新型疫苗研發(fā)與下一代技術(shù)

楊益隆，徐俊杰

軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物工程研究所疫苗與抗體工程研究室，北京 100071

新型疫苗研發(fā)與下一代技術(shù)

楊益隆，徐俊杰

軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物工程研究所疫苗與抗體工程研究室，北京 100071

徐俊杰，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物工程研究所研究員，疫苗與抗體工程研究室主任，博士生導(dǎo)師。主要從事新型疫苗及特需生物藥物研究，在炭疽桿菌等高致病病原體感染與免疫機制、基因工程疫苗、抗體藥物等領(lǐng)域開展了系列工作。主持國家科技重大專項、國家自然科學(xué)基金、軍隊后勤科研計劃等國家級和省部級課題10項；獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，軍隊科技進步一等獎1項、二等獎1項，國家發(fā)明專利授權(quán)6項，軍隊特需藥品新藥證書2個；以第一作者或通訊作者在Molecular Microbiology、Vaccine、Toxins等領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文19篇?！吧镂：Ψ揽亍眹覄?chuàng)新團隊核心成員，中華醫(yī)學(xué)會微生物學(xué)與免疫學(xué)分會青年委員，國家發(fā)展和改革委員會藥品價格評審專家，軍隊及北京市科技獎勵評審專家。E-mail：xujunjie@sina.com

疫苗接種是人類歷史上最為成功的醫(yī)療干預(yù)措施。近年來，疫苗研發(fā)出現(xiàn)了突破性進展，國內(nèi)外上市了多種針對重要傳染病的新型疫苗。盡管如此，疫苗研發(fā)仍面臨很大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的疫苗設(shè)計存在諸多技術(shù)缺陷，目前仍沒有疫苗能夠用于防控諸如艾滋病、瘧疾、寨卡病毒等對人類健康具有重大威脅的傳染病。隨著生物信息學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，疫苗設(shè)計領(lǐng)域出現(xiàn)了保護組學(xué)分析、結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)和合成生物學(xué)等新的研究方向，這些新的技術(shù)平臺為今后新型疫苗的設(shè)計提供了全新的研究思路。

新型疫苗；疫苗設(shè)計；保護組學(xué)分析；結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)；合成生物學(xué)

傳染病疫情大規(guī)模暴發(fā)時，疫苗是人類最有效的抵御手段。2014年西非暴發(fā)了有史以來最為嚴重的埃博拉疫情。2015年寨卡病毒的流行也成為全球緊急公共衛(wèi)生事件。人類與傳染病的斗爭此消彼長，近年來國內(nèi)外上市了針對流感、登革熱、手足口病和侵襲性腦膜炎球菌病等傳染病的新型疫苗，在面對今后的潛在疫情時也有了更多的防御手段。

在對病原體分子致病機制深入了解的基礎(chǔ)上，疫苗設(shè)計對于疫苗的成功研發(fā)具有重要意義。隨著全基因組高通量測序、生物信息學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)等技術(shù)的進步，疫苗設(shè)計領(lǐng)域也有了突破性進展，出現(xiàn)了包括保護組學(xué)分析、結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)和合成生物學(xué)在內(nèi)的研究方向，使得在研發(fā)針對B群腦膜炎奈瑟球菌（MenB）、流感病毒、人類免疫缺陷病毒（HIV）和呼吸道合胞病毒（RSV）等病原體的疫苗方面有了新的對策。

1 新型疫苗研發(fā)進展

1.1 埃博拉病毒疫苗

2014年3月，西非暴發(fā)了有史以來最為嚴重的埃博拉疫情，截至2016年4月13日，共有28 616例感染病例，導(dǎo)致11 310人死亡（WHO）。雖然埃博拉疫苗尚未上市，但其研發(fā)過程集中展現(xiàn)了疫苗技術(shù)的最新成果，并為今后突發(fā)傳染病防治提供了寶貴的借鑒意義。表1列舉了目前臨床試驗進展較好的候選疫苗。其中，Ad5-EBOV[3]由我國自主研發(fā)，以重組復(fù)制缺陷型人5型腺病毒為載體，是目前唯一針對2014年流行的埃博拉病毒的疫苗，也是唯一采用凍干制劑的埃博拉疫苗。另外，rVSV-ZEBOV為首個完成Ⅲ期臨床試驗的埃博拉疫苗，結(jié)果顯示該疫苗的保護率為100%[1]。HPIV3-EBOVZ GP[2]的病毒載體為人副流感病毒3型（HPIV3），是目前唯一通過鼻腔接種的埃博拉疫苗。

