用病原体DNA碎片制成的疫苗前景诱人。其作用机理仍不清楚，临床试验尚无成功者。
九十年代早期，海军医学研究所的斯蒂夫 · 霍夫曼（Steve Hoffman）对疟疾疫苗的探索已经碰壁。霍夫曼及其同事相信，他们已鉴定出恶性疟原虫上使疫苗有效的那些部分。他们接着试用几种最新的方法将它们制成疫苗。其中一种方法，把恶性疟原虫的一些基因接到牛痘病毒上，希望将它接种动物后，会感染动物细胞，产生恶性疟原虫的蛋白质；另一种方法，以基因工程制的恶性疟原虫蛋白质作成疫苗；还有一种方法，以该种蛋白质的一些叫做肽的片断作成疫苗，但是，当研究人员将这些疫苗试用于小鼠时，都未成功。受试小鼠没有产生对疟疾有活力的保护性免疫反应。
这时霍夫曼听到了DNA疫苗（常被叫作基因疫苗，或“裸露”DNA）。1993年，研究人员发表了DNA疫苗在小鼠激起免疫反应的首批报告，使得许多人头脑发热。作为肽、蛋白质或病毒运载体的替代物，DNA疫苗的组成不过是病原体的一个基因接在一个叫作质粒的环形细菌DNA上面已。从理论上讲，这种疫苗的制造比较简单；能够激起较广泛的免疫反应，因为，它们在体内所经细胞，与实际病原体者接近。
霍夫曼的合作者玛萨 · 西特伽（Martha Sedegah）说，他们试用疟疾DNA疫苗于小鼠，观察到“极有力的”免疫反应。他们用鼠疟原虫最具感染性的虫株进行攻击，试验小鼠没有发病。在猴类获得类似的显著结果后，今夏他们对25位志愿者进行了安全试验，希望这个新方法将最终结束疟疾疫苗研究不断失败的历史。
但是，甚至霍夫曼的一位在人体试验上的主要合作者却就这一思路提出严肃告诫，“对认为DNA疫苗将从其它疫苗的所有失败中拯救世界的概括性结论，我心存疑虑。”Walter Reed陆军研究所的疟疾研究人员利普 · 巴劳（Rip Ballou）说，“如果我们的目标只是防护小鼠，那我们已能办到，而且我们已经没事干了！”巴劳还在多方面探索制备疟疾疫苗的其它方法。
欢迎DNA疫苗领域的探索与争议。自从San Diego生物技术公司的研究人员在《科学》杂志（Science，1990年3月23日）首次宣称，裸露DNA会促使被注入的动物细胞产生异体蛋白，研究进展很快。针对艾滋病、流感与癌症的疫苗，进入临床试验的已达半打以上；针对狂犬病、生殖器疱疹、麻疹、自身免疫性疾病和过敏性疾病的疫苗研究在进展中。同时，DNA疫苗的新用法与新概念快速增加。“我习惯于用一张幻灯片列出开发过DNA疫苗的所有病原体，”美国食物与药品管理局的免疫学家邓尼斯 · 克林曼（Dennis Klinman）说，“我不能再增加了，因为字体不能再小了！”
但是，很多像巴劳那样有经验的疫苗开发者，反复提醒他们的同事，不论这技术的前景多么诱人，毕竟是不成熟的。诚然，对DNA疫苗的作用机理、如何提高其效率，研究人员的了解仅只是开始。而且，还没有一种DNA疫苗在临床试验中证明了其价值，——即使对于以几世纪来所使用的技术制造出的疫苗，这都是一条漫长艰苦的道路。
中间环节
1993年，Merck研究实验室的玛格丽特 · 刘（Margaret Liu）及其同事证实，接种流感病毒裸露基因，能使小鼠免于致死剂量A型流感病毒的感染。DNA疫苗的潜在优点首次被报纸大标题登出。引起其它研究人员瞩目的，不仅是技术之新颖；疫苗不仅对所含病毒株有效，对完全不同的流感病毒株也有效的事实，也引起人们兴趣。人类流感疫苗只是对所含病毒株有效。
对此现象，刘及其同事的解释是，DNA疫苗的作用，像许多减毒活疫苗。通常流感疫苗由灭活病原体制成，它传递给免疫系统制造以病原体表面蛋白质为靶子的抗体。但许多病原体的表面蛋白质变化频繁，这意味着对病原体某株型有效，面对另一株型可能无效，像流感就是这样。根据这个逻辑，灭活的疫苗，以及含有部分病原体的“亚单位”疫苗，经常只提供有限的防护。
人们相信，减毒活疫苗能避开这种困境，因为它们既促进抗体之生产，又长于集合细胞毒T淋巴细胞（CTLs）。这些CTLs不仅能识别并杀死已受染的细胞，且能被稍有株间变异的病原体的一些部分所吸引。“据我们所知，减毒活疫苗可能是最有效的。”美国变态反应与传染病研究所艾滋病疫苗研究室的免疫学家腓特烈 · 福格尔（Frederick Vogel）说o
