湖北
摘要;提到酵母，很多人第一反應是釀酒、發(fā)面的微生物。但你可能不知道，這種不起眼的單細胞生物早已成為生物醫(yī)藥領域的 “明星選手”——它是生產乙肝、HPV 等熱門疫苗的核心平臺，還在動物防疫和新型傳染病疫苗研發(fā)中發(fā)揮著關鍵作用。本文將用通俗易懂的語言，帶你了解酵母疫苗的發(fā)展歷程、核心優(yōu)勢、生產流程，以及它在人類和動物健康領域的應用現狀與未來潛力，揭開這個 “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作用，但缺點很明顯：使用減毒病原體可能存在安全風險，生產過程需要專業(yè)人員操作，還得全程冷鏈運輸，而且研發(fā)周期長、成本高。更麻煩的是，抗生素的濫用導致抗菌素耐藥性日益嚴重，讓傳染病防控陷入更大挑戰(zhàn)。
這時，重組 DNA 技術的出現改變了疫苗研發(fā)的格局，而酵母成為了這項技術的 “最佳搭檔”。1982 年，科學家首次在酵母中成功生產出乙肝病毒表面抗原，這一突破讓疫苗生產進入了新紀元。與傳統(tǒng)疫苗相比，酵母疫苗有著天然優(yōu)勢：它沒有 endotoxin（內毒素）污染風險，生長速度快、 biomass yield（生物量產量）高，還能高效表達結構復雜的重組蛋白。更重要的是，酵母作為 eukaryotic cell（真核細胞），能完成細菌難以實現的 post-translational modification（翻譯后修飾），讓生產出的疫苗更接近天然抗原的結構，免疫效果更優(yōu)。
如今，酵母疫苗已經從實驗室走向產業(yè)化，成為人類和動物疫苗的重要生產平臺，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：基因工程與生產流程
酵母能成為優(yōu)秀的 “疫苗工廠”，離不開兩大核心技術支撐：精準的 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 “疫苗生產程序”
要讓酵母生產特定疫苗，首先得對它進行 “基因改造”。早在 1978 年，科學家就成功實現了酵母的基因轉化，通過將 foreign DNA（外源 DNA）導入酵母細胞，讓它獲得表達目標抗原的能力。經過幾十年發(fā)展，這項技術已經非常成熟。
科學家會為酵母設計專用的 plasmid（質粒）—— 相當于 “基因載體”，上面攜帶了目標疫苗的抗原基因、啟動子等關鍵元件。根據復制方式不同，質粒分為含 centromere sequence（著絲粒序列）的單拷貝質粒和含 2μ 復制起點的多拷貝質粒，后者能讓酵母細胞高效表達抗原蛋白。
啟動子則是控制基因表達的 “開關”，常用的有 constitutive promoter（組成型啟動子）如 GAP、TEF，和 inducible promoter（誘導型啟動子）如 AOX1。其中，甲醇誘導的 AOX1 啟動子應用最廣，能讓目標蛋白產量占到細胞總蛋白的 30%，為大規(guī)模生產奠定基礎。
（二）下游加工：從酵母細胞中 “提純” 疫苗
酵母表達出抗原后，還需要一系列復雜的 purification（純化）流程才能制成疫苗。這個過程被稱為下游加工，其成本占疫苗總生產成本的 80%，是決定疫苗質量的關鍵環(huán)節(jié)。
首先通過離心、過濾等方式去除酵母細胞，澄清發(fā)酵液；接著用 chromatography（層析技術）—— 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)免疫風險的雜質。對于需要形成 virus-like particles（VLPs，病毒樣顆粒）的疫苗，還要優(yōu)化組裝條件，確保其結構完整、免疫原性良好。
最后，還要經過穩(wěn)定性測試（如凍融、凍干循環(huán)）、蛋白完整性檢測（SDS-PAGE、Western blot）等質量控制環(huán)節(jié)，并且全程遵循 Good Manufacturing Practice（GMP，良好生產規(guī)范），確保疫苗的安全性和有效性。
（三）酵母與大腸桿菌：疫苗生產的 “兩大主力” 對比
目前，大腸桿菌也是常用的疫苗表達系統(tǒng)，它和酵母各有優(yōu)勢。大腸桿菌生長快、成本低，能實現高蛋白產量，但無法進行復雜的翻譯后修飾，適合生產結構簡單的抗原；而酵母能生產結構復雜的重組蛋白，且無內毒素污染，尤其適合生產 VLPs 類疫苗，比如乙肝、HPV 疫苗。選擇哪種系統(tǒng)，主要取決于目標疫苗的蛋白特性。
三、人類疫苗：酵母生產的 “明星產品”
經過幾十年的發(fā)展，已有多款酵母表達的疫苗獲得全球主流機構批準，走進大眾生活，還有更多候選疫苗在臨床試驗中穩(wěn)步推進。
（一）已上市的經典疫苗
乙肝疫苗：全球首款酵母表達的人類疫苗，采用 Saccharomyces cerevisiae（釀酒酵母）或 Hansenula polymorpha（多形漢遜酵母）生產，通過表達乙肝病毒表面抗原（HBsAg）制成，保護率超過 95%，有效遏制了乙肝的傳播。
