人二倍体细胞狂犬病疫苗研究进展

2024-03-19

疫苗信使RNA

摘要：狂犬病是由狂犬病病毒感染引起的以中枢神经系统症状为主的一种动物源性传染病，在全球分布广泛，病死率几乎100%。疫苗是预防狂犬病最主要的手段。目前，人用狂犬病疫苗生产使用的细胞基质包括鼠脑、猴肾细胞、原代地鼠肾细胞、Vero(非洲绿猴肾细胞)和人二倍体细胞（human diploid cell，HDC）。其中，HDC已成为WHO认可的更安全的疫苗生产用细胞，该细胞无致癌性、无外源因子污染、且细胞性状比较稳定，已广泛应用于人用疫苗的研发与生产。本文从二倍体细胞、HDC在人用狂犬疫苗中的应用以研发进展等方面进行综述。1简介狂犬病是一种高致病性的人兽共患病，是最古老的传染病之一，感染后死亡率100%。据WHO统计，全球有150多个国家和地区存在狂犬病流行，其中多数为发展中国家；且全球每年约有5.9万人因狂犬病死亡。目前最有效的预防手段是给犬等动物接种狂犬病疫苗，但由于人被动物咬伤或抓伤较为突然，有时无法确定该动物是否接种过狂犬病疫苗，因此发生暴露后应及时接种狂犬病疫苗以避免患病。近年来随着生物技术的发展，人用狂犬病疫苗逐步更新换代，为人类抵御狂犬病提供了更有效的保护。人用狂犬病疫苗的发展经历了神经组织疫苗、禽胚组织疫苗、细胞培养疫苗、新型佐剂疫苗和基因工程疫苗等不同的发展阶段。目前，细胞培养疫苗占可用疫苗的绝大多数。图表1：人狂犬病疫苗发展历程根据基质细胞不同，业内将人用狂犬疫苗划分为三代，其中，以原代细胞（地鼠肾细胞、鸡胚细胞等）为基质细胞的一代狂犬疫苗和以传代细胞（以Vero细胞为主）为基质细胞的二代狂犬疫苗，均为动物源基质狂犬病疫苗。只有以人二倍体细胞（MRC-5等）为基质细胞的三代狂犬疫苗为人源细胞基质生产。图表2：四种狂犬疫苗对比（来源：中泰证券研究所）目前，Vero细胞培养狂犬病病毒技术仍为我国狂犬病疫苗主流的生产技术，且市场份额较高。我国Vero细胞狂犬病疫苗（PVRV）制备工艺流程主要采用转瓶和生物反应器等培养工艺。转瓶一般采用批培养模式，生物反应器还可以采用连续灌流培养，病毒培养液可连续收获20天以上。另外，最初认为Vero细胞需要贴壁生长，研究发现供Vero细胞附着的微载体浓度越高，收获时Vero细胞的密度越大。随着对Vero细胞研究的深入，悬浮培养（无血清培养）Vero细胞的方式被开发出来，并且这种工艺获得了更高的病毒产量。2024年3月15日，复星雅立峰的冻干人用狂犬病疫苗（Vero细胞）上市申请获得NMPA批准。公开资料显示，这款疫苗适用于预防狂犬病。据了解，该款疫苗采用不添加牛血清和人血白蛋白的病毒培养工艺；不含抗生素、不含防腐剂、不添加明胶和右旋糖酐等易致敏性冻干保护剂。临床数据显示，该产品具有很好的安全性和免疫原性，适用于4针法和5针法两种免疫程序。不过，人二倍体细胞狂犬病疫苗被世界卫生组织（WHO）推荐为评价其它种类人用狂犬病疫苗的标准疫苗，是国际公认的预防狂犬病的黄金标准疫苗，具有安全性高、免疫原性好、起效速率快、免疫持续时间长、不良反应发生率低等优势，发展潜力较大。2二倍体细胞2.1 二倍体细胞的概念病毒的生长和复制需要依存于活体生物或者是生物的组织与细胞；用于体外培养病毒的细胞统称为细胞基质（cell matrix）。细胞培养是指离体的细胞在特定的条件下在体外进行生长、分裂繁殖的过程。目前，可以用于疫苗等生物制品的细胞基质有多种细胞，例如各种动物的原代细胞、二倍体细胞、传代细胞。二倍体细胞是指那些能够在一定细胞周期即一定代次范围内进行有限传代培养的细胞系；一般情况下最多只能传代培养50～100代。