酵母居然是 “疫苗工廠”？乙肝、HPV 疫苗都靠它，未來(lái)還能對(duì)付更多傳染??！

摘要;提到酵母，很多人第一反應(yīng)是釀酒、發(fā)面的微生物。但你可能不知道，這種不起眼的單細(xì)胞生物早已成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的 “明星選手”——它是生產(chǎn)乙肝、HPV 等熱門(mén)疫苗的核心平臺(tái)，還在動(dòng)物防疫和新型傳染病疫苗研發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將用通俗易懂的語(yǔ)言，帶你了解酵母疫苗的發(fā)展歷程、核心優(yōu)勢(shì)、生產(chǎn)流程，以及它在人類和動(dòng)物健康領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來(lái)潛力，揭開(kāi)這個(gè) “微型疫苗工廠” 的神秘面紗。

一、傳統(tǒng)疫苗的困境，酵母疫苗的崛起

在酵母疫苗登場(chǎng)前，傳統(tǒng)疫苗一直面臨著諸多難題。我們熟知的常規(guī)疫苗，要么是用滅活或減毒的完整病原體制成，要么是提取病原體的部分抗原成分，雖然能起到免疫保護(hù)作用，但缺點(diǎn)很明顯：使用減毒病原體可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)過(guò)程需要專業(yè)人員操作，還得全程冷鏈運(yùn)輸，而且研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高。更麻煩的是，抗生素的濫用導(dǎo)致抗菌素耐藥性日益嚴(yán)重，讓傳染病防控陷入更大挑戰(zhàn)。

這時(shí)，重組 DNA 技術(shù)的出現(xiàn)改變了疫苗研發(fā)的格局，而酵母成為了這項(xiàng)技術(shù)的 “最佳搭檔”。1982 年，科學(xué)家首次在酵母中成功生產(chǎn)出乙肝病毒表面抗原，這一突破讓疫苗生產(chǎn)進(jìn)入了新紀(jì)元。與傳統(tǒng)疫苗相比，酵母疫苗有著天然優(yōu)勢(shì)：它沒(méi)有 endotoxin（內(nèi)毒素）污染風(fēng)險(xiǎn)，生長(zhǎng)速度快、 biomass yield（生物量產(chǎn)量）高，還能高效表達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重組蛋白。更重要的是，酵母作為 eukaryotic cell（真核細(xì)胞），能完成細(xì)菌難以實(shí)現(xiàn)的 post-translational modification（翻譯后修飾），讓生產(chǎn)出的疫苗更接近天然抗原的結(jié)構(gòu)，免疫效果更優(yōu)。

如今，酵母疫苗已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，成為人類和動(dòng)物疫苗的重要生產(chǎn)平臺(tái)，為傳染病防控提供了更安全、高效的解決方案。

二、酵母 “造疫苗” 的核心密碼：基因工程與生產(chǎn)流程

酵母能成為優(yōu)秀的 “疫苗工廠”，離不開(kāi)兩大核心技術(shù)支撐：精準(zhǔn)的 genetic engineering tools（基因工程工具）和高效的 downstream processing（下游加工流程）。

（一）基因工程：給酵母裝上 “疫苗生產(chǎn)程序”

要讓酵母生產(chǎn)特定疫苗，首先得對(duì)它進(jìn)行 “基因改造”。早在 1978 年，科學(xué)家就成功實(shí)現(xiàn)了酵母的基因轉(zhuǎn)化，通過(guò)將 foreign DNA（外源 DNA）導(dǎo)入酵母細(xì)胞，讓它獲得表達(dá)目標(biāo)抗原的能力。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。

科學(xué)家會(huì)為酵母設(shè)計(jì)專用的 plasmid（質(zhì)粒）—— 相當(dāng)于 “基因載體”，上面攜帶了目標(biāo)疫苗的抗原基因、啟動(dòng)子等關(guān)鍵元件。根據(jù)復(fù)制方式不同，質(zhì)粒分為含 centromere sequence（著絲粒序列）的單拷貝質(zhì)粒和含 2μ 復(fù)制起點(diǎn)的多拷貝質(zhì)粒，后者能讓酵母細(xì)胞高效表達(dá)抗原蛋白。

啟動(dòng)子則是控制基因表達(dá)的 “開(kāi)關(guān)”，常用的有 constitutive promoter（組成型啟動(dòng)子）如 GAP、TEF，和 inducible promoter（誘導(dǎo)型啟動(dòng)子）如 AOX1。其中，甲醇誘導(dǎo)的 AOX1 啟動(dòng)子應(yīng)用最廣，能讓目標(biāo)蛋白產(chǎn)量占到細(xì)胞總蛋白的 30%，為大規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

