Rotavirus vaccine,live(Merck & Co.)

轮状病毒是一种严重的公共卫生威胁，在世界各地的幼儿中导致严重的腹泻疾病。接种疫苗是预防轮状病毒感染的有效方法，目前市场上有几种轮状病毒疫苗。轮状病毒疫苗的研发在防止病毒传播和降低其相关发病率和死亡率方面发挥了至关重要的作用。然而，这些疫苗的生物工艺开发是一个复杂而具有挑战性的过程，涉及一系列上游和下游工艺步骤。本文将回顾轮状病毒疫苗生物工艺领域的最新发展，包括新型疫苗平台和先进分析技术的使用，并对这一关键领域的未来研究方向进行展望。 简介 “疫苗接种”（vaccination）一词源于拉丁语“Vacca”，意为“牛”。1796年，Edward Jenner发明使用活牛痘病毒接种人类，从而获得针对天花的免疫力。早期疫苗由灭活细菌或部分纯化的减毒活病毒组成，例如天花病毒或狂犬病毒。现代疫苗研究采用多种方法，包括在动物细胞中生成病毒载体、在酵母或昆虫细胞中构建病毒样颗粒，以及将多糖与载体蛋白结合。 感染高传染性轮状病毒（会影响小肠）的婴幼儿会出现极其严重的腹泻。轮状病毒属于呼肠孤病毒科，其特征是双层衣壳，保护着由11个双链RNA片段组成的基因组。轮状病毒通过粪口途径传播，通常是通过接触受污染的表面、食物或水。病毒在小肠内复制，破坏肠道内壁细胞并引起炎症。这会导致液体释放到肠腔中，引发水样腹泻。 轮状病毒的结构由三层同心层组成，每层都有不同的特性和功能（图1）。最外层是衣壳，由VP7和VP4蛋白组成，分别决定病毒的抗原性和毒力。中间层由VP6蛋白组成，负责病毒颗粒的稳定性和组装。转录和复制所需的病毒蛋白位于核心层，即最深的一层。此外，构成轮状病毒基因组的 11 个双链 RNA 片段编码： （1）病毒由6种结构蛋白组成，包括VP1、VP2、VP3、VP4、VP6和VP7。RNA依赖性RNA聚合酶VP1负责病毒基因组的复制。衣壳的内层和核心分别由VP2和VP6蛋白组成。病毒基因组通过VP3蛋白被包装到核心中。VP4蛋白是介导病毒与宿主细胞受体结合的附着蛋白。VP7蛋白是负责诱导中和抗体的主要抗原蛋白。 （2）6种非结构蛋白 - 由基因组编码，包括NSP1至NSP6。这些蛋白质在抑制宿主免疫反应以及控制病毒转录和复制方面发挥作用。例如，NSP4蛋白是一种病毒肠毒素，可诱导液体分泌到肠腔中，导致腹泻。了解轮状病毒的结构和功能对于开发有效的疫苗和治疗方法来对抗这种重要的人类病原体至关重要。 图1 .轮状病毒的结构。 根据患者的年龄和病情严重程度，轮状病毒感染的临床表现可能会发生变化。在婴幼儿中，轮状病毒是急性胃肠炎的主要原因，症状包括呕吐、发烧和水样腹泻。这种疾病对于 6 个月以下的婴儿尤其严重 ，他们可能需要因脱水和电解质失衡而住院。在成人和较大儿童中，轮状病毒感染通常不太严重，尽管它们仍然可能导致严重的发病率。在某些情况下，轮状病毒感染可能无症状或仅引起轻微的胃肠道症状。 轮状病毒感染的诊断可以通过使用免疫测定法检测粪便样本中的病毒抗原来进行。在某些情况下，可以使用基于 PCR 的方法进行更灵敏和更特异的检测。轮状病毒感染的治疗主要是支持治疗，重点是补充液体和电解质以防止脱水。在某些情况下，可以使用抗病毒药物，尽管其功效有限。轮状病毒感染的预防主要通过接种疫苗。