单针疫苗：控制释放技术模拟反复免疫

摘要 消除疾病最有效的方法是使用疫苗，但常需要反复免疫。单针疫苗能自动提供反复接种。一种方法是研制能在注射后1～6月脉冲式释放疫苗抗原的注射用控释微球。释放时间取决于聚合物降解速率，降解速率则由聚合物成分和分子量所决定。这种控释技术可在一次免疫后提供完全疾病防御作用。

　　理想的疫苗技术包含单次免疫后能提供完全、长期保护作用的疫苗。这种疫苗技术的其他特性还包括：（1）高温下的稳定性，以减少或无需冷藏；（2）低生产成本以便广泛使用；（3）此项技术对大多数现有疫苗的普遍适用性。

　　目前推荐儿童在数年内进行多种疾病的免疫接种。多数疫苗需反复接种以确保完全的保护作用。不幸的是，发展中国家、城市暂住人口和农村地区的儿童往往不能获得所需的加强免疫。不能完成全程免疫的主要原因是贫穷或难以获得医疗保健、对加强免疫的重要性宣传不足以及在文化和社会上对疫苗的误解。美国及其他国家正通过疫苗接种活动来解决这些问题，但单针疫苗（SAV）可能是最好的解决办法。

　　近20年来，一些学者已经研究了开发SAV的可能性。主要方法包括使用编码病原体全部或部分基因组的病毒载体、携带病原体组分基因的DNA载体和能在选定时间释放抗原的控释疫苗。甲型肝炎疫苗是一种能提供长期保护作用的病毒疫苗，最近已获准用于人体；该疫苗采用灭活的完整甲型肝炎病毒颗粒诱生保护作用。目前这种方法在病毒疫苗中还不常见。其他方法则集中于重新设计表达疾病抗原的病毒载体（如腺病毒），但这些方法还不能产生SAV。由于DNA载体能诱生抗特定抗原的体液和细胞免疫应答，因而用DNA载体进行免疫接种已倍受重视，但DNA载体作为SAV潜力不足，在大多数情况下需以抗原或DNA进行加强免疫才能获完全保护。

　　控释疫苗技术是达到SAV最有希望的方法。已用几种方法进行疫苗抗原的控制释放，脂质体、单层囊、乳剂和聚合物均已进行了单针免疫载体的试验。由于脂质体、脂囊、乳剂在体内不稳定，这些系统仅能产生对抗原的一次接触，通常需要加强免疫才能获得对疾病的防御作用。聚合物系统对疫苗的递送已研究了20多年，证明有希望用作SAV。本文就这种疫苗技术作为未来反复免疫的替代方法作一综述。

　　控释亚单位抗原疫苗

　　因为非生物降解的聚合物和植入物需侵入性手术过程，所以理想的聚合物系统应是可注射的生物降解聚合物。现有几种可用于控释疫苗的候选聚合物。合成的可生物降解聚合物因其各种组成的可重复性和可利用性而更适于商用。最常用的是聚乳酸乙醇酸（PLGA），现主要用作可吸收的缝合材料、骨板和商售儿童用微球制剂。已有人用PLGA研制SAV。

　　为把疫苗抗原包裹于聚合物基质中，必须将抗原与聚合物混合。但是PLGA不溶于水，混合时需高温或有机溶剂。制备时将匀质PLGA-控原-有机溶剂溶液或硅油中的乳化剂混合，此步去除了有机溶剂使得抗原包裹于PLGA微球中，随后干燥以去除残余有机溶剂（硅油则用庚烷去除）。使用前微球以干粉形式储存于小瓶中。

　　在干燥微球再水化时，微球表面及附近的抗原就可扩散到微球周围的介质或组织中。随后抗原继续扩散出微球（持续释放）或因缺乏抗原扩散孔或通道而进入滞留期（脉冲释放）。一段时间后，水催化PLGA的酯水解。形成大量抗原扩散孔并进入第二次扩散期，可与第一次扩散期分开（三阶段释放）或重叠（持续释放）。

　　已利用PLGA微球持续释放抗原研制出几种疫苗制剂。在动物试验中，这些疫苗在单针免疫后诱导的抗体水平与传统疫苗多次免疫相同。然而疫苗抗原的持续释放没有模拟现有疫苗所用的方式。另外，虽然在动物中1型人类免疫缺陷症病毒疫苗抗原糖蛋120（gp120）脉冲式释放能诱生与反复免疫相同的免疫应答，但持续释放的效果低于反复大量免疫。因此获得与反复免疫相仿的免疫应答所需的释放方式似取决于所用的抗原。

　　模拟反复免疫

　　如果可能，SAV技术应能重复对现有疫苗免疫方案的免疫应答。一种方法是采用脉冲式释放疫苗抗原的控释PLGA微球，每次抗原的脉冲释放可代替一次加强免疫。这种系统的设计是基于PLGA微球的抗原缓解。

　　PLGA微球第一和第二次释放之间的延滞时间主要取决于PLG A的特性和制备方法。为获得抗原释放上的时间差，PLGA中的抗原容量必须很小（小于1ml抗原/g pLGA），这样在聚合物大量降解前有大的聚合物屏障阻止抗原扩散。聚合物的降解速率取决于其组成和分子量。随着分子量（固有粘度）的增加或乳酸含量增加50%（摩尔）以上，两次释放的时间间隔也增加。如在固有粘度相似的情况下（0.17和0.21dl/g），将乳酸含量从50%增加到75%，则第二次释放的时间间隔加倍。在聚合物组成相同的情况下，当固有粘度从0.17增加到0.62dl/g时，第二次释放时间从50天延迟到80天。这些结果表明有可能在初次免疫后1～6个月获得抗原脉冲释放。