（二）下游加工：從酵母細(xì)胞中 “提純” 疫苗

酵母表達(dá)出抗原后，還需要一系列復(fù)雜的 purification（純化）流程才能制成疫苗。這個(gè)過(guò)程被稱為下游加工，其成本占疫苗總生產(chǎn)成本的 80%，是決定疫苗質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先通過(guò)離心、過(guò)濾等方式去除酵母細(xì)胞，澄清發(fā)酵液；接著用 chromatography（層析技術(shù)）—— 比如離子交換層析、親和層析等 —— 分離和純化抗原，去除 β- 葡聚糖等可能引發(fā)免疫風(fēng)險(xiǎn)的雜質(zhì)。對(duì)于需要形成 virus-like particles（VLPs，病毒樣顆粒）的疫苗，還要優(yōu)化組裝條件，確保其結(jié)構(gòu)完整、免疫原性良好。

最后，還要經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性測(cè)試（如凍融、凍干循環(huán)）、蛋白完整性檢測(cè)（SDS-PAGE、Western blot）等質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，并且全程遵循 Good Manufacturing Practice（GMP，良好生產(chǎn)規(guī)范），確保疫苗的安全性和有效性。

（三）酵母與大腸桿菌：疫苗生產(chǎn)的 “兩大主力” 對(duì)比

目前，大腸桿菌也是常用的疫苗表達(dá)系統(tǒng)，它和酵母各有優(yōu)勢(shì)。大腸桿菌生長(zhǎng)快、成本低，能實(shí)現(xiàn)高蛋白產(chǎn)量，但無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的翻譯后修飾，適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的抗原；而酵母能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重組蛋白，且無(wú)內(nèi)毒素污染，尤其適合生產(chǎn) VLPs 類疫苗，比如乙肝、HPV 疫苗。選擇哪種系統(tǒng)，主要取決于目標(biāo)疫苗的蛋白特性。

三、人類疫苗：酵母生產(chǎn)的 “明星產(chǎn)品”

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已有多款酵母表達(dá)的疫苗獲得全球主流機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，走進(jìn)大眾生活，還有更多候選疫苗在臨床試驗(yàn)中穩(wěn)步推進(jìn)。

（一）已上市的經(jīng)典疫苗

乙肝疫苗：全球首款酵母表達(dá)的人類疫苗，采用 Saccharomyces cerevisiae（釀酒酵母）或 Hansenula polymorpha（多形漢遜酵母）生產(chǎn)，通過(guò)表達(dá)乙肝病毒表面抗原（HBsAg）制成，保護(hù)率超過(guò) 95%，有效遏制了乙肝的傳播。

HPV 疫苗：包括針對(duì) 6、11、16、18 等型別的二價(jià)、四價(jià)、九價(jià)疫苗，利用酵母表達(dá) HPV 的 L1 蛋白，組裝成 VLPs，能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生高水平中和抗體，預(yù)防宮頸癌等疾病。中國(guó)自主研發(fā)的上海澤潤(rùn)（Walvax）等 HPV 疫苗，也采用酵母表達(dá)系統(tǒng)，已獲批上市或進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

瘧疾疫苗：WHO 推薦的 Mosquirix?和 R21/Matrix-M?疫苗，均為酵母表達(dá)的重組疫苗。其中 R21 疫苗采用 Komagataella phaffii（巴斯德畢赤酵母）生產(chǎn)，通過(guò)融合瘧原蟲(chóng)環(huán)子孢子蛋白和乙肝表面抗原，搭配 Matrix-M?佐劑，能激發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，為瘧疾 endemic regions（流行地區(qū)）的兒童提供保護(hù)。

（二）臨床試驗(yàn)中的候選疫苗

目前，還有多款酵母表達(dá)的疫苗在臨床試驗(yàn)中，涵蓋 HPV 高風(fēng)險(xiǎn)型別、新型冠狀病毒、流感等疾病。例如，針對(duì) HPV 52 型的疫苗候選物，采用多形漢遜酵母生產(chǎn) VLPs，已完成部分臨床前研究；針對(duì) SARS-CoV-2 的重組 RBD 疫苗，通過(guò)優(yōu)化酵母表達(dá)系統(tǒng)，去除不必要的糖基化位點(diǎn)，大幅提升了中和抗體水平。

下表列出了部分已獲批或在研的酵母表達(dá)人類疫苗（表格來(lái)源：原文表 1、表 2）：

四、動(dòng)物疫苗：酵母守護(hù)畜牧業(yè)的 “新力量”

除了人類疫苗，酵母表達(dá)系統(tǒng)在動(dòng)物防疫中也發(fā)揮著重要作用，尤其在 livestock（家畜）、poultry（家禽）、aquaculture（水產(chǎn)）等領(lǐng)域，為防控傳染病提供了新方案。

