疫苗是如何生产出来的？

明末清初，中国很多医生为儿童接种人痘。分为两种方法，其一是将天花病人穿过的衣服给儿童穿，其二是将天花病人的痘痂风干研成粉末，用小管吹入儿童鼻孔。其做法无意中契合了疫苗的原理。用现代医学的角度分析，天花病人穿过的衣服或痘痂粉末中含有失活的天花病毒，有可能诱导产生特异性免疫应答。但这种做法只是经验性的，没有形成标准化、体系化的科学治疗方法。

疫苗一词“vaccine”源自于爱德华·金纳所使用的牛痘。“vacca”为拉丁文，意即牛。疫苗是将病原微生物（如细菌、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用转基因等方法制成的用于预防传染病的自动免疫生物制剂，可提供对特定传染病的有效获得性免疫。目前，中国的疫苗分为两大类：一类苗和二类苗。第一类疫苗是指政府免费向公民提供，公民应当依照政府的规定接种的疫苗。像儿童接种的卡介苗，脊灰疫苗等等属于此类。第二类疫苗是指由公民自费并且自愿接种的其他疫苗，如狂犬病疫苗。那么现代疫苗是如何生产出来的呢？首先我们来看一下流感疫苗的生产过程。

流感疫苗是目前世界上需求量最大的疫苗，这是因为流感病毒变异快，大规模有效预防流感需要每年都接种流感疫苗。根据疫苗的原理，疫苗其实也是一种“病毒”，属于被生产者处理过的“病毒”，这种“病毒”本身不再含有毒性，但是保留了病毒刺激我们免疫系统的特性，能够让我们身体免疫系统产生一些保护物质。当机体再次接触到这种病菌时，就有记忆能够迅速抵抗病菌，即获得了免疫力。因此，生产疫苗就需要先获得大量的病毒。病毒不能脱离宿主细胞而独立复制（繁殖），那么就需要找到一种能够繁殖病毒的细胞系。

大部分流感疫苗是用鸡胚细胞来生产的。根据美国CDC发布的一项信息，2019-2020流感季美国共提供了近1.75亿剂流感疫苗，其中82%是基于鸡蛋生产的。从鸡胚变成疫苗，是一个复杂的过程。其中的生物基础是，初步孵化的受精鸡蛋中的鸡胚是一种良好的病毒“孵育”基，只要把流感毒株注射到经过照检和消毒的鸡胚中，送入到恒温的孵化器里，病毒就可以感染其中的细胞并大量繁殖。之后再经过12至18小时的冷藏降温后，“病毒鸡胚”被送入收获车间，鸡胚中的液体成分被吸入密闭容器，成为疫苗的主要成分。后续疫苗里的所有活病毒将被杀死（灭活疫苗技术），确保不会致病。再经过多道纯化以及裂解工艺，形成疫苗原液。但这只是一种病毒的疫苗原液生产过程。目前我国主流的流感疫苗分三价和四价两种，三价疫苗含三种病毒组分（可以对抗三种病毒），四价疫苗含四种病毒组分。每一种病毒的疫苗原液都要单独生产，然后再通过精准配比，制成三价或四价疫苗。

新冠病毒灭活疫苗与上述流感疫苗类似，首先需要培养大量的新冠病毒活病毒。但是培养载体却不是鸡胚，而是Vero细胞。使用鸡胚细胞培养病毒的一个基本条件是这种病毒可以感染鸡胚细胞并在其中大量复制，即病毒进入宿主细胞需要特定的“通行证”。就新冠病毒而言，这个通行证是人类或其他一些哺乳动物细胞膜上的ACE2受体。由于鸡胚细胞没有这种受体，故新冠疫苗不能使用鸡蛋来生产。Vero细胞是非洲绿猴肾脏上皮细胞中培养和分离出来的，能够持续大量繁殖。狂犬病疫苗既可以用鸡胚细胞来生产，也可以用Vero细胞来生产。