轮状病毒是一种传染性极强的病毒，主要影响幼儿和新生儿，导致脱水和严重腹泻。为了防止轮状病毒的传播，世界各地已经开发和使用了各种疫苗。最常用的两种疫苗是Rotarix和 Rotateq，它们是减毒活疫苗，通过诱导对病毒的免疫反应发挥作用，而不会引起疾病。同样，Rotavac 和 Rotasil 也是减毒活疫苗，其作用原理与Rotarix和 Rotateq 相同。 LLR-85 和 CDC-9 是仍在研发中的实验性疫苗，其有效性和安全性正在研究中。另一种名为 Rotavin M1 的疫苗是一种亚单位疫苗，它只含有病毒的一部分，即VP6 蛋白。这种疫苗通过诱导对这种蛋白质的免疫反应起作用。另一种亚单位疫苗是 P2VP8，它含有病毒中的两种蛋白质，称为 VP2 和 VP8，通过诱导对这些蛋白质的免疫反应起作用。除了这些疫苗之外，一种名为 UK-BRV的疫苗含有模拟轮状病毒结构的病毒样颗粒 (VLP)。这种疫苗通过诱导对 VLP 的免疫反应起作用。最后，RV3-BB 是一种由澳大利亚研发的减毒活疫苗，其基于猴体内发现的一种轮状病毒株。该疫苗通过诱导对病毒的免疫反应发挥作用。总而言之，多种轮状病毒疫苗的出现为医疗保健提供者提供了多种选择，可根据患者的年龄、健康状况和病史进行选择。 疫苗的生物工艺涉及使用生物系统（例如微生物或动物或植物细胞）生产疫苗的一系列相互关联的阶段。该过程始于识别和培养能够生产疫苗所需抗原的生物材料。生产后，抗原经过各种纯化、配制和包装步骤，形成适合分销的最终产品。疫苗的生物工艺是一个严格监管且复杂的过程，需要微生物学、生物技术、化学和工程学等多学科的专业知识。主要目标是生产安全、有效且质量稳定的疫苗。该过程包括上游工艺，如生长、收获和处理生物材料；下游工艺，包括纯化、配制和包装疫苗；以及质量控制，包括测试毒性和功效。综上所述，疫苗生物工艺是利用生物系统生产疫苗的一系列复杂步骤，最终目的是生产出安全、有效、标准化的疫苗，以预防传染病，促进公众健康。 本文将讨论不同的轮状病毒疫苗类型、它们的作用方式以及每种疫苗生物工艺的一般机制（表1）。 表1. 不同类型轮状病毒疫苗的毒株、剂量和储存。 轮状病毒疫苗 疫苗是一种生物制剂，通过将非感染性的病原体或其成分引入体内，引发针对特定病原体或疾病的免疫反应。疫苗会激活适应性免疫系统，产生特异性抗体和记忆细胞，以便将来再次遇到病原体时能够识别并作出反应。疫苗接种旨在防止传染病的传播，保护个人和群体免于重病、致残和死亡。病毒疫苗有多种类型，包括减毒活疫苗、灭活疫苗、亚单位或蛋白质疫苗、载体疫苗和DNA 疫苗。下文将根据每种轮状病毒疫苗的作用方式对其进行讨论。每种疫苗都有其自身的优点和局限性，需要仔细评估其在不同人群中的安全性和有效性。尽管如此，疫苗已被证明是预防传染病传播和影响最有效的公共卫生干预措施之一。 基于减毒活疫苗的候选疫苗 Rotarix Rotarix 是一种减毒活疫苗，旨在预防轮状病毒。轮状病毒是一种传染性极强的病毒，在婴幼儿中可导致严重的呕吐和腹泻。该疫苗含有单一轮状病毒株，该病毒株已被减毒以降低其毒性，同时仍保留其免疫原性。 Rotarix 疫苗通过诱导对 RIX4414轮状病毒株的免疫反应起作用。该病毒通过组织培养中的连续传代过程进行减毒，即在细胞中培养多代。