目前，商業(yè)化的動(dòng)物酵母疫苗主要針對(duì) cattle ticks（牛蜱），如古巴的 Gavac?、澳大利亞的 TickGARD?，均采用巴斯德畢赤酵母表達(dá)牛蜱的 Bm86 腸道抗原。這類疫苗通過(guò)誘導(dǎo)牛產(chǎn)生特異性抗體，當(dāng)蜱吸血時(shí)，抗體能破壞其腸道細(xì)胞，降低蜱的存活率、產(chǎn)卵量和繁殖力，從而減少蜱傳疾病的傳播。實(shí)際應(yīng)用中，這類疫苗能減少 87% 的殺螨劑使用，每頭奶牛每年可節(jié)省 23.4 美元，同時(shí)降低環(huán)境污染。

此外，還有多款候選疫苗在研發(fā)中：針對(duì)雞的禽腺病毒、球蟲(chóng)病疫苗，針對(duì)魚(yú)類的鯉皰疹病毒疫苗，針對(duì)豬的圓環(huán)病毒 2 型、非洲豬瘟疫苗，以及針對(duì)寵物的犬瘟熱、貓傳染性腹膜炎疫苗等，均采用酵母表達(dá)系統(tǒng)，部分已在預(yù)臨床研究中顯示出良好的免疫保護(hù)效果。

五、酵母疫苗的挑戰(zhàn)與未來(lái)方向

盡管酵母疫苗優(yōu)勢(shì)顯著，但仍面臨一些技術(shù)瓶頸，科學(xué)家也在不斷探索解決方案，推動(dòng)其持續(xù)發(fā)展。

（一）當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)

糖基化修飾問(wèn)題：酵母的 glycosylation pattern（糖基化模式）與人類細(xì)胞不同，高甘露糖型 N - 聚糖可能影響抗原的免疫原性和穩(wěn)定性，甚至引發(fā)過(guò)敏反應(yīng)。

VLPs 組裝與分泌：部分 VLPs 在酵母細(xì)胞內(nèi)積累，需要破碎細(xì)胞才能提取，增加了純化難度和成本；且酵母難以生產(chǎn) enveloped VLPs（包膜病毒樣顆粒）。

產(chǎn)量與純化效率：復(fù)雜抗原的表達(dá)量仍有提升空間，下游純化流程復(fù)雜、成本高，是產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸。

（二）未來(lái)發(fā)展方向

為解決這些問(wèn)題，科學(xué)家正在從多個(gè)方向突破：

糖基化工程：通過(guò)基因編輯技術(shù)敲除酵母中參與甘露糖修飾的基因，或引入人類糖基化相關(guān)基因，讓酵母生產(chǎn)出更接近人類細(xì)胞糖基化模式的抗原。

優(yōu)化 VLPs 生產(chǎn)：利用信號(hào)肽引導(dǎo) VLPs 分泌到細(xì)胞外，簡(jiǎn)化純化流程；通過(guò)共表達(dá)多個(gè)抗原基因，構(gòu)建多價(jià) VLPs 疫苗，實(shí)現(xiàn) “一劑多防”。

開(kāi)發(fā)新型啟動(dòng)子與載體：尋找比 AOX1 更高效、更安全的啟動(dòng)子，設(shè)計(jì)穩(wěn)定性更高、拷貝數(shù)更可控的質(zhì)粒載體，提升抗原表達(dá)量。

拓展酵母種類：除了常用的釀酒酵母、畢赤酵母，科學(xué)家還在探索乳酸克魯維酵母、解脂耶氏酵母等新型酵母，為不同抗原提供更適配的表達(dá)系統(tǒng)。

下圖展示了酵母疫苗生產(chǎn)的局限性與未來(lái)發(fā)展方向（圖表來(lái)源：原文圖 1）：

六、結(jié)語(yǔ)：酵母疫苗的未來(lái)，值得期待

從首次表達(dá)乙肝病毒抗原，到如今成為乙肝、HPV、瘧疾等疫苗的核心生產(chǎn)平臺(tái)，酵母用幾十年的時(shí)間證明了自己在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的價(jià)值。它兼具細(xì)菌的高效生長(zhǎng)特性和真核細(xì)胞的翻譯后修飾能力，既保證了疫苗的安全性和有效性，又降低了生產(chǎn)成本，尤其適合資源有限地區(qū)的傳染病防控。

隨著基因編輯、糖基化工程等技術(shù)的不斷進(jìn)步，酵母疫苗的表達(dá)效率、抗原質(zhì)量將進(jìn)一步提升，應(yīng)用范圍也會(huì)不斷擴(kuò)大 —— 不僅能應(yīng)對(duì)已知傳染病，還能快速響應(yīng)新冠病毒這類新發(fā)、突發(fā)傳染病，為人類和動(dòng)物健康構(gòu)建更堅(jiān)固的免疫屏障。

這個(gè)曾經(jīng)只用于釀酒、發(fā)面的 “小家伙”，如今已成為守護(hù)全球健康的 “隱形英雄”。未來(lái)，酵母疫苗還會(huì)帶來(lái)哪些驚喜？讓我們一起期待這個(gè) “微型疫苗工廠” 的更多可能！

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