随着植物高效基因载体系统和遗传转化技术的发展，利用转基因植物生产人或动物基因工程疫苗用于疾病的预防及治疗已成为植物基因工程的一个新兴研究领域。与传统的细菌、酵母及哺乳动物细胞等疫苗生产系统相比，转基因植物疫苗具有独特优势：①植物细胞的全能性；②完整的真核细胞表达系统，使表达产物具有较好的免疫原性及生物活性；③口服植物疫苗能诱导粘膜免疫反应；④植物细胞的细胞壁起到生物胶囊的作用；⑤生产简便、成本低廉，不需要冷藏和低温运输；⑥安全性好，无外源性病原污染等。目前，转基因植物疫苗的研究主要有两个方向：一是利用植物生产大量蛋白质抗原，经分离提纯后制备成疫苗；二是将植物或其部分作为可直接口服的疫苗，无需分离提纯。

1. 转基因植物生产疫苗的原理与方法

转基因植物疫苗是借助植物遗传转化载体将抗原基因导入植物，使其在植物中表达，生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗。植物遗传转化的受体系统、载体系统和遗传转化方法是关键技术。目前主要有三种方法：一是以植物病毒为载体的瞬时表达（不属于转基因植物范畴）；二是农杆菌介导的核转化，将携带重组质粒的农杆菌感染植物细胞后，外源基因通过同源重组整合到染色体上，含整合基因的细胞可长成新植株并稳定表达；三是基因枪法进行叶绿体转化，通过在外源基因表达盒两侧连接同源重组片段，实现定点整合。

2. 不同植物中表达疫苗抗原及免疫原性评价

近年来，众多研究表明转基因植物表达的疫苗抗原能诱导特异性中和抗体及粘膜免疫应答。由于动物疫苗更易临床应用，学者们致力于研发预防动物传染病的植物疫苗。不同受体植物对抗原蛋白翻译后修饰的差异导致免疫原性及保护水平差异较大。

2.1 模式植物中表达疫苗抗原的研究

烟草和拟南芥作为模式植物，其基因表达系统已充分特征化。Khandelwal等以烟草表达牛瘟病毒血凝素蛋白，腹腔接种小鼠后血清中和抗体滴度达1:160～1:640。Bae等将猪流行性腹泻病毒刺突蛋白中和表位在烟草中表达，饲喂小鼠后血清和粪样中检测到高水平IgG和IgA，空斑减数试验显示抗COE血清对病毒生长抑制增加49.7%。Gomez等培育了转猪传染性胃肠炎病毒S糖蛋白基因拟南芥，ELISA检测小鼠抗血清与TGEV发生特异性反应。

2.2 可食性植物中表达疫苗抗原的研究

Zhou等将禽传染性支气管炎病毒S1糖蛋白基因转入马铃薯块茎表达，提取液肌注小鸡后抗体滴度达1:2187。霍乱毒素B亚单位在番茄叶片及果实中表达，具有天然Gm1-神经节苷脂结合活性。Kapusta等研究了HBsAg在转基因羽扇豆和莴苣中的表达，服用莴苣的志愿者血清中检测到特异性IgG。转基因苜蓿表达口蹄疫病毒抗原表位，攻毒试验显示免疫保护作用。Bouche等将重组多肽转入胡萝卜表达，免疫小鼠血清能抑制麻疹病毒复制。

2.3 转基因农作物疫苗的免疫原性研究

豆类（大豆、花生）和谷类（玉米、水稻、小麦）广泛种植、产量高，种子蛋白丰富且易贮存。Lamphear等在玉米种子中表达TGEV-S和LT-B，抗原蛋白在加工中保持活性，4℃下贮藏期达10个月以上。Khandelwal等用转RPV H蛋白基因花生叶片饲喂牛，诱导特异性抗体及PBMC增殖。最近有报道将小反刍兽瘟病毒HN基因转入鸽豆表达，植物源HN蛋白具有神经氨酸苷酶活性。

3. 免疫原基因的高效表达策略

转基因植物疫苗的主要技术问题是重组抗原的高水平表达。早期表达量仅占总可溶蛋白的0.001%～0.3%。为提高表达量，学者们开展了多项研究。

3.1 优化重组基因结构：通过优化编码序列和表达盒，使抗原更适合在特定植物中表达。

3.2 植物膜泡运输机制靶向表达：利用分选信号（如内质网滞留信号SEKDEL）将抗原蛋白定向运输至内质网、液泡或胞外，提高表达量并促进正确翻译后修饰。Arakawa等将CTB与SEKDEL融合，表达量提高至0.3% TSP；Huang等报道SEKDEL使麻疹病毒H蛋白表达量提高4-6倍。

3.3 载体蛋白与抗原决定簇融合：将抗原决定簇与CTB或LTB融合，利用其结合神经节苷脂Gm1的功能，增强粘膜免疫。Kim等将HIV-1 gp120 V3环与CTB在转基因马铃薯中融合表达，五聚体具有受体结合活性。此外，GUS报告基因也可用于筛选高表达植株。

3.4 叶绿体遗传转化：叶绿体转化系统具有超量表达、定点整合、多顺反子表达、母系遗传等优点。De Cosa等报道叶绿体中外源基因表达量高达46% TSP；烟草叶绿体表达的CTB达4.1% TSP。但多数植物叶绿体基因组序列未知，限制了同源重组片段的确定，是当前主要瓶颈。

4. 口服免疫耐受性

口服疫苗可能引起免疫耐受，与抑制性T淋巴细胞（Ts）功能相关。Ts细胞为CD8+ T淋巴细胞，迁移至肠系膜淋巴结后进入全身淋巴系统。转基因植物疫苗是否引起口服耐受尚无定论。

5. 研究展望

尽管转基因植物疫苗能诱导特异性抗体，但免疫保护所需剂量尚不明确。首要任务是提高重组抗原表达水平并增强免疫原性。其次，需筛选无抗生素抗性基因的植株以确保安全性。谷类作物易于贮存、运输，抗原蛋白在加工中不失活，适合作为动物饲料疫苗。虽然离临床应用尚远，但该领域前景广阔。

参考文献：中国兽药杂志，2005，39(5)

作者：傅玲琳1，帅江冰2，Jha Rajeev Kumar1，许梓荣1

(1．浙江大学教育部动物分子营养学重点实验室，浙江杭州310029；2．浙江大学动物预防医学研究所，浙江杭州310029)