小药说药生物制剂篇-疫苗
自新冠肺炎暴发以来，疫情的“防”和“治”一直是全球的焦点，而疫苗一直被认为是病毒防控最有效、最实用的措施。正因如此，才有了前一阵子美国总统特朗普与美国国立卫生研究院（NIH）下属过敏与传染病研究所所长托尼·福西博士的一段对话：
特朗普表示：“我更希望听到的是几个月。”
托尼·福西反复强调：“至少需要1年！”
这段对话遭到众多网友吐槽，但却反映了一个真实的问题：很多人对疫苗的研发、生产、上市过程并不了解，认为这是一蹴而就的过程。今天，小药就来和大家聊一聊关于疫苗的那些事儿。
疫苗的历史
疫苗这个概念的雏形，最早可以追溯到中国古代“以毒攻毒”的记载，在与疫病作斗争的过程中，人们发现可以通过有限度的主动感染方式，使人体对某种传染病产生特异性免疫功能，从而避免疫病的发生。这种治疗思想在中国最早的医学著作《黄帝内经》中就有阐述。最早的文字记载出现在东晋葛洪所著的《肘后方》中，该书又名《肘后备急方》，是中国第一部临床急救手册，书中记述了一种治疗狂犬咬伤的方法，即“治卒有猘犬凡所咬毒方”有云：“仍杀所咬犬，取脑傅之，后不复发。”也就是说，将咬人的狂犬杀死，将其脑捣碎成浆，敷于患处可以治疗狂犬病。当然这种近似于神秘主义的方法在后来的实践中鲜有奏效，但其做法却无意中契合了疫苗的原理。
对这种理念成功的应用，应该出现在人们对“天花”这种疾病的抗争中。在古代的各类传染病中，天花是一种令人谈虎色变的病种，它是由感染天花病毒后引起的，感染后会出现严重的寒战、高热、乏力、头痛、四肢及腰背部酸痛等症状，皮肤上成批地依次出现斑疹、丘疹、疱疹、脓疱等，有较高的致死率。针对天花，人们逐渐探索出了接种“人痘”来阻止其传染的手段。所谓“人痘”，就是用人所感染的天花病毒为材料，主动地让未感染的人接触这种毒素，以达到产生天花病毒抗原体的目的。在明末清初，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。用现代医学的角度分析，这是有一定科学根据的。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。这两项技术也被记录到预防天花的专著《种痘新书》中。
现代疫苗的首次出现，被认为是在1796年5月14日这一天，英国医生爱德华.琴纳（Edward Jenner）在一个小男孩的手臂上接种牛痘用来预防天花。琴纳在乡间行医，他发现农场的挤奶工很少患天花，但一般都会得牛痘。牛痘与天花相似，但毒性很弱，对健康不会产生很大影响，是否牛痘让他们获得了对天花的免疫力呢？他产生了一个大胆的想法，从挤奶女工手上的痘痂里取了一些脓液，接种给了一名8岁男孩。之后，男孩发了烧，但无大碍。最关键的是，琴纳随后给男孩接种了天花，男孩并没有发病。
琴纳通过这个步骤证明，接种牛痘确实能让人获得对天花的免疫力。这一实验使得人类彻底打败了天花瘟神，琴纳的工作也被认为是为免疫学奠定了基石。
说到现代疫苗，不得不提另一个人物：法国著名微生物学家、化学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur），他也被称为“现代疫苗之父”。现在我们喝的“巴氏奶”都经过了“巴氏灭菌法”的消毒，这个方法就来自巴斯德。巴斯德做过很多关于疫苗精彩的实验，其中一个是关于炭疽疫苗的。1881年，巴斯德和助手给25头羊注射了他的炭疽疫苗，12天后追加一次，两周后再给所有羊注射毒性很强的炭疽杆菌培养液，包括打过疫苗的羊和没有打过疫苗的对照组的羊。两天后，对照组的羊不是死了就是处于垂死状态，而打过疫苗的羊全都健康地活着。经过一系列努力，巴斯德总结出一套严格的人工培育疫苗的基本方法，造就了现代疫苗的一种重要类型，灭活疫苗。