1.2 寨卡病毒疫苗

寨卡病毒屬于黃熱病毒屬，主要由伊蚊屬蚊蟲傳播，在人際間也可通過母嬰和性途徑傳播[6]。寨卡病毒可由孕婦傳遞到嬰兒，懷孕期間的感染可能導(dǎo)致嬰兒出現(xiàn)小頭癥（microcephaly）[7]及其他嚴重的出生缺陷[8]。自2015年寨卡病毒在中南美洲暴發(fā)流行，截至2016年12月，已有29個國家或地區(qū)出現(xiàn)小頭癥病例，其中巴西共報道2211例（WHO）。2016年2月，WHO宣布寨卡病毒感染為全球緊急公共衛(wèi)生事件。

目前還沒有寨卡疫苗上市，但已有超過15個機構(gòu)在進行相關(guān)研究[9]，其中4個候選疫苗已進入Ⅰ期臨床試驗階段，分別為2個滅活疫苗（NCT02952833和NCT02937233）和2個針對prM和E結(jié)構(gòu)蛋白的DNA疫苗（NCT02840487和NCT02887482）。已有報道針對登革病毒的抗體會與寨卡病毒交叉反應(yīng)，并通過抗體依賴途徑導(dǎo)致寨卡病毒毒力增強[10]。因此，后續(xù)臨床試驗有必要考慮登革病毒和其他黃病毒的預(yù)存免疫對寨卡病毒安全性和有效性的影響。

1.3 重組HA亞單位流感疫苗

每年流感約造成全球范圍內(nèi)300萬～500萬例嚴重疾病并導(dǎo)致約25萬～50萬人死亡（WHO）。1918年西班牙的流感大暴發(fā)曾導(dǎo)致2000萬～1億人死亡[11]。目前已上市的流感疫苗大部分為滅活病毒疫苗，技術(shù)上還存在若干缺陷：①由于在雞胚內(nèi)增殖培養(yǎng)，流感病毒在適應(yīng)雞胚宿主的過程中可能引起血凝素（HA）的突變，導(dǎo)致成品疫苗無法提供預(yù)期保護[12]；②疫苗含有的痕量雞胚成分和化學(xué)試劑可能導(dǎo)致過敏或嚴重副反應(yīng)；③滅活病毒疫苗的生產(chǎn)周期較長（6～8個月），對流感疫情不能做出及時響應(yīng)。

2013年1月16日，美國FDA批準了世界上首個3價重組亞單位流感疫苗的上市。該疫苗活性成分為重組HA，由昆蟲細胞-桿狀病毒系統(tǒng)表達，具有正確的蛋白折疊和翻譯后糖基化修飾。Flublok?生產(chǎn)周期為6～8周，技術(shù)工藝和實效性都優(yōu)于傳統(tǒng)的滅活流感疫苗。臨床試驗結(jié)果顯示，F(xiàn)lublok?能夠提供比滅活流感疫苗更廣譜的保護性[13]，因而更具有臨床使用價值。

表1 進入臨床試驗階段的埃博拉候選疫苗

1.4 登革病毒疫苗

在全球范圍內(nèi)，每年有3.9億人感染登革病毒，9600萬人出現(xiàn)嚴重臨床癥狀[14]。登革病毒共有4種血清型[15]，首次感染會對同種血清型病毒產(chǎn)生終身免疫，而異種血清型病毒的二次感染可能會導(dǎo)致比首次感染更嚴重的疾病[16]。登革病毒多種血清型的流行及其預(yù)存免疫的影響加大了登革熱疫苗研制的難度。

2015年末，墨西哥、菲律賓和巴西批準了世界首個登革熱疫苗CYD-TDV（商品名Dengvaxia?）。該疫苗為基于黃熱病毒株YFV17D的重組4價減毒活疫苗，分別針對登革病毒4種血清型的prM和E蛋白[17]。CYD-TDV分別在亞洲和拉丁美洲進行了Ⅲ期臨床試驗，總體有效率為56.5%[18]和60.8%[19]，并且能夠降低登革熱住院和嚴重病癥的發(fā)生率。CYD-TDV的有效性與受試者登革熱的感染歷史也有較大關(guān)系，結(jié)果顯示疫苗對有過感染史的受試者有效性顯著高于未感染過的受試者。