整个过程就是在生物反应器中大量培养Vero细胞，然后将选好的新冠病毒毒株注射到生物反应器中，使得这些Vero细胞感染新冠病毒，从而能够快速繁殖出大量的新冠病毒。在得到足够浓度和数量的新冠病毒后就需要对这些病毒进行灭活（杀死）。但此时，灭活的细胞还是和Vero细胞以及灭火剂混合在一起，需要经过进一步的分离纯化，除去杂质后才能用来做疫苗。在灭活病毒纯化后，下一步就是将病毒稀释到一定的浓度，然后加入一些辅助剂就做成了疫苗制剂。这些疫苗经过进一步的质量检测，确保合格后装瓶打包，上市销售。这里毒株的选择很重要，一旦病毒发生了很大的变异，造成已有的疫苗无效，就需要重新选择新的变异毒株来生产疫苗。研究表明国内的灭活疫苗对很多变异毒株具有保护作用。相比于mRNA疫苗，灭活疫苗可以在2-8度的条件下保存和运输，而mRNA疫苗需要在-70度左右保存和运输。缺点就是灭活需要生产活病毒，而mRNA疫苗只需要生产新冠病毒的关键基因序列。

最后，总结下目前为止生产疫苗的三代技术。第一代包括减毒活疫苗和灭活疫苗。减毒活疫苗是选取自然界中发现的与其高度同源且致病力极低甚至不致病的病毒株，或者通过实验室不断扩增病毒并选育出那些因为自身突变导致致病力显著下降的毒株，进而制成疫苗。例如爱德华·詹纳发现牛奶厂挤奶女工手部感染了牛痘，从而获得了对天花的免疫力。进而将牛痘提取物（包含活的牛痘病毒）接种给儿童，成功使其获得了对天花的免疫力，这其实就是一种减毒活疫苗。但减毒活疫苗存在“毒力返祖”现象，毒力减弱的病原体可能通过变异又恢复了强大的致病力。灭活疫苗是将死病毒注射到人体，这些病毒尸体不具有遗传物质，或者遗传物质已被破坏，所以无法造成人体的感染。但病毒的蛋白质外壳可以诱导人体产生特异性免疫应答，从而让人产生相应的疾病免疫力。例如上文提到的流感疫苗和新冠灭活疫苗都是灭活疫苗。灭活疫苗没有毒力返祖的风险，但它只诱导体液免疫应答，负责合成抗体的细胞只能对这种病原体保持一定时间的“记忆”，“忘记”以后免疫力就衰竭了，故需要多次接种。

第二代疫苗主要是亚单位疫苗和重组基因疫苗。亚单位疫苗是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片段制成的疫苗。无论是裂解病原体产生的蛋白质，还是进一步分解产生的亚单位，这些能够诱导免疫应答的蛋白质或蛋白质水解产物都是由核酸引导合成的。所以科学家就开始尝试把引导合成蛋白质的基因片段植入到工具细胞中（基因重组技术），让这些工具细胞海量生产相应的蛋白质。然后再收集、纯化这些蛋白质，也就得到重组基因疫苗。这两种疫苗仍然具有类似于灭活疫苗的缺点——免疫时间有限，需要多次注射。

第三代疫苗主要是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诱导合成免疫原性蛋白质/亚单位的基因片段找出来，然后嫁接到某种我们熟知的、没有致病性或者致病性极微弱的病毒（例如腺病毒）上。然后利用载体病毒带着基因片段进入人体细胞，大量合成可以诱导免疫应答的蛋白质/亚单位。这就等于综合了减毒活疫苗和亚单位疫苗的优势，又避免了各自的短板。重组病毒载体疫苗虽好，但毕竟还是活病毒，所以运输储存有一定要求，对经济欠发达地区可能还不太友好。例如我国独立研发、具有完全自主知识产权的重组埃博拉病毒疫苗，虽然已经获批上市，但埃博拉病毒疫情主要还是在非洲。因为非洲电力供应不方便，很多部落地理距离遥远，长途冷链运输确实有一定难度。核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗两种。就是将编码某种抗原蛋白的病毒基因片段(DNA 或RNA ) 直接导入动物体细胞内， 并通过宿主细胞的蛋白质合成系统产生抗原蛋白， 诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答，以达到预防和治疗疾病的目的。两者的区别在于DNA是先转录成mRNA再合成蛋白质，mRNA则直接合成。所以核酸疫苗具备了重组病毒载体疫苗的优点，但又不是活病毒，受运输限制较小。

mRNA疫苗的成功使得我们可以大胆设想，将来可能不必经过漫长的临床实验，只要有什么病毒一出来我们就可以马上用上相应的疫苗。科学家的计划更伟大，他们是想利用mRNA思路治疗癌症……

参考资料：

疫苗，

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%96%AB%E8%8B%97

北京日报，

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1679809057446594731&wfr=spider&for=pc

疫苗种类有哪些？一篇科普全搞懂，

https://zhuanlan.zhihu.com/p/130847513

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