巴斯德还有一大杰出的成就，是发明了狂犬病疫苗。1880年底，一位兽医带着两只病犬来拜访巴斯德，并询问：“能不能利用病犬的唾液制成狂犬疫苗呢？”巴斯德和助理们冒着被咬伤的危险采集狂犬的唾液，随后历经无数次的动物实验，巴斯德推论出狂犬病病毒应该都集中于神经系统。因此他大胆提出设想，从患狂犬病死亡的兔子身上取出一小段脊髓，悬挂在一支无菌烧瓶中，使其干燥，看它是否有致命危险。经过多次实验，他发现，没有经过干燥的脊髓，是极为致命的，而经过干燥的脊髓，却没那么致命。他把干燥的脊髓组织磨碎加水制成疫苗，注射到犬只脑中，再让打过疫苗的狗，接触致命病毒。经过反复实验后，接种疫苗的狗，即使脑中被注入狂犬病毒，也都不会发病。巴斯德高兴地宣布狂犬疫苗研发成功。
1885年，一位几乎绝望的母亲，带着被狂犬咬伤的9岁小男孩约瑟芬来到巴斯德实验室门口，哀求巴斯德救救她的孩子。巴斯德决定为小男孩打下人类第一针狂犬疫苗，这时距离约瑟芬被狗咬伤已经四、五天，而巴斯德在10天中连续给男孩注射了十几针不同毒性的疫苗。5天、10天、1个月过去了，少年健朗如常，安然返回家乡。
疫苗的种类
1. 第一代疫苗：
包括减毒活疫苗和灭活疫苗。
减毒活疫苗是指病原体经过甲醛处理后，A亚单位（毒性亚单位）的结构改变，毒性减弱，但B亚单位（结合亚单位）的活性保持不变，即保持了抗原性的一类疫苗。将其接种到身体内，不会引起疾病的发生，但病原体可以引发机体免疫反应，刺激机体产生特异性的记忆B细胞和记忆T细胞。起到获得长期或终生保护的作用。与灭活疫苗（死疫苗）相比，这类疫苗免疫力强、作用时间长，但安全是一个问题，具有潜在的致病危险(有可能因发生逆行突变而在人体内恢复毒力）。我国长期使用的脊髓灰质炎糖丸疫苗就是一种减毒活疫苗。
灭活疫苗是指先对病毒或细菌进行培养，然后用加热或化学剂(通常是福尔马林)将其灭活。灭活疫苗即可由整个病毒或细菌组成，也可由它们的裂解片段组成。灭活疫苗可以理解为病毒的尸体。将其注射到人体，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。例如我国曾长期使用的乙肝疫苗、流感裂解疫苗就是一种灭活疫苗。灭活疫苗使用上比减毒疫苗安全，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。由于免疫效果弱所以需要多次接种（基础+强化），并且产生抗体保护时间短，一般3-5年后需要再次接种。
2. 第二代疫苗
主要代表就是亚单位疫苗和重组基因疫苗。
亚单位疫苗，即通过化学分解或有控制性的蛋白质水解方法，提取细菌、病毒的特殊蛋白质结构，筛选出的具有免疫活性的片段制成的疫苗。亚单位疫苗是将致病菌主要的保护性免疫原存在的组分制成的疫苗，也叫组分疫苗。
重组基因疫苗，是将代表细菌和病毒毒性部分的蛋白质的基因片段，利用基因重组技术转入到工具细胞中，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。常用的工具细胞包括大肠杆菌、酵母菌等等，通过简单、高效的发酵工业可以快速批量生产，成本比亚单位疫苗更低。
这两种疫苗虽然效果也不错，但原理上依旧是利用蛋白质/蛋白质水解产物诱导体液免疫，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。而且这些蛋白质/蛋白质片段毕竟不是活病毒，要想成功诱导特异性免疫应答离不开高效的佐剂。而佐剂又有很多种，这都需要不断试错。所以两种疫苗的研发周期一点也不比第一代疫苗研发周期更短。
3. 第三代疫苗
主要包括重组病毒载体疫苗和核酸疫苗。
重组病毒载体疫苗：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病疫苗，虽然已经获批上市，但埃博拉病毒疫情主要还是在非洲。但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，没那么娇贵。