这导致该病毒株的毒性比野生型病毒更低，更稳定，同时仍保留其抗原特性。 临床研究表明，Rotarix疫苗对预防轮状病毒性胃肠炎具有高效性。临床试验显示，该疫苗预防重症轮状病毒病的有效率为85%-98%，预防任何轮状病毒病的有效率为74%-87%。此外，接种疫苗还可降低轮状病毒性胃肠炎的住院率和死亡率。 Rotarix疫苗的安全性已得到广泛研究。临床研究表明，疫苗接种通常耐受性良好，不良副作用发生率较低。该疫苗最常见的副作用包括轻微的胃肠道症状，例如腹泻、呕吐和腹痛。但大多数情况下，这些不良后果较轻、可自行缓解且持续时间较短。 Rotarix疫苗已被纳入许多国家的国家疫苗接种计划，并得到世界卫生组织的推荐。该疫苗已在全球100多个国家获准使用，并已为数百万儿童接种。Rotarix疫苗的一个优势是它是一种单价疫苗，这意味着它只含有一种轮状病毒株。这与其他一些含有多种病毒株的轮状病毒疫苗不同。使用单价疫苗有助于降低疫苗研发、生产和分发的复杂性和成本。Rotarix 疫苗的另一个优势是它不需要冷藏储存或运输，这使得在冷藏条件有限的地区分发更加容易。这在医疗保健设施和冷藏条件通常有限的发展中国家尤为重要。 新生儿和幼儿轮状病毒性胃肠炎可以通过接种Rotarix疫苗进行预防。该疫苗高效、耐受性良好，且安全性良好。该疫苗的使用有望大幅降低轮状病毒病的发病率和死亡率，尤其是在资源匮乏的地区。 RotaTeq RotaTeq 是一种口服五价轮状病毒活疫苗，由五种不同的人-牛轮状病毒重配毒株组成。这些毒株源自人轮状病毒毒株和牛轮状病毒毒株，旨在针对五种不同类型的轮状病毒提供免疫力，而这五种类型的轮状病毒是导致全球儿童大多数严重腹泻病例的元凶。该疫苗含有以下重配毒株：G1、G2、G3、G4 和 P。G 型和 P 型是指病毒的两种主要外部蛋白，用于将轮状病毒分为不同的基因型。RotaTeq 被归类为减毒活疫苗，因为它含有减毒的轮状病毒毒株，这些毒株能够在宿主肠道内复制并诱导免疫反应，但不会引起严重疾病。该疫苗也被归类为亚单位疫苗，因为它仅含有病毒的外部蛋白质，而不是整个病毒颗粒。 RotaTeq 的作用原理是刺激免疫系统产生针对疫苗中所含五种不同轮状病毒株外部蛋白的抗体。这些抗体会与病毒颗粒结合，阻止其附着并感染宿主肠道细胞。RotaTeq 还能刺激记忆 B 细胞的产生，如果宿主将来再次接触病毒，记忆 B 细胞可以迅速产生更多抗体。 RotaTeq 疫苗已通过广泛的临床试验，证明其在预防轮状病毒性胃肠炎方面的安全性和有效性。该疫苗于 2006 年首次获得美国食品药品监督管理局 (FDA) 的批准，该批准基于多项大规模临床试验的结果。这些试验表明，RotaTeq 在预防婴幼儿重症轮状病毒性胃肠炎方面非常有效。其中一项涉及 7 万多名婴儿的试验表明，接种该疫苗可显著降低出生后第一年患重症轮状病毒性胃肠炎的风险，降低 98%，第二年患重症轮状病毒性胃肠炎的风险降低 59%。 该病毒通过粪口途径传播。病毒可在物体表面存活数小时，在卫生条件较差的环境中很容易传播。五岁以下儿童最常感染轮状病毒，这种病毒在缺乏清洁水和适当卫生设施的发展中国家更为常见。 RotaTeq 在预防轮状病毒性胃肠炎方面具有多种益处。