因为它们的细胞核的染色体在一定代次数内仍然是二倍数的，故而得名二倍体细胞。而且，它们的细胞结构仍然与来源生物供体的细胞有一致性。在正常情况下，它们的生命周期有限，因此，它是一种半传代细胞。根据细胞生长的模式和要求，又可将细胞划分为两种细胞生长类型，即贴壁依赖细胞（anchorage-dependent）和非贴壁依赖细胞（anchorage- independent）。贴壁依赖细胞需要黏着或依附在一定的载体上才能良好生长繁殖，单一游离细胞不能良好生长繁殖，典型的代表是单层细胞培养；非贴壁依赖细胞则是单一游离细胞就能够良好生长繁殖，体外培养的细胞大多具有生长接触抑制的特性，也就是说当一个细胞被其他细胞包围的时候，它就会停止生长，及时传代后，细胞的生长繁殖得以继续。而二倍体细胞是贴壁依赖、接触抑制生长的，有些细胞则是贴壁依赖、接触促进生长的，可以快速形成致密单层，甚至是多层。2.2 二倍体细胞的特点二倍体细胞虽然比其他传代细胞具有更佳的安全性，许多疫苗都以二倍体细胞培养的疫苗作为金标准。但是，由于它们分裂生长速度慢，对于某些病毒不甚敏感，对某些病毒的培养感染滴度或产量明显低于其他细胞。例如，MRC- 5细胞培养流感病毒冷适应株A/Ann/Arbor/6/60的产量就比用原代鸡肾细胞和原代鸡胚肾细胞培养低100倍。另外，一般认为，二倍体细胞难以适应柱型搅拌式生物反应器培养。2.3 二倍体细胞的类型二倍体细胞可以分为人类二倍体细胞和动物二倍体细胞。其中，人二倍体细胞（HDCs）是指那些来源于正常人体组织并且能在体外进行培养的细胞。一般来源于人类胚胎肺、肾等组织，其染色体数目与原供体细胞染色体相同或基本相同，2n细胞占80%以上。目前全球用于疫苗生产制备的二倍体细胞有几个细胞株，在国外建立并且得到批准用于疫苗生产的二倍体细胞有人类二倍体细胞WI- 38、MRC- 5、猕猴胚胎肺二倍体细胞FRhL- 2，我国人二倍体细胞有2BS和KMB17。下面详细介绍一下国内外的人二倍体细胞系。2.3.1 国外的人二倍体细胞系（1）WI- 38细胞WI- 38细胞由美国Wistar研究所（Wistar institute）的L. Hayflick和他的同事所建立的，故名为WI-38（详细故事大家可以参考《疫苗竞赛》，故事非常精彩），是世界上第一个建株的正常人二倍体细胞，也是首株用于人类疫苗制备的人二倍体细胞系。该细胞于1962年7月来源于因治疗流产3月龄胚胎，由胰酶消化人胚胎肺组织（human embryonic lung）建立原代细胞，细胞形态为纤维母细胞样或成纤维细胞，2n=46，染色体组型（karyotype）是46，XX，正常女性二倍体，G6PD同工酶为B型；它的有限生命周期为50～60代。胸苷标记指数（thymidine labelling index）为86%。不过，由于某种原因，目前WI- 38细胞基本被MRC- 5细胞所代替。（2）MRC- 5细胞MRC- 5细胞来源于人胚肺（human fetal lung fibroblast），MRC- 5细胞系于1966年9月从27岁孕妇因精神病而流产的14周龄胚胎建立起来的，细胞形态为纤维母细胞样，染色体组型是46，XY，正常男性二倍体，G6PD同工酶为B型；它的有限生命周期为42～48代，2n=46，占70%，多倍体细胞占3. 6%。目前，此细胞系已被用于许多减毒活疫苗的生产，例如水痘疫苗、风疹疫苗等，以及灭活疫苗如狂犬病疫苗。2.3.2 我国的人二倍体细胞系（1）2BS细胞2BS是由北京生物制品研究所于1973年11月开始建立的一株人二倍体细胞。