疫苗耐热保护剂的核心意义及应用

李丽琴，赵建增
华威特（北京）生物科技有限公司
发表于《今日养猪业》2011年第3期，22~25

    近年来随着我国畜牧业的飞速发展，养殖密度加大，疫病种类增多且爆发频繁，与之相适应的动物防疫模式也发生了根本性的变化。防疫质量成为制约这一变化的瓶颈之一，疫苗质量更是其中的关键问题。

    长期的生产实践发现，过去我国生产的多数疫苗与进口疫苗的效力存在着明显差异，动物使用部分国产疫苗后并不能产生有效的免疫保护。为了弥补这种缺陷，临床兽医不得不指导接种数倍、数十倍甚至数百倍使用剂量的疫苗。而这样做不但不能保证防疫质量，还会因动物体内引入过多其他成分而产生副反应。因此找到影响疫苗质量的关键因素，改进生产工艺，提高生产水平已成为动物防疫工作的重点。耐热保护剂技术是稳定疫苗质量的关键技术，本文就疫苗耐热保护剂技术的核心意义及应用进行分析。

    一、 稳定疫苗品质的关键技术

    目前已广泛认识到，影响我国疫苗质量的关键因素是抗原剂量，而疫苗稳定性在很大程度上决定着用户最终可使用的有效抗原剂量。以猪瘟疫苗为例，欧洲国家使用我国驯化的“C”株弱毒苗已成功控制并在大范围内净化了猪瘟，这说明目前在我国使用“C”株弱毒苗控制猪瘟的方向是正确的。但在现实中，尽管有数十家企业生产猪瘟疫苗，尽管有时接种数头份或十多头份，临床兽医仍无法肯定接种疫苗是否能有效控制猪瘟，临床上仍有猪瘟广泛流行。这足以说明目前所使用的疫苗其效力不充分。回溯疫苗生产的质量控制过程可以发现，所有疫苗在生产过程中及上报国家监督机构时其抗原剂量和效力均符合国家标准，但随着运输和保存的时间延长而逐渐衰减。可以看出，抗原衰减过快是导致国产疫苗质量不理想的重要原因，实际应用时其免疫剂量已达不到免疫所需要的基本要求，因而防疫效果难以保证。

    疫苗抗原的损耗主要发生于冻干过程中温度快速变化阶段，因而耐热保护剂技术是疫苗品质稳定的关键技术。对多品种疫苗的制造检验分析发现，不同品种的疫苗因病毒（或抗原蛋白）的结构特点不同，适用于它的保护技术也不同。其中有耐热保护剂配方的不同，也有制备工艺的特别要求不同，没有一种可以通用于各种疫苗的“万能”保护剂。如果采用的耐热保护技术不恰当，尽管疫苗能在冷藏条件下保存，但这项技术给疫苗品质带来的提升作用就难以体现。现实中可以遇到，部分采用了耐热保护技术的产品，不得不加大使用剂量才能实现有效免疫。

    疫苗耐热保护剂的重要性已不言而喻，它不仅为疫苗的冷链运输和贮藏提供了便利，其关键在于提升了疫苗的效力。在生产时为了预防抗原衰减而增加的抗原量转变为有效的疫苗抗原，可使实际能应用的抗原剂量得到数十倍提高（见表1）。如果疫苗的抗原剂量充分，使用时当然无需再增加剂量，节约了成本，保证了效果。此外，还可避免因疫苗接种而引入大剂量的培养细胞等其他成分所造成的应激反应。

表1  耐热保护剂技术对主要兽用疫苗效力的影响

    二、 我国耐热保护剂技术的应用现状

    我国大部分兽用冻干活疫苗，根据生产工艺和保存条件不同，可分为常规保护剂活疫苗和耐热保护剂活疫苗。目前大多数产品为常规保护剂活疫苗，其保护剂的主要成分为脱脂牛奶、蔗糖、明胶等，保护剂组方简单、配制简便，抗原对温度敏感，如果在2~8℃条件下，保存期只有4~6个月，而多数疫苗需要在-15℃以下保存。在疫苗生产、运输以及使用过程中，如果冷链系统控制不当，疫苗保存环境温度升高，常常导致疫苗效力下降或失效，造成免疫失败。

    为了缩短我国在这方面整体上与发达国家的差距，国家投入大量资金进行这方面研究，在国家“十一五”科技支撑计划的支持下，中国农业科学院武华研究室启动了“动物疫苗耐热保护剂及冻干技术研究与开发”研究，利用相关成果制备疫苗的稳定性已达到国际同类产品水平，真正实现了只需“一头（羽）份”便可达到理想的防疫效果。