活疫苗之所以高效，是由于它们感染细胞，并与其基因机器联合起来，繁殖自己。受染细胞在其表面展现入侵者的片断，以及I型主要组织相容性复合物（MHCI）的分子。MHCI分子的作用，宛如发出遇险呼救，于是免疫系统派出CTLs摧毁受染细胞。但是，活疫苗也带来一些危险性，因为它们引起要防止的疾病的轻型发作——有时能引起严重发作。
福格尔将DNA疫苗看作灭活疫苗与活疫苗之间的“中间环节”，因为它们也感染细胞，使之产生广泛的免疫反应——而且，至少从理论上讲，它们几无危险性。减毒活疫苗的“更安全”的替代品还有一些。例如，把病原体的基因接到无害的病毒（例如牛痘病毒，其本身为天花疫苗），它也理应激起CTL反应。但是，这思路苦于，牛痘病毒在感染细胞之前，免疫系统就会瞄准并消灭之。而DNA疫苗有个优点，“我们不须背运载体或病毒的包袱，”福格尔说，“它只是对我们需要产生的蛋白质反应，不对其它任何物质反应。”
除促进CTL反应的能力给人深刻印象外，DNA疫苗的制备也相对较为简单。例如，霍夫曼研究组的免疫学家邓尼斯 · 杜兰，（Denise Doolan）说，从恶性疟原虫分离出所需基因，将它插入质粒（由细菌大量生产），并开始在小鼠试验疫苗，仅化去她3个月的时间。她还说，不似传统的蛋白质疫苗或活病毒疫苗，针对许多不同病原体的DNA疫苗，能用大致相同的技术来制备，只是基因不同，运载体大都一样。基因的易于更换，使研究者得以按照地区流行的不同病毒株，“量体裁衣”地制备疫苗，其结果，霍夫曼说，“DNA疫苗能给发展中的世界的疾病防治，带来革命性的变化。”
黑 箱
如果说，这整个过程有点太急促而没犹豫，是的，有可能。也许，最使人冷静的是，对DNA疫苗激起免疫反应的机理，研究人员仍只有模糊的观念。“这是一个黑箱，”美国变态反应与传染病研究所AIDS基础科学规划的卡尔 · 第芬巴赫（Carl Dieffenbach）说。
第芬巴赫解释道，当研究人员首次出版了其有关DNA疫苗的著作，他们提出，疫苗注入处的肌肉细胞捕获DNA，它们表达DNA编码的蛋白质——叫做“抗原”，它们激发免疫反应——连同MHCI分子一起，分布于细胞表面。“但是，肌肉细胞实际是不好的抗原提呈细胞，”第芬巴赫说。特别是，肌肉细胞表面缺少绝大多数抗原提呈细胞都有的关系重大的“辅刺激”（“Costimulatory”）分子。
研究人员像加利福尼亚大学的免疫学家艾尔 · 拉兹（Eyal Raz），提出另一困惑：用DNA疫苗免疫的小鼠，只产生微量的病原体基因编码的蛋白质，连激发免疫反应都成问题，莫说有力的CTL反应了。“我们曾测到极微量（10-12克）的体内产生的基因产物，”拉兹说，“如果用这点抗原直接免疫小鼠，几乎可以肯定，不会激起免疫反应。那么，为什么基因疫苗又有效？”
研究人员终于开始在揭开黑箱之谜上取得进展。得克萨斯大学的斯蒂芬 · 詹斯顿（Stephen Johnstone）说，从一开始就有迹象，是肌肉细胞以外的什么东西在进行抗原提呈。一个迹象来自他及其同事所谓的“凡高试验”（the Van Gogh experiment）。他们将基因疫苗注入小鼠耳朵，并迅即割去该耳朵，表明耳朵细胞已经不能产生蛋白质了；但，该小鼠仍然产生持久的免疫反应。“是游动的细胞捕获DNA予以表达，”詹斯顿推论道。
在今年春夏发表的一系列论文中，刘氏研究组确证 :抗原提呈工作系树突状细胞所为，而不是肌肉细胞所为。树突状细胞分布于除大脑外的身体各部，以“专职性”抗原提呈细胞著称，因其主要功能是巡逻搜捕入侵者，提交免疫系统。
尽管从免疫动物只测出微量基因产物，却收到相对高效的免疫反应。对其原因的探索，最近也有进展。过去3年里，若干研究组，包括爱俄华大学的阿塞 · 克里格（Arthur Krieg）研究组和拉兹研究组，已经提出，这种不成比例的反应的秘密，在于病原体基因周围的细胞DNA，它也激发免疫系统。他们说，细菌DNA，包括免疫系统视为异物的“顺序花”（“Sequence motifs”）。这一发现提示，增加细菌顺序，可能提高DNA疫苗之效力。
研究人员还探索加强DNA疫苗激发免疫反应的其它方法。DNA疫苗引致的微量抗原，其激起的免疫反应虽然惊人，但以其它疫苗的标准来衡量，则仍未能引起人们兴趣。“它不是因实际上激起极度有效的免疫反应而引人注意的疫苗，”Wistar研究所的病毒免疫学家希尔德甘特 · 欧特尔（Hildegund Ertl）说，“如果将DNA疫苗激起的免疫反应，与常规的减毒活疫苗灭活疫苗者比较一下，前者常常较低。”