HPV 疫苗：包括針對 6、11、16、18 等型別的二價、四價、九價疫苗，利用酵母表達 HPV 的 L1 蛋白，組裝成 VLPs，能誘導機體產生高水平中和抗體，預防宮頸癌等疾病。中國自主研發(fā)的上海澤潤（Walvax）等 HPV 疫苗，也采用酵母表達系統(tǒng)，已獲批上市或進入臨床試驗。
瘧疾疫苗：WHO 推薦的 Mosquirix?和 R21/Matrix-M?疫苗，均為酵母表達的重組疫苗。其中 R21 疫苗采用 Komagataella phaffii（巴斯德畢赤酵母）生產，通過融合瘧原蟲環(huán)子孢子蛋白和乙肝表面抗原，搭配 Matrix-M?佐劑，能激發(fā)強烈的免疫反應，為瘧疾 endemic regions（流行地區(qū)）的兒童提供保護。
（二）臨床試驗中的候選疫苗
目前，還有多款酵母表達的疫苗在臨床試驗中，涵蓋 HPV 高風險型別、新型冠狀病毒、流感等疾病。例如，針對 HPV 52 型的疫苗候選物，采用多形漢遜酵母生產 VLPs，已完成部分臨床前研究；針對 SARS-CoV-2 的重組 RBD 疫苗，通過優(yōu)化酵母表達系統(tǒng)，去除不必要的糖基化位點，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人類疫苗（表格來源：原文表 1、表 2）：
四、動物疫苗：酵母守護畜牧業(yè)的 “新力量”
除了人類疫苗，酵母表達系統(tǒng)在動物防疫中也發(fā)揮著重要作用，尤其在 livestock（家畜）、poultry（家禽）、aquaculture（水產）等領域，為防控傳染病提供了新方案。
目前，商業(yè)化的動物酵母疫苗主要針對 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牛蜱的 Bm86 腸道抗原。這類疫苗通過誘導牛產生特異性抗體，當蜱吸血時，抗體能破壞其腸道細胞，降低蜱的存活率、產卵量和繁殖力，從而減少蜱傳疾病的傳播。實際應用中，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，同時降低環(huán)境污染。
此外，還有多款候選疫苗在研發(fā)中：針對雞的禽腺病毒、球蟲病疫苗，針對魚類的鯉皰疹病毒疫苗，針對豬的圓環(huán)病毒 2 型、非洲豬瘟疫苗，以及針對寵物的犬瘟熱、貓傳染性腹膜炎疫苗等，均采用酵母表達系統(tǒng)，部分已在預臨床研究中顯示出良好的免疫保護效果。
五、酵母疫苗的挑戰(zhàn)與未來方向
盡管酵母疫苗優(yōu)勢顯著，但仍面臨一些技術瓶頸，科學家也在不斷探索解決方案，推動其持續(xù)發(fā)展。
（一）當前面臨的主要挑戰(zhàn)
糖基化修飾問題：酵母的 glycosylation pattern（糖基化模式）與人類細胞不同，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)過敏反應。
VLPs 組裝與分泌：部分 VLPs 在酵母細胞內積累，需要破碎細胞才能提取，增加了純化難度和成本；且酵母難以生產 enveloped VLPs（包膜病毒樣顆粒）。
產量與純化效率：復雜抗原的表達量仍有提升空間，下游純化流程復雜、成本高，是產業(yè)化的主要瓶頸。
（二）未來發(fā)展方向
為解決這些問題，科學家正在從多個方向突破：
糖基化工程：通過基因編輯技術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基因，讓酵母生產出更接近人類細胞糖基化模式的抗原。
優(yōu)化 VLPs 生產：利用信號肽引導 VLPs 分泌到細胞外，簡化純化流程；通過共表達多個抗原基因，構建多價 VLPs 疫苗，實現 “一劑多防”。
開發(fā)新型啟動子與載體：尋找比 AOX1 更高效、更安全的啟動子，設計穩(wěn)定性更高、拷貝數更可控的質粒載體，提升抗原表達量。
拓展酵母種類：除了常用的釀酒酵母、畢赤酵母，科學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系統(tǒng)。
下圖展示了酵母疫苗生產的局限性與未來發(fā)展方向（圖表來源：原文圖 1）：
六、結語：酵母疫苗的未來，值得期待
從首次表達乙肝病毒抗原，到如今成為乙肝、HPV、瘧疾等疫苗的核心生產平臺，酵母用幾十年的時間證明了自己在生物醫(yī)藥領域的價值。它兼具細菌的高效生長特性和真核細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、糖基化工程等技術的不斷進步，酵母疫苗的表達效率、抗原質量將進一步提升，應用范圍也會不斷擴大 —— 不僅能應對已知傳染病，還能快速響應新冠病毒這類新發(fā)、突發(fā)傳染病，為人類和動物健康構建更堅固的免疫屏障。
這個曾經只用于釀酒、發(fā)面的 “小家伙”，如今已成為守護全球健康的 “隱形英雄”。未來，酵母疫苗還會帶來哪些驚喜？讓我們一起期待這個 “微型疫苗工廠” 的更多可能！
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