该疫苗可有效预防轮状病毒引起的严重腹泻和脱水，这些症状在某些情况下可能危及生命。该疫苗安全且耐受性良好，报告的不良事件很少。RotaTeq 已被包括世界卫生组织 (WHO) 在内的多个国际卫生组织推荐为预防儿童轮状病毒性胃肠炎的安全有效疫苗。 Rotavac Rotavac 也是一种用于预防轮状病毒感染的疫苗。轮状病毒感染是全球婴幼儿严重胃肠炎的主要原因之一。轮状病毒感染会引起呕吐、腹泻和脱水等症状，并可能导致住院或死亡，尤其是在医疗保健和安全饮用水匮乏的中低收入国家。 Rotavac 的作用机制包括刺激体液和细胞免疫应答来对抗轮状病毒。该疫苗含有减毒活病毒颗粒，能够复制并刺激中和抗体和 T 细胞的产生。当儿童接触野生型轮状病毒时，这些免疫细胞能够识别并中和病毒，从而防止病毒引发严重的胃肠炎。Rotavac 的作用机制与其他减毒活疫苗（例如麻疹、腮腺炎和风疹 (MMR) 疫苗）相似。 Rotavac 通常根据国家免疫规划推荐的具体疫苗接种方案，分两剂或三剂接种于婴儿。该疫苗以口服形式给药，可以是滴剂，也可以是经稀释剂复溶的冻干粉。该疫苗通常与其他常规儿童疫苗（例如白喉、破伤风和百日咳 (DTaP) 疫苗）同时接种。 为了评估Rotavac的安全性和有效性，已开展了多项临床研究。在印度进行的一项III期临床试验中，Rotavac对严重轮状病毒性胃肠炎的有效率为56%。在加纳、肯尼亚和马里进行的另一项III期试验表明，Rotavac对严重轮状病毒性胃肠炎的有效率为39%。这两项研究均证明了Rotavac在降低轮状病毒性胃肠炎住院率方面的卓越功效。 Rotavac 的功效归功于其能够刺激针对轮状病毒的免疫反应。该疫苗含有减毒活株轮状病毒 (116E)，能够诱导免疫反应，且不会引起严重疾病。接种疫苗的婴儿的免疫系统能够识别并中和进入体内的野生型轮状病毒，从而保护婴儿免于患上严重的胃肠炎。临床试验表明，Rotavac 在预防严重轮状病毒性胃肠炎和因轮状病毒感染而住院方面非常有效。 Rotavac 的主要优势在于它能够预防轮状病毒感染，而轮状病毒感染是全球儿童发病和死亡的主要原因。通过预防严重的轮状病毒性胃肠炎，该疫苗可以减少住院次数、降低医疗费用，并减轻家庭和医疗系统的负担。除了高效性和安全性之外，Rotavac 与其他轮状病毒疫苗相比还具有其他优势。其中一个优势是其成本低廉，这使得中低收入国家人群更容易获得。另一个优点是它在较高温度下的稳定性，这减少了对冷链储存和运输的需求，从而更容易分发到偏远或农村地区。 Rotasil Rotasil 疫苗是一种减毒活疫苗，这意味着它含有在实验室中被减毒或弱化的活病毒。该疫苗通过刺激免疫系统产生针对轮状病毒的保护性反应来发挥作用。接种疫苗后，疫苗中的减毒病毒会进入人体并在肠道中复制，从而刺激抗体的产生。这些抗体通过阻止病毒附着在肠道细胞上并进行复制，从而提供对未来轮状病毒感染的免疫力。 Rotasil 疫苗由印度血清研究所与国家过敏和传染病研究所 (NIAID) 以及世界卫生组织合作开发。该疫苗在获准用于人体之前经过了广泛的临床试验。临床试验在印度、孟加拉国、越南和加纳等多个国家进行，涉及 60,000 多名婴儿。临床试验表明，Rotasil 疫苗可安全有效地预防轮状病毒感染。