之所以如此，因为质粒简直不感染与之组合的细胞。欧特尔解释道，“DNA疫苗本身不会杀死一个宿主细胞，”它在进入细胞，借用其基因机器生产所需抗原上，效率不是很高。
为放开脚步，欧特尔等已给质粒加上他们所谓的基因佐剂。欧特尔已专注于编码细胞因子的基因。细胞因子是免疫系统的信使，它能把特定的免疫细胞集合到带有病原体或异体DNA的细胞周围，加大免疫反应力度。欧特尔及其同事首先从一种叫作颗粒巨噬集落刺激因子（GM-CSF）的细胞因子开始。他们将编码GM-CSF的基因，装到带有狂犬病毒基因的质粒上去，配成增效的疫苗。以之注入小鼠，它激起的免疫反应，50倍于未加佐剂的疫苗。詹斯顿说，他的实验室已用半打不同的细胞因子基因试验了这一思路，已观察到，它们能增强疫苗之免疫性达100倍之多。
宾西法尼亚大学分子免疫学家大卫 · 魏纳（David Weiner）说，使基因佐剂如此令人惊奇的是，以特定比例将它加入疫苗，最终能调准免疫反应，激起防治特定疾病所需的精确的抗体水平或CTL反应。例如，魏纳及其同事，已经探索了若干种不同组合的HIV基因与基因佐剂配成的艾滋病疫苗。
魏纳说，在动物试验中，以编码叫做白介素-12的细胞因子的基因为佐剂时，他们观察到CTLs反应的“达到10倍之巨的提高”，同时有抗体反应的抑制。相反，GM-CSF基因佐剂则加强抗体反应。辅刺激分子CD86（—种细胞表面受体，先前称作B7-2）基因佐剂能使CTLs反应显著加强，但没有抑制抗体反应。“你能立即观察到这些基因组合物能办到的事，”魏纳说，“关于免疫系统是如何运转的，实际上有很多事要做，要学。”
无需掩饰的担忧
虽然DNA疫苗的潜能不时地令研究人员目眩头晕，将裸露DNA注入人体，人们总禁不住担忧。特别是，还不知道外来的DNA会否整合进染色体，潜在地导致突变或异常。总之，克林曼说，“我们担忧，这些疫苗会否致癌"。疫苗不像药物，主要进入健康儿童体内，“所以，如果某些疫苗有致癌的潜能，其影响会是长时间的、大范围的”。
美国食物与药品管理局也担心，某些疫苗会因产生DNA抗体而造成损伤，导致像狼疮那样的自体免疫疾病。迄今，情况好像并非这样。但 · ，克林曼及其同事已研制出动物模型，表明：有某些遗传倾向的儿童，会有某些罕见类型的器官特异的自身免疫疾病的危险性。“既然已经在实验小鼠模型发现问题”，他说，“当我们进入人体试验时，会知道警惕”。
尽管有这些担忧，DNA疫苗研究正加速向临床试验迈进。在开发DNA疫苗的最初几年，美国食物与药品管理局等管理机构对这样的彻底免疫技术进入临床试验颇费踌躇。研究人员则转而抱怨他们的科研设计书被官方束之高阁，无处施展。但，今年年初，世界卫生组织发布了生产DNA疫苗的指导方针，而美国食物与药品管理局也发布了“考虑要点”的文件，涵盖了从临床预试验直至人体试验中疫苗的检验与制造的前提条件。研究人员说，瓶颈既已解除，众多临床试验科研设计书正从美国食物与药品管理局呼啸而过。
例如，魏纳有4个观察HIV DNA疫苗是否安全、能否激起免疫反应的小型人体试验正在进行。“DNA疫苗给我们许多追求目标，”他说，“正如多药疗法的疗效比单药疗法强，免疫系统从多点攻击病毒，至少从道理上讲，它理应限制病毒逃脱攻击之能力。”
其他研究人员也正在设计癌症DNA疫苗的试验，当然，其目标不是预防癌症，而是激发癌症患者的免疫能力。DNA疫苗诱导出的CTL的强力反应，可能证明其抗肿瘤的价值；在这方面，CTL起主要作用，至少在动物模型上是这样，魏纳说。而且，克林曼说，DNA疫苗之易于生产，使为每个病人生产独特的DNA疫苗有实际可能，较之为每个病人生产独特的传统疫苗，价廉和省事得多。
按照目前DNA疫苗进入临床试验的速度，不用几年，其真实价值的答案，将露出端倪。“我们能够审慎地乐观，但仍须审慎，”研究疱疹病毒疫苗的田纳西大学病毒免疫学家巴利 · 劳斯（Barry Rouse）说，“正因为答案存在着，它们不是对少女祈祷的回答。期望DNA疫苗在其它疫苗尚未有效的情况下生效，我们的信心仍需提高、再提高。”
[Science，1997年12月5日]