1.5 腸道病毒71型疫苗

腸道病毒71型（EV71）是引起嬰幼兒手足口病的主要病原體之一[20]。1998～2009年，EV71在世界范圍內(nèi)共引起超過600萬例手足口病和2000例死亡（WHO）。我國是EV71手足口病疫情的重災(zāi)區(qū)，2008年暴發(fā)的疫情共導(dǎo)致49萬嬰幼兒感染和126例死亡[21]。

2016年上半年，由國內(nèi)自主研發(fā)的全球首個EV71手足口病疫苗獲批上市，該疫苗為滅活病毒疫苗。其Ⅲ期臨床試驗結(jié)果顯示，疫苗注射組的EV71感染率為0.3%（13/5041），安慰劑組感染率為2.1%（106/5028）。疫苗對于EV71引起的手足口病保護率為94.6%[22]。另外，對疫苗注射組和安慰劑注射組間嚴重副反應(yīng)的發(fā)生無統(tǒng)計差異，表明該EV71疫苗安全有效。

1.6 B型腦膜炎奈瑟菌疫苗

腦膜炎奈瑟菌會誘發(fā)致命的侵襲性腦膜炎球菌病[23]，即使在早期確診并進行藥物治療，仍有5%～10%的患者會在24～48h內(nèi)死亡[24]。腦膜炎奈瑟菌至少有12種血清型，其中6種血清型（A、B、C、W、X和Y）為主要的流行株[25]。多糖結(jié)合疫苗已廣泛用于A、C、W和Y血清型腦膜炎奈瑟菌的防控[23]。然而由于B型腦膜炎奈瑟菌（MenB）的莢膜多糖結(jié)構(gòu)與人神經(jīng)細胞的聚唾液酸同源性較高，MenB的多糖結(jié)合疫苗沒有免疫原性[26]。

2014年10月，美國FDA批準了第一個針對MenB的疫苗rLP2086（商品名Trumenba?）上市，其活性成分為重組人H因子結(jié)合蛋白（fHBP）[27]，fHBP在所有MenB菌株幾乎都有表達。rLP2086兩次免疫后，75.6%～100.0%的受試者檢測到強免疫應(yīng)答[28]。2015年1月，美國FDA又批準了第2個MenB疫苗4CMenB上市，共包含fHBP、奈瑟菌黏附A蛋白和奈瑟菌肝素結(jié)合抗原3個重組蛋白以及外膜囊泡（OMV）[29]。該疫苗具有較理想的安全性和免疫原性[30]。

2 疫苗設(shè)計下一代技術(shù)

2.1 保護組學(xué)分析：保護性抗原的篩選

伴隨著微生物全基因組測序技術(shù)的發(fā)展，疫苗研究進入了反向疫苗學(xué)（reverse vaccinology）時代，即通過分析全基因組序列篩選疫苗候選抗原，這一策略已經(jīng)成功應(yīng)用于上述MenB疫苗的研發(fā)。然而，反向疫苗學(xué)篩選候選抗原工作量巨大。以MenB疫苗研發(fā)[31]為例，MenB基因組編碼2000多個蛋白質(zhì)，生物信息學(xué)分析找出570個表面或分泌蛋白作為候選抗原，分別重組表達再通過體外和體內(nèi)試驗進行篩選，最終找到了3個保護性蛋白抗原。

候選抗原篩選的繁重工作量已成為限制反向疫苗學(xué)發(fā)展的重要瓶頸。針對這一問題，近年來提出一種新的篩選策略——保護組學(xué)分析[32]（圖1），能夠極大地縮小候選抗原的篩選范圍。其核心假設(shè)是具有免疫保護性的抗原在結(jié)構(gòu)和功能上具有共性特征。通過生物信息學(xué)工具（Blast、ClustalW、Smart、Pfam和PfamClans），以已知的人類病原體保護性抗原作為數(shù)據(jù)集（目前為38個病原體，245個抗原）進行序列和功能分析，構(gòu)建出一個抗原保護組的特征庫。結(jié)果顯示，85%的保護性抗原在多個細菌中都具有保守的同源結(jié)構(gòu)域或重復(fù)序列，在功能上共構(gòu)成了41個主要類別，而另外15%的抗原結(jié)構(gòu)域是菌種特異的。如果將目標病原體的保守性抗原在這一庫中進行比對分析，即可得到對應(yīng)的候選抗原。