研究发现，该疫苗在预防轮状病毒引起的严重腹泻方面的有效率达 85%–95%，并且还可有效减少轮状病毒感染造成的住院和死亡。婴儿对该疫苗的耐受性良好，很少有关于发烧和腹泻等轻微不良反应的报告。 Rotasil 疫苗具有多种益处，包括降低轮状病毒引起的严重腹泻的发病率、住院率和死亡率。该疫苗还具有成本效益，可以节省治疗轮状病毒感染相关的医疗费用。此外，该疫苗还可以预防轮状病毒感染的传播，从而减轻社区的疾病负担。 总而言之，Rotasil 疫苗是一种预防轮状病毒的减毒活疫苗。该疫苗通过刺激免疫系统产生针对病毒的保护性反应来发挥作用，并且已被证明能够安全有效地预防轮状病毒引起的严重腹泻、住院和死亡。该疫苗可以减轻社区的疾病负担，并且经济可行，使其成为抗击轮状病毒感染的重要工具。 LLR-85 LLR-85 是一种减毒活轮状病毒疫苗，旨在预防婴幼儿轮状病毒性胃肠炎。该疫苗基于一种独特的人轮状病毒株，该病毒株于 1985 年从印度一名患有轻度胃肠炎的儿童身上分离出来。该病毒株通过细胞培养的连续传代过程进行减毒，从而形成了一种安全有效的疫苗株。 LLR-85 疫苗为口服液体悬浮液。该疫苗分两剂接种，第一剂在婴儿6-8周龄时接种，第二剂在第一剂接种后至少4周接种。疫苗使用剂量注射器给药，将疫苗送入口中，然后挤到婴儿的舌头上。该疫苗不得与任何其他液体混合，婴儿接种疫苗后至少30分钟内不应进食。该疫苗可诱导对减毒轮状病毒株的免疫反应。该疫苗含有一种减毒活病毒，可感染肠道上皮细胞，复制并刺激免疫反应。这种免疫反应包括产生抗体和T细胞反应，这对于预防轮状病毒感染至关重要。 临床研究表明，LLR-85 疫苗对预防轮状病毒性胃肠炎有高效作用。临床研究表明，该疫苗对预防任何轮状病毒疾病的有效率为 57%–68%，对预防严重轮状病毒疾病的有效率为 94%–96%。该疫苗还被证明可以降低轮状病毒性胃肠炎的住院和死亡发生率。LLR-85 疫苗的安全性已得到广泛研究。临床试验表明，该疫苗通常耐受性良好，不良副作用发生率低。该疫苗最常见的副作用包括轻微的胃肠道症状，如腹泻、呕吐和腹痛。然而，这些副作用通常是轻微的且具有自限性，通常会在几天内消退。 LLR-85 疫苗的优势之一是它是一种单价疫苗，这意味着它只含有一种轮状病毒株。这与其他一些含有多种轮状病毒株的轮状病毒疫苗不同。使用单价疫苗有助于降低疫苗研发、生产和分发的复杂性和成本。LLR-85 疫苗的另一个优势是它在室温下相对稳定，更易于储存和运输。这在医疗保健设施和冷藏条件通常有限的发展中国家尤为重要。 接种LLR-85疫苗可以预防新生儿和幼儿轮状病毒性胃肠炎。该疫苗高效、耐受性良好，且安全性良好。使用LLR-85疫苗有望大幅降低轮状病毒病的发病率和死亡率，尤其是在资源匮乏的地区。持续研发轮状病毒疫苗（包括LLR-85疫苗）对于确保拥有最佳手段来预防这种常见且具有潜在危险的疾病至关重要。 UK-BRV UK-RotaTeq (UK-BRV) 疫苗旨在预防轮状病毒感染，轮状病毒是一种属于呼肠孤病毒科的双链 RNA 病毒。UK-BRV 疫苗是一种减毒活疫苗，含有五种重配轮状病毒，这些病毒已被筛选出来，用于预防最常见的轮状病毒血清型（G1P、G2P、G3P、G4P和 G9P）。 UK-BRV疫苗采用口服方式，分三剂接种。