PNAS：“通用”流感疫苗研發的第一步

　　每年接近流感季節，都會引發一個生或死的醫療猜謎游戲。有許多不同的流感菌株，年復一年它們都會發生變化。所以，在每個季節，當局必須做出一個有根據的推測，告訴制造商他們應該生產抗擊哪種流感變體的疫苗。

　　根據美國疾病控制和預防中心調查顯示，即使當上述系統工作時，流感相關的疾病，仍然引起每年3000到49,000美國人死亡。一次壞的猜測或者一種有毒菌株的意外出現，都可能使這個死亡人數上升。

　　在這種背景下，斯坦福大學的研究人員，報道了他們邁向生產通用流感疫苗的第一步，其設計的這種通用流感疫苗，與今天可用的病毒特異性接種菌相比，能夠為我們提供更快速和更廣泛的保護。

　　由斯坦福大學工程學院的化學和生物工程師James R. Swartz教授帶領的研究團隊，在最近的PNAS雜志上詳述了他們的研究成果。

　　他們的方法，使我們更好地理解流感病毒表面一個關鍵蛋白的結構，并提出了基于這個結構來生產疫苗的新方法。

　　流感病毒是由不同的蛋白組成。從病毒表面突出的是一種稱為血球凝集素(HA)的蛋白的數以百計的拷貝。HA的每個拷貝就像一個蘑菇，具有頭部和頸部。HA的頭部可有助于確定一個給定流感病毒株的毒力。

　　現在使用的疫苗，都是以含有HA蛋白頭部的滅活的病毒為基礎。當流感疫苗被注射入我們血流中時，我們的免疫系統就會把HA頭部視為一個目標，并產生抗體來抗擊它們。

　　接種疫苗的實質，是要教會免疫系統去識別目標。如果我們在獲得接種疫苗后，暴露流感病毒，我們的免疫系統就會準備，在入侵病毒復制足夠的拷貝使我們生病之前，識別和根除它們。

　　鑒于流感病毒的頭部每年都會不同，而蛋白的頸部隨時間則更加恒定，Swartz和他的同事們將他們的新疫苗方法，建立在這個理解的基礎之上。

　　從理論上講，基于HA蛋白頸部的疫苗，應該會更廣泛地預防不同的流感病毒株，可能提供普遍的保護。此外，由于頸部每年都保持相對穩定，一旦我們的免疫系統產生那個抗原的抗體，很有可能就是多季節的保護。

　　但是，這種方法仍然是實驗性的，尚未在患者中進行檢測。

　　斯坦福研究人員的這篇論文重點在于開發這種通用疫苗的第一步：制造一種能夠注射入血流的蛋白頸部片段，簡言之，就是制造一個目標或抗原，吸引我們免疫系統的注意力，觸發一個有效的防御。

　　Swartz實驗室的博士后Yuan Lu，也是研究團隊成員，作為第一作者，在PNAS上概述了這項研究工作的詳細過程。

　　研究人員，開始于一段含有H1N1病毒蛋白結構制造指令的DNA序列。他們從編碼整個HA蛋白(頭部和頸部)的DNA序列入手。然后，去掉頭部的DNA編碼。因此，他們編輯的DNA鏈只含有蛋白頸部的制造指令。

　　斯坦福研究團隊利用一種相對較新和實驗性的過程來制造病毒蛋白的頸部。這個過程被稱為無細胞蛋白合成(CFPS)。為了了解CFPS如何工作，讓我們回顧一下蛋白在自然中是如何制造的。

　　在所有細胞內，都有稱為RNA聚合酶和核糖體的分子機器。這些RNA聚合酶和核糖體能夠“讀取”DNA，根據遺傳密碼中的指令，制造蛋白。在無細胞的蛋白合成中，科學家們打開細菌細胞，制造一種含有許多這類核糖體的分子液體。科學家們知道如何將他們的DNA指令直接發送到這些蛋白工廠中。

　　CFPS的優勢在于，它可以在幾小時或幾周甚至幾個月內產生蛋白，而采用被批準用于現在醫學用途的做法來制造流感疫苗的蛋白，則需要很長的時間。斯坦福的研究人員利用這個CFPS過程，來創建和修改病毒蛋白的頸部，對于實驗性疫苗抗原將非常有用。

　　為此，他們必須解決兩個基本問題。首先，CFPS過程產生一個單鏈蛋白，或單體。但是HA頸部是一個三聚體，或三個完全相同的單體編織在一起。第二，他們的基因工程抗原最初是不溶的。換句話說，它不能被制造成液體疫苗形式。

　　記住，一切都開始于一段DNA序列。讓參與的抗原將一段DNA序列，送入包含RNA聚合酶和核糖體的分子液體中，提取病毒蛋白頸部，然后確定它們是否已經產生了起碼具有注射抗原潛力的可溶三聚體。

　　研究人員經過幾十次實驗，產生了能夠折疊成可溶三聚物的單體。我們知道，蛋白質由氨基酸構成。因此，改變蛋白頸部的結構，就包括編輯DNA來改變特定氨基酸，使這些新指令再次運行在核糖體工廠，提取成品和測試結果。

　　研究人員經歷了幾十次嘗試，歷時兩年的時間，但是他們最終，將一個DNA小片段注入CFPS過程，產生了一種可溶的病毒蛋白頸部結構域，這可能是一種很好的抗原。這就是他們在PNAS論文中所報道的。Swartz說：“這是一個艱難的過程。許多實驗室一直都在試圖開發一種HA頸部結構域疫苗，我們很高興為此做出了貢獻。”

　　在知道這種病毒頸部方法是否能夠生產一種更好的流感疫苗之前，研究人員還需要完成很多工作。接下來，Swartz和他的團隊想要把他們的頸部蛋白吸附到一種病毒樣顆粒上。這個想法，將會產生一種更大、更好的目標，利用這個目標能引起免疫系統的反應。如果這被證明是成功的，那么新的候選疫苗將必須接受在動物中進行的安全性和有效性實驗，最終用于大規模的人體臨床試驗。

　　最近估計，流感有關的疾病引起的死亡人數，每年在250,000到500,000之間。“這對世界健康來說是一項非常重要的項目，”Swartz說，并指出，疫苗必須要廣泛有效地抗擊不同的流感病毒株，而且其生產成本也要便宜，以便使其能夠被廣泛使用。“這些都是巨大的挑戰，但是我們將致力于努力克服這些挑戰。”