保護組分析篩選到的候選抗原僅為病原體全部蛋白數(shù)量的3%左右，遠小于傳統(tǒng)反向疫苗學(xué)30%的比率[32]。另外，由于基于抗原的結(jié)構(gòu)與功能，而并不局限抗原的定位（反向疫苗學(xué)僅關(guān)注表面或分泌蛋白），保護組學(xué)分析能夠發(fā)現(xiàn)一些傳統(tǒng)方法不關(guān)注的胞內(nèi)抗原。將這一方法應(yīng)用于金黃色葡萄球菌和B族鏈球菌，分別篩選到89個和59個候選抗原，其中包含了所有已報道的保護性抗原。對其余候選抗原進行后續(xù)鑒定，又發(fā)現(xiàn)了針對這兩種病原體的全新保護性抗原。從便捷性和預(yù)測準確性兩個方面，保護組學(xué)分析對于疫苗保護性抗原的篩選都具有巨大優(yōu)勢。

圖1 保護組學(xué)分析[32]

2.2 結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)：結(jié)構(gòu)生物學(xué)指導(dǎo)的疫苗設(shè)計

近年來，隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，絕大部分的蛋白抗原都能夠被在原子水平上解析出三維結(jié)構(gòu)，這一信息為研究人員在原子層面改造抗原提供了藍圖。此外，抗原與保護性單抗復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)也能夠揭示抗原的關(guān)鍵表位[33]，促進人們對宿主保護性免疫應(yīng)答機制的理解，從而指導(dǎo)疫苗的反向設(shè)計。目前已經(jīng)出現(xiàn)了以結(jié)構(gòu)生物學(xué)為指導(dǎo)的疫苗設(shè)計新方向——結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)[34]（structural vaccinology）。下面以流感HA疫苗為例，對結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)的研究思路進行梳理。

研究表明，針對流感的抗體反應(yīng)主要集中在HA的N端球形區(qū)域（HA head），但這一區(qū)域抗原序列高度可變，因此每個流行季需制備不同亞型的流感疫苗。流感疫苗的最終目標是研發(fā)出一種能夠提供廣譜保護性的通用疫苗。近年來，隨著流感廣譜中和抗體（bnAbs）的發(fā)現(xiàn)[35-36]，這一目標開始變得可行。多數(shù)bnAbs識別的是HA的C端保守性莖部區(qū)域（HA stem）[36]，因此選擇這一區(qū)域作為流感通用疫苗的候選抗原已成為學(xué)術(shù)界的共識。然而，HA分子是流感病毒表面的亞穩(wěn)態(tài)三聚體，僅簡單的去除HA的跨膜區(qū)和HA head，會不可避免地影響HA stem的天然構(gòu)象并導(dǎo)致bnAbs結(jié)合活性的降低[37]。

在對HA三維結(jié)構(gòu)充分認識的基礎(chǔ)上，Yassine等[38]以HA的晶體結(jié)構(gòu)、HA的胞外結(jié)構(gòu)域和Foldon蛋白三聚結(jié)構(gòu)域為設(shè)計起點，通過計算機輔助技術(shù)，對HA進行了6代定向改造（圖2a）。關(guān)鍵步驟包括蛋白酶切位點突變，GSG連接肽替換HA head，HIV-1 gp41三聚體結(jié)構(gòu)域分子對接，HA stem截短與核心區(qū)定點突變等。最終制備出的HA stem（HA-SS）具有三聚體的空間構(gòu)象，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并保留了與bnAbs的高親和力。為進一步提高免疫源性，將HA-SS與幽門螺桿菌的鐵蛋白亞基融合，自組織形成了6價HA-SS的納米粒子（HA-SS-np）（圖2b）。在小鼠和雪貂動物模型中，免疫HA-SS-np能夠產(chǎn)生bnAbs，并對異種亞型流感病毒的致死攻毒具有防御性。