此细胞株原始材料来源于由医院妇产科提供的一女性胎儿，3月胎龄，系第一胎。母亲23岁，双亲身体健康，家族中无肿瘤及遗传性疾病史。该细胞株以1∶2比例分传，在体外培养历经8个月，共传66代。1∶2比例分传时，3～4天形成致密单层；1∶4比例分传时，则需6～7天。20～40代时，细胞形态好，分裂旺盛；至50代时，单位培养面积的细胞产量相继有所降低；60代以后，衰老期细胞数量不稳定，单位培养面积的细胞产量急剧下降，以致66代时，分裂终止，细胞死亡。研究者认为35代前适合用于疫苗生产。整二倍体细胞占86. 5%。基础培养基为BME。（2）KMB17KMB17是由中国医学科学院医学生物学研究所于1973年10月开始建立的一株人二倍体细胞。此细胞株原始材料来源于由云南省第一人民医院妇产科提供的一女性胎儿，4月胎龄，属第二胎，为计划生育关系要求终止妊娠，经水囊引产。母亲20岁，父母双方身体健康，三代直系亲属中无肿瘤及遗传性疾病史。该细胞株以1∶2比例分传，在体外培养历经9个月零5天，共传67代（约合70次细胞群体分裂）。3～40代时，细胞形态好，分裂旺盛；41～60代期间，形态未见明显差异，单位培养面积的细胞产量相继有所降低；61代以后，细胞明显衰老，形成单层时间逐代延长，单位培养面积的细胞产量急剧下降，以致67代时，分裂终止，细胞死亡。传代到3代时，作为原始细胞库；传代到6代时，作为主细胞库。染色体检查证明人二倍体细胞KMB17在整个传代过程中始终保持人二倍体细胞的特性。对冻存细胞检测未发现细菌、真菌、支原体及潜在病毒因子污染。KMB17细胞经10年冻存后其生物学性状无明显变化。整二倍体细胞占88. 3%。基础培养基为MEM。3人二倍体细胞在人用狂犬疫苗中的应用及研发进展1962年，美国Wistar 研究所WIKTOR等开始用狂犬病固定毒巴斯德PM-1503 3M株在HDC的WI-38株上适应传代，1965年将第52代适应株制备成生产用主毒种。1966年将该主毒种转让给法国Merieux研究所，1969年转让给德国Behring厂，1971年转让给美国 Wyeth厂。法国Merieux研究所早期使用WI-38细胞生产狂犬病疫苗，随后进行了人二倍体细胞疫苗（HDCV）的开发研究，改用MRC-5细胞培养狂犬病病毒，经β-丙内脂灭活，浓缩后制备成冻干疫苗，于1974年在法国首次获得生产许可证，1978年开始进行商业生产和应用。由于纯化的HDCV接种后尚存在轻微的局部不良反应，德国Behring厂后续开发了蔗糖梯度区带离心的浓缩纯化疫苗，并经β-丙内脂灭活，于1978年获生产许可证，接种后不良反应率有所下降。Wyeth厂仍采用WI-38细胞培养狂犬病病毒，经磷酸丁三脂灭活病毒，过滤浓缩后制备疫苗。1980年，法国赛诺菲巴斯德公司生产的HDC狂犬病疫苗（Imovax）HDC狂犬病疫苗（Imovax）在美国获批使用，该狂犬病疫苗是一种无菌、稳定、冷冻干燥的狂犬病病毒悬浮液，由宾夕法尼亚州费城Wistar研究所获得的毒株PM-1503-3M经MRC-5细胞培养，通过超滤浓缩及β-丙内酯灭活制备而成。MAO等采用KMB17细胞生产人用狂犬病疫苗，该疫苗是将狂犬病固定毒CTN-1V5株连续在KMB17细胞中传代，以终末稀释法筛选出滴度较高的病毒，从而筛选高适应性，且具有良好免疫原性和传代稳定性的狂犬病病毒株，培育出可在KMB17细胞中高效增殖的狂犬病疫苗毒种（CTN-DK株）。有研究采用狂犬病病毒固定毒CTN-1V株经昆明小鼠鼠脑回传后，接种至Walvax-2细胞，连续传代，检测各代次病毒的滴度及免疫原性。