人类历史上，传染病比如天花、脊髓灰质炎、风疹、狂犬病等曾严重威胁人类的健康和生命，直到疫苗的出现，使得传染病的预防和控制成为可能。
在17-18世纪，天花是人类面临的最严重的传染病。年5月，一位英国的乡村医生爱德华·詹纳（EdwardJenner）在发现牛奶厂挤奶女工手部感染牛痘后，获得对天花的免疫力后，做了一个大胆的实验。他从受感染的挤乳女工手上取得牛痘脓液，“种痘”到一位8岁小男孩菲普斯（JamesPhipps）身上。正如詹纳期望的那样，小男孩染上了牛痘，并且很快恢复了。接下来几个月，詹纳做了一个非常危险且有争议的实验，他重复多次给小男孩接种致命剂量的天花，但是小孩一直保持健康，并没有感染天花。这便是人类历史上的首个疫苗。
疫苗是指将病原体（如病毒、细菌等）及其代谢产物，经过减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的一种生物制品。通过接种激发身体的免疫系统，产生免疫应答，从而达到预防疾病的目的。
2、疫苗的分类从第一个牛痘疫苗的发明到今天，疫苗的研究大致经历了三次变革：
1）第一代疫苗
第一代疫苗包括减毒活疫苗和灭活疫苗。
减毒活疫苗是在自然界中发现的与病毒高度同源但致病力低甚至不致病的病毒；或者通过病毒扩增、选育出的致病力低的病毒株，制成减毒活疫苗。
19世纪法国科学家巴斯德研制出了预防霍乱、炭疽病及狂犬等多种减毒活疫苗，被誉为“疫苗之父”。我国长期使用的脊髓灰质炎糖丸疫苗也是一种减毒活疫苗。
灭活疫苗是指先对病毒或细菌进行培养，然后用加热或化学方法将其灭活。由于灭活病毒遗传物质已被破坏，不具备致病性。但病毒的蛋白质外壳可以诱导人体产生特异性免疫应答，从而产生免疫力。例如我国曾长期使用的乙肝疫苗、流感裂解疫苗都是灭活疫苗。
2）第二代疫苗
第二代疫苗包括亚单位疫苗和重组蛋白疫苗。
亚单位疫苗是指通过鸡胚或者工具细胞大量扩增病毒，然后利用化学分解或有控制性的蛋白质水解方法，提取病原体的特殊蛋白质结构，筛选出的具有免疫活性的多肽片段制成的疫苗。
重组蛋白疫苗是通过基因重组手段将特定的基因片段植入到工具细胞中，这些特定基因可以在工具细胞中转录、翻译成能够产生免疫应答的蛋白，收集、纯化这些蛋白即制得疫苗。常用的工具细胞包括CHO细胞、大肠杆菌、酵母菌等。
重组乙肝疫苗的制备流程
3）第三代疫苗
第三代疫苗包括重组病毒载体疫苗和核酸疫苗。
重组病毒载体疫苗是将病毒负责合成免疫原性蛋白/亚单位的基因片段整合到没有致病性或者致病性极微弱的病毒（例如腺病毒）上。然后利用该病毒进入人体细胞，合成可以诱导免疫应答的蛋白/亚单位。重组病毒载体疫苗综合了减毒活疫苗和亚单位疫苗的优势，我国独立研发、具有完全自主知识产权的重组埃博拉病毒病疫苗已于年获批上市。
核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗。将编码某种抗原蛋白的病毒基因片段(DNA或RNA)直接导入人体细胞内，通过人体细胞的蛋白质合成系统产生抗原蛋白，诱导人体产生免疫应答。这次新冠疫情中，辉瑞/BioNtech、Moderna研发的疫苗即为mRNA疫苗。
常见的疫苗比较疫苗分类
工艺成熟度
成本
产能
优点
缺点
减毒活疫苗
高
高
小
免疫效果好；直接诱导免疫应答，不需要佐剂；工艺简单。
有毒力返祖风险，保存条件高，全程冷链运输。
灭活疫苗
高
高
小
没有毒力返祖风险，更安全。制备简单。
需要多次接种，接种量大，保护时间短（3-5年）
亚单位疫苗
高
高
较小
安全性高，稳定性好
免疫时间有限，需要多次注射。需要借助高效佐剂。
重组蛋白疫苗
高
低
大
安全、高效，可规模化生产（相比亚单位疫苗）
抗原单一，对抗原要求高，抗原性受表达系统影响
重组病毒载体疫苗
低
低
大
安全，不良反应较少；免疫效果好
“预存免疫”可能导致有效性不足
mRNA疫苗
低
较高
大
免疫原性强，研发周期短，制备简单。
容易降解，质量控制要求高，通常对运输存储条件要求高
3、疫苗的来源和制备动物组织来源最初的疫苗来源于病人和被感染的动物。爱德华·詹纳（EdwardJenner）的首次预防接种是将挤奶女工手上牛痘病灶的脓液接种给一个8岁的男孩，使男孩获得了对天花病毒的免疫力。到19世纪80年代，法国著名的微生物学家路易·巴斯德（LouisPasteur）观察到患过某种传染病并得到痊愈的动物，以后对该病有免疫力，据此他通过动物组织成功制备了鸡霍乱、炭疽病疫苗，用来免疫鸡和绵羊。到了年，路易巴斯德成功发明了狂犬病疫苗。他取下感染了狂犬病狗的唾液，去感染健康的兔子，兔子成功染病，之后将兔子杀死，取脑或脊髓，干燥后制成疫苗，这种疫苗成功让狗、猴子和人获得对狂犬病毒的免疫力。巴斯德还发现干燥的兔脑不具备致病性，而未干燥的兔脑具有传染性和致病性，这是因为兔脑碎片经干燥后，里面的病毒已被杀死或致病性已很微弱。后来人们对灭活方法改进，用化学品或紫外线灯杀死病毒。这种疫苗直至20世纪60年仍在世界范围内使用。患者被咬伤后，要连续14至21天在腹部注射这种疫苗，逐渐增强疫苗的效力。尽管疫苗中的病毒应该已经灭活，但是也有例外情况发生。年，在巴西的福塔莱萨，66人注射了兔脑制成的疫苗，但疫苗中本应该被苯酚灭活的病毒仍然活着，其中18人感染了狂犬病并死亡。
