综述：用于人类和动物传染病的酵母疫苗生产平台

《Frontiers in Immunology》：Yeast vaccine production platform for human and animal infectious diseases

酵母作为疫苗生产平台的研究与应用。

　　酵母作为疫苗生产平台，在人类和动物健康领域展现出巨大的潜力。酵母不仅能够高效地表达多种重组蛋白，还具备安全性高、生产成本低、易于大规模培养等优势。这些特性使其成为开发新型疫苗的理想选择，尤其是在面对传统疫苗技术存在的诸多挑战时。传统疫苗通常基于灭活或减毒的病原体，或者依赖于病原体的某些抗原成分，虽然在控制传染病方面取得了一定成效，但也伴随着诸如安全性风险、生产复杂性、冷链依赖、研发周期长等问题。而酵母作为真核表达系统，能够模拟哺乳动物细胞的翻译后修饰过程，从而生产结构复杂的抗原蛋白，为疫苗开发提供了新的可能性。

在实际应用中，已经有多款酵母表达的疫苗获得批准并投入市场。例如，针对乙型肝炎病毒（HBV）和人乳头瘤病毒（HPV）的疫苗，利用了酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和 Hansenula polymorpha 这两种酵母菌株。此外，R21/Matrix-M? 疫苗则是以 Komagataella phaffii 为表达系统，用于预防疟疾。这些成功案例表明，酵母系统在疫苗研发中已取得重要进展，并且在实际应用中展现出良好的安全性和有效性。值得注意的是，尽管目前市场上仅有少数酵母表达疫苗，但已有多个国家和地区，如中国，开发了基于酵母的本土疫苗产品，例如上海泽润生产的 HPV 疫苗，进一步证明了酵母在疫苗生产中的广泛适用性。

酵母在疫苗生产中的应用主要依赖于其强大的基因工程工具。自 1978 年首次实现酵母基因转化以来，研究人员不断优化和改进相关技术，使得酵母成为表达复杂抗原蛋白的优选宿主。通过设计不同的质粒载体，结合特定的启动子和终止子，科学家们能够精确调控目标蛋白的表达水平。例如，AOX1 启动子因其高表达水平而被广泛应用于酵母表达系统中，能够使异源蛋白占细胞总蛋白的 30% 以上。此外，研究者还开发了多种诱导型启动子，如 GAL1、SNT5 和 iTRDL，以提高表达效率并减少不必要的蛋白生产。这些基因工程工具的不断进步，为酵母在疫苗生产中的广泛应用奠定了坚实基础。

在疫苗生产过程中，下游处理是确保产品质量和安全性的关键环节。酵母表达的抗原蛋白需要经过一系列复杂的纯化步骤，包括细胞破碎、离心、过滤、层析等，以去除杂质并提高纯度。例如，使用蛋白 A 层析技术可以高效地纯化抗体类抗原，并去除可能引发免疫反应的 β-葡聚糖等杂质。此外，离子交换层析和亲和层析等方法也被广泛应用，以适应不同抗原蛋白的特性。随着技术的发展，越来越多的创新方法被引入到酵母疫苗的纯化过程中，如混合模式层析、非亲和层析以及纳米级吸附材料的应用，这些方法在提高纯度和回收率方面展现出显著优势。

酵母疫苗的生产还需符合严格的药品生产质量管理规范（GMP）。GMP 是确保疫苗质量和安全性的核心标准，涵盖了从生产到质量控制的全过程。对于酵母表达的疫苗，GMP 的要求不仅包括生产过程的标准化，还涉及对生产菌株的精确表征和可追溯性。酵母系统相较于哺乳动物细胞系统，在微生物污染控制、生产成本和操作便利性方面具有明显优势，使其在疫苗生产中更易于满足 GMP 要求。此外，酵母表达的疫苗通常不含内毒素，这在细菌表达系统中是一个常见的问题，而内毒素可能引发不必要的免疫反应。因此，酵母疫苗在安全性方面具有显著优势，尤其是在免疫功能低下的人群中。

尽管酵母疫苗在多个方面展现出优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，酵母的糖基化模式可能与哺乳动物细胞不同，导致某些抗原蛋白的结构和功能发生变化。例如，酵母倾向于生成高甘露糖型 N-糖基化，而这种糖基化模式可能影响抗原的免疫原性，甚至引发过敏反应。因此，研究人员正在探索多种糖基化工程策略，如通过基因敲除或过表达特定的糖基化相关基因，以调整酵母的糖基化模式，使其更接近哺乳动物的糖基化特征。其次，酵母表达的病毒样颗粒（VLPs）在生产过程中容易发生聚集，这会增加纯化难度并影响疫苗的稳定性。为了解决这一问题，研究者尝试了多种抗聚集策略，如使用特定的信号肽促进抗原的分泌，或者在纯化过程中引入辅助剂以减少颗粒的聚集。此外，VLPs 的组装效率也是一个重要考量因素，因为高效的组装可以提高疫苗的免疫原性，并减少对细胞裂解的需求，从而降低生产成本。

除了糖基化和 VLPs 的组装问题，酵母疫苗的生产还受到蛋白产量的限制。虽然 AOX1 和 GAP 等强启动子能够显著提高蛋白表达水平，但某些复杂抗原蛋白的产量仍然较低，影响了疫苗的规模化生产。为了解决这一问题，研究人员正在开发新的启动子和优化基因拷贝数，以进一步提升蛋白产量。此外，酵母的密码子偏好性也被纳入优化策略中，通过调整基因序列以适应酵母的翻译机制，可以提高蛋白的表达效率。这些改进措施有助于提高酵母疫苗的产量和质量，使其更适用于大规模生产和临床应用。

展望未来，酵母作为疫苗生产平台仍有许多研究方向值得探索。首先，开发更多具有高表达能力的酵母菌株，以适应不同类型的抗原蛋白生产需求。例如，Kluyveromyces lactis、Yarrowia lipolytica、Schizosaccharomyces pombe 和 Saccharomyces boulardii 等酵母菌株在特定抗原蛋白的表达中展现出潜力，值得进一步研究和应用。其次，优化下游纯化工艺，提高抗原蛋白的回收率和纯度，从而降低生产成本并提高疫苗的稳定性。此外，开发新的表达策略，如利用 CRISPR-Cas 技术进行更精准的基因编辑，以提高抗原蛋白的表达效率和功能性。最后，针对不同的疫苗需求，探索酵母与其他表达系统的结合，如利用酵母表达的抗原蛋白与植物表达系统或哺乳动物细胞系统进行联合应用，以实现更高效的疫苗生产。

综上所述，酵母在疫苗生产中的应用已经取得显著进展，并在多个领域展现出广阔前景。然而，为了进一步推动酵母疫苗的商业化和广泛应用，仍需在基因工程、下游纯化、糖基化调控、VLPs 的组装与分泌等方面进行深入研究和优化。随着科学技术的不断进步，酵母有望成为未来疫苗生产的重要平台，为人类和动物健康提供更加安全、高效和经济的解决方案。