除了改造保護性抗原的保守結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)指導(dǎo)廣譜通用的疫苗設(shè)計的另一個方向是“表位移植”，即將不同亞型抗原的保護性表位進行拼接。fHBP為MenB的保護性抗原，其3個亞型（共超過300個變體）僅有65%的同源性，Scarselli等[39]根據(jù)fHBP的結(jié)構(gòu)和表位信息，以1亞型的保守區(qū)域為骨架，將2、3亞型的非重疊表位整體移植到1亞型fHBP表面。經(jīng)此設(shè)計的fHBP嵌合分子在小鼠體內(nèi)能夠同時激活針對3個亞型的抗體反應(yīng)。

此外，根據(jù)強效廣譜中和性抗體與抗原復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息，研究人員已鑒定出RSV[40]和HIV[41]病毒的關(guān)鍵抗原性位點。由此設(shè)計并制備的RSV融合前F蛋白能夠在體內(nèi)刺激產(chǎn)生廣譜中和性抗體[40]。而HIV的bnAbs的產(chǎn)生機制復(fù)雜，需要免疫系統(tǒng)與不斷突變的HIV病毒長期共進化，雖然目前設(shè)計出的HIV免疫原已有了一定的進步，但要達到理想的免疫效果還有很大挑戰(zhàn)[42]。

2.3 合成生物學(xué)：新型減毒活病毒疫苗

制備減毒活疫苗最大的挑戰(zhàn)是如何盡可能使其無毒，同時又完全保持其感染性以在體內(nèi)引起足夠的免疫反應(yīng)。傳統(tǒng)技術(shù)制備的減毒活疫苗病毒株需要在安全性和有效性上做出取舍，而合成生物學(xué)有望真正實現(xiàn)兩者的兼顧。合成生物學(xué)是近年來快速發(fā)展的生物學(xué)交叉學(xué)科，在工程學(xué)理性設(shè)計的指導(dǎo)下，其目標是重組乃至從頭合成具有特定功能的人工生物系統(tǒng)。目前主要有兩種合成生物學(xué)策略制備減毒活病毒疫苗，即引入非天然氨基酸和在基因組水平重編碼密碼子。

圖2 HA stem從頭設(shè)計[38]

北京大學(xué)周德敏課題組[43]近期采用合成生物學(xué)工具，開發(fā)出一種制備選擇性復(fù)制缺陷流感減毒活疫苗的新技術(shù)，涉及對流感病毒和細胞系的雙向改造（圖3）。首先對野生型流感病毒進行了終止密碼子點突變，改構(gòu)后的流感病毒無法在正常細胞中表達全長的蛋白從而失去了感染能力。而人為改造的細胞能夠?qū)⒔K止密碼子翻譯為非天然氨基酸，流感病毒得以正常組裝復(fù)制。研究表明，PCT引入位點和數(shù)量會影響病毒組裝效率和逃逸概率。當(dāng)引入超過3個PCT時流感病毒在正常細胞的逃逸概率已低于檢測下限，表明安全性高于目前臨床使用的流感減毒活疫苗。對PCT位點和數(shù)量進行優(yōu)化后的流感疫苗在小鼠、豚鼠和雪貂模型中都能刺激產(chǎn)生強烈的體液、黏膜和細胞免疫。其保護性高于傳統(tǒng)方法制備的流感活疫苗和滅活疫苗，甚至對于已感染的野生型流感病毒具有治療功效。

圖3 利用非天然氨基酸翻譯系統(tǒng)制備選擇性復(fù)制缺陷病毒[43]

另一項研究采用了密碼子去優(yōu)化（CPD）策略。通過一種計算機算法，將野生型病毒的密碼子在基因組水平上同義替換為使用概率較低的密碼子。由于不改變氨基酸序列，病毒的抗原性不受影響。在小鼠與非洲綠猴模型中，CPD改造的RSV[44]與臨床使用的減毒疫苗具有相當(dāng)?shù)膹?fù)制受限水平。使用同樣策略對流感病毒的神經(jīng)氨酸酶（NA）和HA進行CPD改造[45]，制備出的減毒活疫苗在小鼠體內(nèi)能夠誘導(dǎo)保護性免疫。

