，甚至在几个月后还能起保护作用。抗生素耐药菌是医院日益严重的问题，金黄色葡球菌荚膜多糖疫苗用于容易继发性感染的住院患者。

尽管不希望考虑到生物恐怖主义，政府财政的大量支持也刺激了对抗炭疽、鼠疫和天花疫苗的发展。对于炭疽和鼠疫，纯化的抗原的保护性和安全性会更好，而痘病毒的研究已产生了牛痘减毒株预防天花。

9问题和挑战

疫苗成本目前也是一个问题，因新疫苗需要3-8亿美元来研发，且这些研发公司必须支付这些费用。若想疫苗在世界上广泛应用，几种情况：政府必须认识到在发达国家提高价格来调整疫苗接种购买疫苗的费用，并且用来对贫穷国家进行经济援助和疫苗捐赠。当疫苗的目标只涉及到发展中国家，问题变得更复杂。在比尔和梅林盖茨基金会对疫苗开发的支持是至关重要的，但是在某一方面来讲，工业生产将是必需的。这需要发达国家之外的疫苗生产设备或者主要生产商给予的补助设备或专利转让。

疫苗的安全性不断地得以提升，部分原因得益于反对疫苗组织和群体的呼吁。正是由于烈性疾病的远离，疫苗接种的需要变得不那么迫切和明显，且很多人并不是选择计划免疫方式(社会契约)去接种疫苗，却是根据周围接种人群的影响而决定。当然，如果有太多人拒绝接种那么群体免疫将会失败。但是疫苗的安全性问题真实存在，例如口服脊髓灰质炎疫苗后导致瘫痪和接种BCG疫苗后导致传播性感染。正是出于此原因，老疫苗需要重新检测来判断其安全性能否提高，正如用全细胞百日咳疫苗来取代无细胞百日咳疫苗、且用细胞培养基培养的狂犬病疫苗来取代脑组织培养狂犬病疫苗。

未来，Jenner发现的疫苗将被更减毒疫苗取代，BCG疫苗将被肺结核工程疫苗取代。事实上，新分子技术的应用极大地提高了其安全性。当风险收益率变得更有争议性且此疾病发生率降低时，减少疫苗相关反应到最低限度成为一个很重要的课题。重申一遍：零风险是不可能实现的，并且将永远存在于公众健康需求和风险控制之间，其是对立的但并不矛盾。后者的趋势是作为公共健康措施快速应用的制动器。尽管如此，针对疫苗应用的安全性问题(被允许的犯错)和积极预防疾病之间的争论将会持续下去。

疫苗是维护公众健康的主要工具，政府在通过推荐和调拨实施疫苗接种中起关键作用。尽管政府机构(尤其是美国国立卫生研究院，NIH)对于基础研究给予很大资助，相应减少了工业发展和生产的直接关系。这无疑更为有效地帮助企业从了解概念到获得许可而上市(顺利产出流程)，但是政府应该建议企业对疫苗发展的目标进行筛选以确保产品市场按照要求进行发展。此外，政府必须主动采取前瞻性措施来防止由于大供应商的内在因素或垄断经营而导致市场疫苗的短缺。

世界上尚有很多疾病通过疫苗无法控制或预防，新疾病的出现也许系通过基因突变和置换、异种间传播或因为生存环境变化等发生。幸运的是，我们有许多积累、新的渠道和手段来产生保护性抗原。二百多年的实践和研究证明我们能够把人体免疫系统变成我们对抗外界侵扰的屏障和优势，愈增加对病原体微生物和宿主反应的理解愈将允许我们通过疫苗接种来扩展对疾病的控制。

作者：李健   姜维平  陈宣洪