　　对这种微球制剂的抗体应答表明，假设在接触抗原后7～14天内抗体应答较高，体内外抗原脉冲释放的时间大致相同。另外，动物接种gp120 pLGA微球后产生的病毒中和抗体应答等于或大于反复免疫的动物。这些制剂不产生类似于加强免疫的非连续性抗原脉冲释放，而是提供数周时间抗原脉冲释放。以gp120为例，一次免疫后诱生的中和抗体应答持续1年。在疟疾传播阻断抗原（TBV25H）疫苗中也见到类似结果，用常规明矾佐剂疫苗三次免疫后仍不能诱生完全保护；而用TBV25H pLGA微球一次免疫，在抗原脉冲释放约40天后就可诱导完全保护。所以有可能用脉冲式释放抗原的PLGA微球一次免疫获得长期免疫力。

　　为了达到多次脉冲释放抗原从而完全省去加强免疫，可将微球制成在需要的时间释放抗原。例如，乙型肝炎SAV由包裹于分别在免疫后1和6个月释放抗原的两种不同微球制品的乙型肝炎抗原组成。这些制品以干粉形式混合后装入瓶中。使用时将瓶中组分重溶并与现有疫苗（用于初次免疫）混合由医务人员注射。这样6个月后不需要额外免疫就可诱导完全的保护作用。

　　这种方法或其他SAV的危险性是在注射后即刻或抗原释放后可能产生对抗原的过敏反应。用于结核病（迟发型超敏试验）等的皮肤试验可用于检测有潜在过敏反应的个体。然而在第一和第二次抗原释放之间接触小剂量抗原有可能解决这个问题。只有临床试验足以说明这个潜在的危险。

　　建立疫苗用控释系统的关键问题

　　欲使疫苗控释技术得以成功，必须解决各抗原的关键问题。尤其是制备PLGA微球时要求使用有可能降解抗原的剧烈溶剂。微球中的抗原在体内由于生理环境（温度、pH值、渗透强度）的影响也可能降解。所以必须在微球包裹时及嗣后释放时保持抗原稳定。添加剂（如糖、表面活性剂等）可保护抗原免遭溶剂变性。另外，可将抗原保存于油性环境中以避免水引起的降解。然而防止微球内抗原的降解则更难保证。最近研究发现将治疗性蛋白维持在天然不溶性凝聚物状态或赋形剂复合物形式形式可减少或防止其在释放前降解。

　　另一个重要问题是生产无菌的人用微球。因为微球直径0.22μm滤膜过滤除菌。使用电子束或γ射线对微球作终末灭菌可导致PLGA和抗原降解。这样，微球必须以无菌操作法生产。一种方法是屏障技术，使用以气化过氧化氢灭菌的隔离器，将各组分除菌过滤后进入隔离器，在隔离器中生产、干燥微球并分装到无菌小瓶中。小瓶加盖后从隔离器中取出，并检查微球的无菌状况，方法是表面检测（在培养液中培育）和溶解于温和的有机溶剂（如二甲基亚砜）以释放微球中的孢子。这些方法加上正确的操作控制可确保成品微球无菌。

　　如上所述，包含抗原的聚合物微球的制备要求使用有机溶剂来溶解聚合物并使其与抗原混合。有机溶剂（如二氯甲烷）常有毒性，在成品微球中的含量应降到极低水平。现行国际标准是6mg/剂，以前更低为140μg/剂。这些剂量要求微球中二氯甲烷含量小于500ppm，这取决于抗原剂量和微球中的抗原含量。可在低（2～8℃）到中等（30℃）温度时在真空下或用氮气净化充分干燥微球来达到这些水平。此外，可用毒性较低的乙酸乙酯代替二氯甲烷，但是它的挥发性较差不易从微球中去除，某些PLGA成分在乙酸乙酯中溶解性差。 另一个安全性问题是微球在局部注射部位引起反应。无菌注射PLGA微球常导致局部炎症反应（可能对疫苗有用），接着是一般的异物反应，引起微球周围纤维化，注射部位也可发生红肿，但这些反应通常轻微，随时间的推移而消退。微球留存在注射部位直到聚合物完全降解。微球可皮下或肌肉注射；事实上，大多数疫苗是肌肉注射。

　　总结与展望

　　SAV技术的发展为取代现在反复免疫的疫苗创造了机会。克服控释疫苗方法中的一些关键性难点将可使聚合物储存疫苗的销售成为现实。然而，目前SAV还不符合理想标准。例如，许多现有疫苗不是亚单位抗原而是杀死或灭活的全病毒；控释疫苗技术还只适用于此类疫苗。此外，用于生产疫苗的聚合物保存于室温或高于室温时可发生变化（如融合），因而要求冷藏以保证产品的完整性和重现性。最后，虽然聚合物原材料较便宜（3～7美元/g,通常1剂＜100mg），但生产费用可能较高。提高产量和扩大规模应有助于降低这些成本。

　　虽然PLGA微球的SAV方法不能满足理想疫苗的所有标准，但作为减少免疫次数和增加整体依从性的方法具有光明的前景。这些疫苗制剂将为全球卫生保健的改进作出巨大贡献。