3 展 望

疫苗是人類防控傳染病的重要武器，接種疫苗估計每年可避免超過250萬例死亡[46]。雖然疫苗接種計劃已經(jīng)根除了包括天花和脊髓灰質(zhì)炎在內(nèi)的幾種疾病，但目前仍沒有防控艾滋病、瘧疾等對人類健康具有重大威脅傳染病的疫苗。另外，全球氣候變暖可能加快新發(fā)傳染病的出現(xiàn)和已有病原體的突變頻率，導(dǎo)致需要開發(fā)更多的新型疫苗以應(yīng)對潛在挑戰(zhàn)。埃博拉和寨卡病毒疫情就為全球的公共衛(wèi)生敲響了警鐘，提示研究人員需要未雨綢繆，提前進行候選疫苗的戰(zhàn)略布局和技術(shù)儲備。

滅活或減毒的病原體是最簡單的疫苗形式，這仍然是防控許多疾病如麻疹、腮腺炎和水痘的最佳策略。但滅活的病原體并不總是具有保護性，減毒的病原體也有可能逆轉(zhuǎn)突變并引發(fā)安全性問題。對于傳統(tǒng)疫苗設(shè)計技術(shù)難以突破的病原體，諸如保護組學(xué)分析、結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)和合成生物學(xué)等在內(nèi)的新技術(shù)有望開發(fā)出下一代的新型疫苗。以上提到的疫苗設(shè)計新技術(shù)并不局限于文中所述的病原體，這些設(shè)計理念對于其他的病原體同樣具有借鑒意義。

［1］ HENAO-RESTREPO A M，LONGINI I M，EGGER M，et al. Efficacy and effectiveness of an rVSV-vectored vaccine expressing Ebola surface glycoprotein：interim results from the Guinea ring vaccination cluster-randomised trial[J]. The Lancet，2015，386：857-866.

［2］ BUKREYEV A A，DINAPOLI J M，YANG L，et al. Mucosal parainf uenza virus-vectored vaccine against Ebola virus replicates in the respiratory tract of vector-immune monkeys and is immunogenic[J]. Virology，2010，399（2）：290-298.

［3］ ZHU F C，HOU L H，LI J X，et al. Safety and immunogenicity of a novel recombinant adenovirus type-5 vector-based Ebola vaccine in healthy adults in China：preliminary report of a randomised，double-blind，placebo-controlled，phase 1 trial[J]. The Lancet，2015，385（9984）：2272-2279.

［4］ EWER K，RAMPLING T，VENKATRAMAN N，et al. A monovalent chimpanzee adenovirus Ebola vaccine boosted with MVA[J]. The NewEngland Journal of Medicine，2016，374（17）：1635-1646.

［5］ MILLIGAN I D，GIBANI M M，SEWELL R，et al. Safety and immunogenicity of novel adenovirus type 26- and modif ed vaccinia ankara-vectored Ebola vaccines：a randomized clinical trial[J]. JAMA，2016，315（15）：1610-1623.

［6］ MAHARAJAN M K，RANJAN A，CHU J F，et al. Zika virus infection：current concerns and perspectives[J]. Clinical Reviews in Allergy & Immunology，2016，51（3）：383-394.

［7］ MLAKAR J，KORVA M，TUL N，et al. Zika virus associated with microcephaly[J]. The New England Journal of Medicine，2016，374（10）：951-958.

［8］ RASMUSSEN S A，JAMIESON D J，HONEIN M A，et al. Zika virus and birth defects—reviewing the evidence for causality[J]. The New England Journal of Medicine，2016，374（20）：1981-1987.

［9］ DURBIN A P. Vaccine development for zika virus-timelines and strategies[J]. Seminars in Reproductive Medicine，2016，34（5）：299-304.

［10］ DEJNIRATTISAI W，SUPASA P，WONGWIWAT W，et al. Dengue virus sero-cross-reactivity drives antibody-dependent enhancement of infection with zika virus[J]. Nature Immunology，2016，17（9）：1102-1108.

［11］ MILLS C E，ROBINS J M，LIPSITCH M. Transmissibility of 1918 pandemic inf uenza[J]. Nature，2004，432（7019）：904-906.

［12］ SKOWRONSKI D M，JANJUA N Z，DE SERRES G，et al. Low 2012-13 inf uenza vaccine effectiveness associated with mutation in the egg-adapted H3N2 vaccine strain not antigenic drift in circulating viruses[J]. PLoS One，2014，9（3）：e92153.

［13］ IZIKSON R，LEFFELL D J，BOCK S A，et al. Randomized comparison of the safety of Flublok?versus licensed inactivated inf uenza vaccine in healthy，medically stable adults ≥ 50 years of age[J]. Vaccine，2015，33（48）：6622-6628.