    三、 耐热保护剂的原理及应用

    长期实验发现，理想的耐热稳定保护剂需要用数十种化学材料配制，内含成分与病毒或细菌有良好的相溶性，有多种对病毒具有良好保护作用的成分，创造一种良好的微蜂窝状结构。在为疫苗病毒提供必要营养和失活保护的前提下，通过向病毒提供充分的营养物质，消除氧自由基、代谢废物等从而极大地拓展了疫苗毒株的生存环境极限，使其在常温2~8℃环境下保存有效期达2年。

    耐热保护剂的重要作用主要体现在保护病毒和细菌的抗原性，尽量减轻冷冻干燥对病毒或细菌的损伤，使疫苗制品中的抗原在免疫原性和抗原性上都获得良好的保持。

    根据分子量分类，耐热稳定剂的组份中含有高分子物质和低分子物质，两类物质分别起着不同的作用。高分子物质形成耐热性构架，阻断构架外热源对构架内病毒或细菌的热传导性和热辐射性杀伤；能增强对病毒或细菌的保护作用，可促进冷冻干燥过程中的升华。低分子物质可形成均匀悬液，使干燥样品中的最终水平含量不至于过低，防止蛋白质变性，减少病毒或细菌失活，而悬浮于耐热保护剂中的病毒或细菌在冷冻干燥过程中能保持存活状态。

    另外从功能上讲，抗氧化剂是耐热稳定剂中的重要组成。许多病毒或细菌，在干燥状态下与空（氧）气接触，会促进其新陈代谢，加快死亡。而抗氧化剂可阻止病毒或细菌在干燥状态下发生代谢过程，从而推迟病毒或细菌失活。

    耐热冻干保护剂的配制及冻干充分考虑了活疫苗在较高温度和较长保存时间情况下，冻干过程可能发生的物理和化学变化对疫苗存活的影响，因而其保护性能（尤其在较高温度条件下）要比传统保护剂更为优良，使活疫苗在储存、运输、使用等方面更方便、更经济。

    冻干保护剂可影响生物制品的质量、效价和稳定性，改变生物制品的生产工艺，提高产品预测能力并增大产品批次间的稳定性。耐热冻干保护剂有免疫原性但无药理活性，可在冻干和保存时维持疫苗的稳定性，大大优于常规保护剂（见表2）。

表2 常规保护剂与耐热保护剂性能对比

    四、 添加耐热保护剂疫苗的特点

    1. 能保护病毒或细菌活力，性质稳定，遇热不会糖焦化，耐干燥，耐冷冻。

    2. 最大限度的消耗溶液中溶解的氧，减少病毒或细菌与氧的接触，降低病毒或细菌的代谢活力与能量损耗，防止其在冷冻干燥及储运过程中的死亡。

    3. 依据耐热保护剂的每一种物质的共融点，科学地确定了每一种活疫苗的冻干曲线，既使病毒或细菌在冻干过程中失活率降到最低程度，又使冻干活疫苗形成良好的物理性状：不出现干缩，在沸水中煮10分钟仍保持原样。而不添加耐热保护剂的普通疫苗却经常出现干缩成块状的现象（见表3）。

表3 耐热保护剂可使疫苗保持良好的物理性状

    4. 从应用角度评价，使用科学恰当的耐热保护剂技术后，接种1头（羽）份的疫苗就可产生理想保护效果。当实践中出现需要接种大剂量疫苗的情况时，提示我们防疫方案可能不是十分恰当。所以稳定性高的疫苗还可为防疫工作的质量提供良好的保障。

    五、未来的方向

    随着我国畜牧业的快速发展，养殖业从追求数量和结构向追求安全转变，动物疫苗产业是事关我国畜禽产品安全的主体产业，我国每年因动物疫病导致的经济损失巨大。而我国兽用疫苗生产企业与国外企业差距较大，我国每年的疫苗销售额还不如美国或日本一家中等生物制品公司的年产值。国外生物制品大量涌入中国市场，导致市场竞争激烈，为了我国生物制品业的生存和发展，我们迫切需要以市场为导向，开发和引入新产品、新技术，从而引领中国疫苗行业快速升级，迅速与国际接轨。耐热保护剂技术作为活疫苗生产的一个关键技术，作为稳定疫苗品质的支撑技术，它的研究和应用就显得尤为重要。