该研究建立了稳定的狂犬病病毒株CTN-1V 在Walvax-2细胞株上的病毒收获液制备工艺。所获Walvax-2株传代适应狂犬病毒固定毒株 CTN-1V-HDC，可用于人用狂犬病疫苗的生产开发。2014年，成都康华生物制品股份有限公司创新使用微载体，在生物反应器中规模化生产的二倍体人用狂犬病疫苗在中国获批上市，免疫程序为5针法。相对于国外同类产品采用的细胞工厂培养技术，微载体能提高细胞密度和培养基利用率。生物反应器全自动化控制培养条件及全封闭管路系统，即使不添加抗生素，也能有效控制污染，同时还降低了批间差异，提高了培养规模和效率，更为重要的是，产品质量更稳定、均一、可控。2010年，北京民海生物科技有限公司开始与法国赛诺菲巴斯德公司合作，用PM株和MRC-5细胞生产冻干人用狂犬病疫苗（人二倍体细胞），经过多年本土化研究和实施，该疫苗已于 2023年9月在中国获批上市。值得注意的是，民海生物的这款疫苗采用“2-1-1法”接种程序，相比于5针法，将必需的5次就诊减少为3次、必要的接种针次从5针减少为4针，完成全程免疫的时间从28天缩短到21天，在确保免疫效果的基础上，具有更高的便捷性和接种依从性，为患者减少两次就诊次数，减少用药花费。此外，2017-2018年，安徽智飞龙科马生物制药有限公司用PM株在MRC-5细胞上生产的冻干人用狂犬病疫苗（人二倍体细胞）获得临床试验批件。2022年10月，成都所用PM株生产的冻干人用狂犬病疫苗（2BS细胞）开始Ⅲ期临床试验。2023年9月，浙江普康生物自主研发的冻干人用狂犬病疫苗（人二倍体细胞）获NMPA的药物临床试验批准通知书。图表3：我国部分人二倍体细胞狂犬病疫苗（HDCV）的研究进展（来源：中国药物临床试验登记与信息公示平台、公司官网等）4结语近年来，人用狂犬病疫苗的研究取得了很大的进展，狂犬病负担较重的国家（尤其是亚洲国家）也推动了狂犬病疫苗的开发。WHO计划在2030年消灭犬介导的狂犬病，而疫苗至今仍是消灭狂犬病最有效的方法。人用疫苗以安全为首，目前人用狂犬病疫苗均为灭活疫苗，人二倍体细胞狂苗的发展潜力较大，符合消费升级趋势，而国内仅有成都康华及北京民海2家企业的该类产品获批上市。未来，研发出安全性高、成本低、长效的狂犬病疫苗是人用狂犬病疫苗的发展方向。参考资料：[1]石磊泰,李玉华.人二倍体细胞在人用狂犬病疫苗中应用的研究进展[J].中国生物制品学杂志,2021,34(10):1248-1252.DOI:10.13200/j.cnki.cjb.003455.[2]刘珵,董关木. 人二倍体细胞狂犬病疫苗研究进展[J]. 中国急救复苏与灾害医学杂志,2018,13(11):1117-1120. DOI:10.3969/j.issn.1673-6966.2018.11.020.[3]狂犬病新技术研讨会在广西南宁举办.中新网广西.2024-03-09.[4]复星雅立峰「冻干人用狂犬病疫苗」获批上市.医药观澜.2024-03-16.[5]工艺加油站 | 漫谈人用狂犬疫苗及其生产工艺.赛默飞生物工艺.2021-07-07.[6]Vero细胞在疫苗生产工艺中的发展历程.生物制品圈.2023-04-23.[7]人用狂犬病疫苗研究进展.国际生物制品学杂志.2023-01-13.[8]干货+福利|人用狂犬病疫苗研究新进展.生物制品圈.2022-07-18.[9]疫苗生产用细胞基质详细解读.[10]中国药物临床试验登记与信息公示平台、公司官网等.识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。