［14］ BHATT S，GETHING P W，BRADY O J，et al. The global distribution and burden of dengue[J]. Nature，2013，496（7446）：504-507.

［15］ MESSINA J P，BRADY O J，SCOTT T W，et al. Global spread of dengue virus types：mapping the 70 year history[J]. Trends in Microbiology，2014，22（3）：138-146.

［16］ REICH N G，SHRESTHA S，KING A A，et al. Interactions between serotypes of dengue highlight epidemiological impact of cross-immunity[J]. Journal of the Royal Society Interface，2013，10（86）：20130414.

［17］ GUY B，BARRERE B，MALINOWSKI C，et al. From research to phase Ⅲ：preclinical，industrial and clinical development of the Sanof Pasteur tetravalent dengue vaccine[J]. Vaccine，2011，29（42）：7229-7241.

［18］ CAPEDING M R，TRAN N H，HADINEGORO S R，et al. Clinical eff cacy and safety of a novel tetravalent dengue vaccine in healthy children in Asia：a phase 3，randomised，observer-masked，placebo-controlled trial[J]. The Lancet，2014，384（9951）：1358-1365.

［19］ VILLAR L，DAYAN G H，ARREDONDO-GARCIA J L，et al. Efficacy of a tetravalent dengue vaccine in children in Latin America[J]. The New England Journal of Medicine，2015，372（2）：113-123.

［20］ SOLOMON T，LEWTHWAITE P，PERERA D，et al. Virology，epidemiology，pathogenesis，and control of enterovirus 71[J]. The Lancet Infectious Diseases，2010，10（11）：778-790.

［21］ ZHANG Y，ZHU Z，YANG W，et al. An emerging recombinant human enterovirus 71 responsible for the 2008 outbreak of hand foot and mouth disease in Fuyang city of China[J]. Virology Journal，2010，7：94.

［22］ ZHU F C，MENG F Y，LI J X，et al. Efficacy，safety，and immunology of an inactivated alum-adjuvant enterovirus 71 vaccine in children in China：a multicentre，randomised，double-blind，placebo-controlled，phase 3 trial[J]. The Lancet，2013，381（9882）：2024-2032.

［23］ COHN A C，MACNEIL J R，CLARK T A，et al. Prevention and control of meningococcal disease：recommendations of the advisory committee on immunization practices（ACIP）[J]. MMWR Recommendations and Reports，2013，62（RR02）：1-22.

［24］ PORRAS M C. Meningococcal disease[J]. The New England Journal of Medicine，2001，345（9）：700.

［25］ HALPERIN S A，BETTINGER J A，GREENWOOD B，et al. The changing and dynamic epidemiology of meningococcal disease[J]. Vaccine，2012，30（Suppl 2）：B26-B36.

［26］ FINNE J，LEINONEN M，MAKELA P H. Antigenic similarities between brain components and bacteria causing meningitis. Implications for Vaccine Development and Pathogenesis[J]. The Lancet，1983，2（8346）：355-357.

［27］ FLETCHER L D，BERNFIELD L，BARNIAK V，et al. Vaccine potential of the Neisseria meningitidis 2086 lipoprotein[J]. Infection and Immunity，2004，72（4）：2088-2100.

［28］ RICHMOND P C，MARSHALL H S，NISSEN M D，et al. Safety，immunogenicity，and tolerability of meningococcal serogroup B bivalent recombinant lipoprotein 2086 vaccine in healthy adolescents：a randomised，single-blind，placebo-controlled，phase 2 trial[J]. The Lancet Infectious Diseases，2012，12（8）：597-607.

［29］ SERRUTO D，BOTTOMLEY M J，RAM S，et al. The new multicomponent vaccine against meningococcal serogroup B，4CMenB：immunological，functional and structural characterization of the antigens[J]. Vaccine，2012，30（Suppl 2）：B87-B97.

［30］ PERRETT K P，MCVERNON J，RICHMOND P C，et al. Immune responses to a recombinant，four-component，meningococcal serogroup B vaccine （4CMenB） in adolescents：a phaseⅢ，randomized，multicentre，lot-to-lot consistency study[J]. Vaccine，2015，33（39）：5217-5224.