第一剂通常在2个月大时接种，第二剂和第三剂分别在3个月大和4个月大时接种。该疫苗通过诱导针对病毒抗原的免疫反应起作用，从而产生能够中和病毒并预防感染的特异性抗体。该疫苗已在多个国家开展临床试验，包括英国等国已证实UK-BRV疫苗的有效性。在超过7万名婴儿参与的III期临床试验中，UK-BRV疫苗被证明可有效预防重症轮状病毒性胃肠炎，对G1P血清型引起的重症轮状病毒性胃肠炎的有效率为89%，对其他常见血清型引起的重症轮状病毒性胃肠炎的有效率为87%。此外，研究还发现，该疫苗耐受性良好，不良反应发生率极低。 UK-BRV 疫苗可长期预防轮状病毒感染。在III 期临床试验的后续研究中发现，接种该疫苗后，至少 3 年内可预防严重轮状病毒性胃肠炎。此外，还证明接种疫苗可降低轮状病毒相关住院和急诊的频率。UK-BRV 疫苗被推荐用于英国和其他国家的婴儿常规免疫。该疫苗是英国国家免疫计划的一部分，建议所有 8 周龄及以上婴儿接种。世界卫生组织也建议将该疫苗作为其全球免疫计划的一部分，以降低轮状病毒性胃肠炎的发病率。 综上所述，UK-BRV 疫苗是一种有效且安全的疫苗，可预防婴幼儿重症轮状病毒性胃肠炎。该疫苗口服给药，由五种重配轮状病毒组成，这些病毒被筛选用于预防最常见的轮状病毒血清型。该疫苗在临床试验中表现出色，并被提议作为英国及其他国家的婴儿常规免疫接种。轮状病毒性胃肠炎病例仍然是全球婴幼儿发病和死亡的重要原因，而该疫苗是减少轮状病毒性胃肠炎病例全球战略中的重要工具。 RV3-BB RV3-BB 是一种用于预防轮状病毒感染的口服活疫苗。该疫苗含有经过修饰的弱毒轮状病毒，可刺激免疫反应且不会引起疾病。以下是 RV3-BB 轮状病毒疫苗的工作原理、功效、临床试验和益处。 RV3-BB 疫苗的作用机制是刺激人体免疫系统产生针对轮状病毒的抗体。疫苗接种后，减毒的轮状病毒会在肠道内复制，从而引发免疫反应。人体会产生抗体来抵抗感染，从而预防病毒再次感染。该疫苗通过为人体提供与自然感染轮状病毒后产生的相同类型的免疫力，从而提供对轮状病毒的免疫力。 RV3-BB 疫苗已被证明可有效预防轮状病毒感染。临床试验显示，该疫苗的有效率约为 90%。该疫苗已被证明可有效预防轻度和重度轮状病毒感染。为了评估 RV3-BB 疫苗的安全性和有效性，研究人员进行了深入的临床研究。该疫苗最初由澳大利亚墨尔本默多克儿童研究所的研究人员研发，并已在多项临床试验中进行了测试，其中包括在印度尼西亚进行的一项涉及 1000 多名婴儿的大规模临床试验。这些试验表明该疫苗在预防轮状病毒感染方面是安全有效的。 轮状病毒是一种传染性极强的病毒，可导致严重腹泻、呕吐和脱水，尤其易感于幼儿。在某些情况下，轮状病毒感染可能导致住院甚至死亡。RV3-BB 疫苗有助于预防轮状病毒感染及其并发症，从而减轻全球轮状病毒相关疾病和死亡的负担。对于缺乏清洁水和卫生设施的发展中国家来说，这种疫苗尤为重要。 原文：P.Chugh, S.Soni, M.Prasad, et al., Development of a bioprocess for rotavirus vaccine. Bioreactor Design Concepts for Viral Vaccine Production, 2024.