疫苗从研发到上市的过程
疫苗从研发到使用主要可以分为五大阶段：研发阶段、注册阶段、生产阶段、流通阶段、使用阶段。每个大阶段内也包含不少小的阶段。
研发阶段
从拿到病毒开始研制疫苗，到完成III期临床研究的整个过程，都可以称之为研发阶段。主要为以下几部分：实验室研制、临床前研究、I、II、III期临床研究。实验室阶段需进行毒株的筛选、必要的毒株减毒、毒株对培育细胞基质适应及传代过程中的稳定性研究，并探索工艺质量稳定性，建立动物模型等。临床前研究这一阶段的研究主要是在动物身上进行的，例如豚鼠、兔子、甚至于与人类最接近的灵长类动物。在初步提示工艺可控、质量稳定及安全有效的前提下，可以向国家药品监督管理部门申请进行临床试验。临床前研究一般需要5-10年。
在完成临床前研究后，就是研发阶段的第三个阶段，临床研究。一般分为I/Ⅱ/Ⅲ期三个研究阶段。
I期临床试验：初步考察人体安全性，一般受试者为几十至百例。若疫苗I期临床结果显示安全性良好，方可进行Ⅱ期临床试验。
Ⅱ期临床试验：主要进行疫苗的剂量探索研究，以及初步的有效性评价并考察进一步扩大人群后的安全性。一般受试者为几百到上千例。Ⅱ期临床试验达到预期目的后，方可进行Ⅲ期临床试验。
Ⅲ期临床试验：采用随机、盲法、安慰剂对照(或对照苗)设计，全面评价疫苗的有效性和安全性，一般受试者为数千到几万例不等。该期是疫苗上市获得注册批准的基础。若关键性Ⅲ期临床试验获得预期临床保护效果，安全性良好，企业方可将临床数据资料递交国家药品监督管理部门申报生产。
全部临床试验一般耗时至少3-8年，有的甚至长达10年以上。每期临床试验都设有严密的安全性监测、严格的终止标准，每个疫苗都可能因为达不到预设目的或预期要求在临床期间被叫停，甚至被终止。
注册阶段
完成疫苗临床试验后，企业需按照《药品注册管理办法》规定提交申报生产的研究资料。经生物制品药学、药理毒理学、临床及生物统计等相关领域专家审评，认为疫苗安全、有效、质量可控，并经临床数据核查后，国家药品监督管理部门即发给企业生产现场检查通知。企业要在180天内准备好符合GMP要求的生产车间，在检查组检查期间进行三批生产车间系统验证，三批疫苗一致性系统验证，验证均为生产全过程的系统性动态验证，包括从投料开始直至形成最终产品的各个生产环节，并实施全过程控制，对关键中间品进行抽样、检定。检查组将对三批检查期间的产品现场封样，送中检院检定。待中检院检定合格后，国家药品监督管理部门将现场动态检查结果、中检院检定结果，与注册审评意见进行三合一综合评价，对认为安全、有效、工艺真实、质量可控的疫苗，将给企业核发生产批件，附带质量标准、生产工艺和使用的说明书/标签。企业拿到生产批件后，方可在GMP车间生产疫苗
生产阶段
这一阶段就是按照已批准的工艺流程进行生产、检定、灌装等操作。待生产出产品后，还需要送至中国食品药品检定研究院以及药品检定所进行抽样鉴定。检定合格后拿到合格证，产品方可上市销售！
流通阶段
这一阶段主要就是销售以及产品发运的过程。大部分疫苗都需要2-8℃冷藏保存。因此在运输过程中药品的冷链运输也是非常重要的。国家在2013年底出台新版GSP、也就是《药品经营质量管理规范》，来规定疫苗这类冷链产品在发运过程中的温度保证。
使用阶段
这个阶段还有一部分临床研究称之为IV期临床研究。这一阶段是指新药上市后应用研究阶段。主要是评价大规模人群的保护效力/安全性。通常观察人数在数千至数万人群，主要进行的是上市后疫苗的保护效力/安全性考察。
可以看到，从疫苗研发、生产、上市，处处充满挑战，没有所谓的捷径可走。国产宫颈癌疫苗用了18年才研发成功；艾滋病疫苗用了37年还没成功，道阻且长，所以请给科研工作者多一些耐心和支持，尊重客观规律！