［31］ PIZZA M，SCARLATO V，MASIGNANI V，et al. Identif cation ofvaccine candidates against serogroup B meningococcus by wholegenome sequencing[J]. Science，2000，287（5459）：1816-1820.

［32］ ALTINDIS E，COZZI R，DI PALO B，et al. Protectome analysis：a new selective bioinformatics tool for bacterial vaccine candidate discovery[J]. Molecular & Cellular Proteomics，2015，14（2）：418-429.

［33］ LANZAVECCHIA A，F(xiàn)RUHWIRTH A，PEREZ L，et al. Antibodyguided vaccine design：identification of protective epitopes[J]. Current Opinion in Immunology，2016，41：62-67.

［34］ MCLELLAN J S，CHEN M，JOYCE M G，et al. Structure-based design of a fusion glycoprotein vaccine for respiratory syncytial virus[J]. Science，2013，342（6158）：592-598.

［35］ CORTI D，VOSS J，GAMBLIN S J，et al. A neutralizing antibody selected from plasma cells that binds to group 1 and group 2 inf uenza A hemagglutinins[J]. Science，2011，333（6044）：850-856.

［36］ EKIERT D C，F(xiàn)RIESEN R H，BHABHA G，et al. A highly conserved neutralizing epitope on group 2 influenza A viruses[J]. Science，2011，333（6044）：843-850.

［37］ COHEN J. Immunology. A once-in-a-lifetime f u shot?[J]. Science，2013，341（6151）：1171.

［38］ YASSINE H M，BOYINGTON J C，MCTAMNEY P M，et al. Hemagglutinin-stem nanoparticles generate heterosubtypic inf uenza protection[J]. Nature Medicine，2015，21（9）：1065-1070.

［39］ SCARSELLI M，ARICO B，BRUNELLI B，et al. Rational design of a meningococcal antigen inducing broad protective immunity[J]. Science Translational Medicine，2011，3（91）：91ra62.

［40］ CORREIA B E，BATES J T，LOOMIS R J，et al. Proof of principle for epitope-focused vaccine design[J]. Nature，2014，507（7491）：201-206.

［41］ JARDINE J，JULIEN J P，MENIS S，et al. Rational HIV immunogen design to target specif c germline B cell receptors[J]. Science，2013，340（6133）：711-716.

［42］ BURTON D R，HANGARTNER L. Broadly neutralizing antibodies to HIV and their role in vaccine design[J]. Annual Review of Immunology，2016，34：635-659.

［43］ SI L，XU H，ZHOU X，et al. Generation of inf uenza A viruses as live but replication-incompetent virus vaccines[J]. Science，2016，354（6316）：1170-1173.

［44］ LE NOUEN C，BROCK L G，LUONGO C，et al. Attenuation of human respiratory syncytial virus by genome-scale codon-pair deoptimization[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2014，111（36）：13169-13174.

［45］ YANG C，SKIENA S，F(xiàn)UTCHER B，et al. Deliberate reduction of hemagglutinin and neuraminidase expression of influenza virus leads to an ultraprotective live vaccine in mice[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110（23）：9481-9486.

［46］ DE GREGORIO E，RAPPUOLI R. From empiricism to rational design：a personal perspective of the evolution of vaccine development[J]. Nature Reviews Immunology，2014，14（7）：505-514.

Novel vaccines and next generation technologies of vaccine design

YANG Yilong，XU Junjie
Laboratory of Vaccine and Antibody Engineering, Beijing Institute of Biotechnology, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100071, China

Vaccination is one of the most successful medical interventions in human history. In recent years, vaccine research and development（R&D）has made signif cant progress. A variety of novel vaccines against major infectious diseases were licensed in domestic and international markets. However, vaccine R&D still face great challenges. There are many shortcomings in the traditional vaccine design technologies. So far, no vaccines can be used to prevent and control infectious diseases such as AIDS, malaria, and Zika virus which pose major threats to human health. With the advancement of bioinformatics and structural biology, new research directions such as protectome analysis, structural vaccinology and synthetic biology have emerged in the f eld of vaccine design, which provide novel platforms for the design of new vaccines in the future.

novel vaccines; vaccine design; protectome analysis; structural vaccinology; synthetic biology

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.02.006

楊益隆，博士，助理研究員，主要從事疫苗設(shè)計新技術(shù)研究。E-mail：yyl_pku@126.com

國家傳染病防治科技重大專項資助（2016ZX10004001）