巴斯德与兔脑制备的狂犬病疫苗
此外，脑组织制成的狂犬病疫苗接种后，部分被接种人群会发生一种神经组织的过敏反应叫做过敏性脑炎，发生率在1/至1/，会导致被接种者虚弱、瘫痪、昏迷、或者死亡。这是因为疫苗中动物脑蛋白会激活患者的免疫系统，进而进攻人脑中的同一种蛋白（髓磷脂碱性蛋白）。因此，科学家一直尝试寻找新的方法来制备狂犬病疫苗，以避免这种过敏反应。
20世纪50年代，礼来制药公司的科学家在病毒增殖过程中用鸭胚替代兔脑，在孵化前几日采集含有病毒的胚胎，切掉它们的头部，再用β-丙内酯将病毒灭活。这样降低发生过敏反应的风险。然而疫苗推向市场后发现并不能像兔脑制备的疫苗那样有效的激发狂犬病毒抗体，陆续发生了若干起接种该疫苗后未起到有效预防的案例。
细胞培养技术来源对于疫苗生产来说，细胞培养技术被认为是一个关键的里程碑。
细胞培养技术在疫苗领域第一个标志事件，是预防小儿麻痹症的索尔克（Salk）疫苗在年获得美国FDA批准上市。索尔克疫苗使用猴肾细胞培养增殖病毒，然后通过福尔马林灭活。索尔克疫苗上市五年，使美国脊髓灰质炎疾病的发病率大幅降低，从年的每万人25例降低到年的每万人不到5例。这期间发生的卡特事件一度动摇公众对疫苗的信心（年卡特公司生产的索尔克疫苗由于灭活不彻底，依然有致病性，导致12万接种儿童中4万人染病，人瘫痪，10人死亡。美国*府不得不临时召回所有脊髓灰质炎疫苗，强制改进了生产技术，但仍在公众中引起了恐慌）。
另一方面，小范围的脊髓灰质炎疾病仍然存在，更严重的是，瘫痪的病例数量并没有大幅减少。灭活疫苗似乎能够限制脊髓灰质炎病毒，但不能征服它。人们期待减毒活疫苗，它通过口服接种，更方便；能够在病毒最先遭遇人体免疫系统的地方即消化道粘膜内产生抗体，因此更加有效。然而，当时的科学家在猴肾细胞（恒河猴或食蟹猴的肾细胞）中发现了一种潜伏的病毒SV40，这种病毒平时不活跃，难以检测，但是一旦增殖，具有强烈的致癌性。人们担心以猴肾细胞生产的减毒活病毒疫苗具有潜在致癌风险。
WI-38细胞是从Wistar研究所的科学家LeonardHayflick从瑞典一位妇女的流产婴儿正常胚肺组织中获得的二倍体细胞，它有正常的染色体组型，传代培养能力有限。以WI-38细胞培养制备的狂犬病疫苗安全性高，并且注射次数更少，可以快速高效地激活机体产生免疫抗体，产生抗体水平是鸭胚疫苗的10倍。20世纪80年代前后，通过WI-38细胞制备的狂犬疫苗分别在法国和美国获得批准上市。此后，更多以人二倍体细胞WI-38或者MRC5培养制备的病毒疫苗获批上市。
LeonardHayflick与WI-38细胞
常见的用于生产病毒疫苗的细胞Cellline
Celltypeandorigin
Marketedvaccinesforhumanuse
PrimarycellsCEF
Chickenembryofibroblast
Rabies(Rabipur?);TBE(FSME-Immun?,Encepur?);measles(Attenuvax?);mumps(Mumpsvax?)
DiploidcelllinesMRC5
Humanembryoniclung
Varicellazostervirus(Varilrix?;Biopox?;ProQuad?);polioviruses(Poliovax?);rabies(Imovax?);hepatitisA(VAQTA?)
WI-38
Humanembryoniclung
Rubella(Meruvax?II);adenoviruses(AdenovirusType4andType7Vaccine,Live,Oral?)
ContinuouscelllinesMDCK
Caninekidney
Seasonalflu(Optaflu?,Flucelvax?)
Vero
Africangreenmonkeykidney
Pandemic(Celvapan?)seasonalflu(Preflucel?);smallpox(ACAM?);JEV(Ixiaro?,IMOJEV?);polioviruses(OPV?,IMOVAXPolio?,PolioRIX?,Adacel?);rabies(VERORAB?,Abhayrab?),rotaviruses(RotaRIX?,
RotaTeq?)
EB66?
Duckembryos
Pandemicflu
参考文献
[1]梅雷迪丝·瓦德曼．《疫苗竞赛：人类对抗疾病的代价》[M]．江苏：译林出版社，-08.
[2]AubritF,PerugiF,LéonA,et.al.Cellsubstratesfortheproductionofviralvaccines.Vaccine.Nov4;33(44):-12.
MoreRewarding感谢支持