关于轮状病毒疫苗的研究始于20世纪70年代中期, 最早的RV疫苗是牛RIT4237株疫苗(NCDV), 鉴于该疫苗在不同国家和地区的保护效果非常不一致, 故被停用^{[1, 3]}。此外, Clark等用G6型牛轮状病毒WC3株研发的WC3疫苗和Kapikian等用G3型猴轮状病毒株MMU18006(RRV)研发的RRV株疫苗进行临床试验后发现其保护效果迥异, 均被停用^[7]。之后, 白植生等用羊轮状病毒株G10P[12]型LLR株研发的人用口服轮状病毒活疫苗, 该疫苗可诱导产生广泛的中和抗体, 阳转率高达60%, 对RV腹泻的保护效果为78%, 并且在使用中尚未发生严重的不良反应^{[1, 7]}。故LLR株疫苗成为世界上第1个获得批准生产的以动物轮状病毒株制备的人用轮状病毒活疫苗。

3.2.1 人-猴轮状病毒基因重配株四价活疫苗 1985年kapikian等以猴轮状病毒RRV株为亲本, 将人轮状病毒G1、G2和G4型的VP7基因片段插入亲本组成重配株即四价活疫苗(RRV-TV)^[8]。RRV-TV经7次临床观察结果表明, 对所有轮状病毒腹泻的保护效果达到47%~69%, 对重度腹泻保护率可达70%~100%。于1998年经FDA批准可以正式生产上市, 并被列入儿童常规预防接种计划。RRV-TV成为世界上经批准注册的第一个用于婴幼儿的RV重配株活疫苗。后期由于肠套叠事件的发生, 故被停止生产。

3.2.2 人-牛轮状病毒基因重配株四价活疫苗 美国Wistar学者以牛轮状病毒WC3株为亲本, 通过基因重配获得人-牛轮状病毒基因重配株四价活疫苗(WC-QV)。临床观察表明, 该疫苗对轮状病毒腹泻的保护效率达到67%, 对重型轮状病毒腹泻达到69%^{[6, 7, 8]}。另外, 有学者以牛轮状病毒UK株为亲本, 通过基因重配获得人轮状病毒VP7单基因片段基因重配株组成人-牛轮状病毒四价活疫苗(UK-QV)^[7], 在美国对不同年龄人群进行了临床观察, 结果显示该疫苗可以与其它疫苗联合使用^[9]。

3.2.3 人-羊轮状病毒基因重配株三价活疫苗 兰州生物制品研究所以LLR疫苗为基础, 采用G2、G3和G4型人RV分别与LLR株进行重配, 从而获得人-羊基因重配株三价活疫苗。该疫苗于2007年5月获SFDA批准进入临床试验阶段, 目前正在进行Ⅲ 期临床试验^{[8, 9]}。

3.2.4 人-牛轮状病毒基因重配五价活疫苗 美国FDA批准默沙东(MSD)公司的五价人-牛重配RV疫苗(RotaTeq), 该疫苗是以WC3为亲本的重配株, 包括人(G1, VP7)、(G2, VP7)、(G3或G4, VP7)、牛(P7[5], VP4), 以及人(P1A[8]型, VP4)或牛(G6, VP7)。该疫苗可以有效预防G1~G4型RV引起的婴幼儿胃肠炎, 保护率为74%。对严重腹泻的免疫效率为98%^{[6, 9]}。

由澳大利亚学者用RV3株研发的疫苗, II 期临床结果显示, 在服完3剂疫苗后, 血清中IgA 的水平比较低, 但受试者能在下一年度免受轮状病毒感染^[11]。1998年, Bernstein等报告的89-12株(G1型)疫苗, 经临床观察, 19%的受试者在第1次服用后会发生发热等副反应, 但口服2次后, 疫苗的免疫效果高达94%, 成为目前轮状病毒疫苗中的高效疫苗^[12]。2005年葛兰素史克(GSK)公司生产的单价人RV减毒活疫苗(Rotarix)(G1P[8]), 对大多数血清型RV可产生交叉保护作用^{[10, 12]}。越南研制的单价人轮状病毒疫苗Rotavin^TM(G1P[8])具有良好的免疫原性并在2012年4月获准使用^{[12, 13]}。

另外, IGV-80-3冷适应株人轮状病毒(G1型), 传代培养温度已降低至25 ℃, 此侯选珠正在进行Ⅰ 期临床观察^[1]。

3.4.1 基因工程亚单位疫苗与病毒样颗粒(VLP) Meccrea等于1987年成功获得了重组蛋白VP7, 免疫动物后能够产生特异的高滴度的免疫抗血清^[14]。目前通过基因重组技术已制备出RV主要结构蛋白VP2、VP4、VP6、VP7。其优势在于使用过程中无病毒复制, 更加安全, 但亚单位疫苗最大的缺点是起不到内生性抗原的免疫效果; 其次, 不能有效地刺激机体产生粘膜免疫, 而预防轮状病毒感染恰恰需要肠道的局部免疫。

病毒样颗粒(VLPs)由于没有感染性, 作为免疫原, 通过递呈免疫细胞, 能有效诱导机体的免疫系统产生免疫保护反应^[15]。目前, 已运用重组腺病毒表达载体和重组杆状病毒载体, 成功表达产物自组装成VLPs, 如人类乳头瘤病毒样颗粒(HPV-VLPs)四联苗(HPV6/11/16/18)已于2006年在欧洲上市, 具有广泛的交叉保护作用^{[15, 17]}。轮状病毒猴SA11-2/6株用杆状病毒表达载体最终组装成功VP2/6病毒样颗粒, 可以刺激机体产生血清中和抗体^[18]。另外, 还可以组装含有VP4和VP7的双层病毒空壳颗粒。VLPs疫苗没有感染性, 稳定性好, 不易失活, 具有广阔的发展前景^{[19, 20]}。VLPs通常与佐剂共用, 以获得最好的免疫应答, 研究发现, VLP与QS21佐剂共用时, 血清中和抗体滴度显著高于SA11株免疫效果^{[1, 14]}。

3.4.2 核酸疫苗 Greenberg等将编码鼠RV VP4、VP6、VP7基因插入表达质粒pCMV中, 成功构建了重组串联质粒, 作为多价核酸疫苗, 注入机体后, 能够在活体中成功表达RV重要抗原, 并具有较好的交叉免疫保护作用, 这表明DNA疫苗可能是控制RV腹泻的一种新方法^{[7, 14]}。核酸疫苗能够规避减毒活疫苗的致病风险, 但其缺点是免疫原性较低, 且过程复杂, 技术难度大, 成本费用较高。

3.4.3 转基因植物疫苗 自20世纪90年代起, 随着高效基因载体和基因转化技术的发展, 以植物特别是农作物作为表达系统生产人用疫苗或功能蛋白, 打破了传统疫苗或功能蛋白的生产方式^{[21, 22]}。这种将抗原基因整合于植物体上或重组于载体后转染于植物体上, 利用植物体自身的生命活动, 生产出相应的抗原蛋白, 即为转基因植物疫苗。此外, 免疫途径也将采用直接食用或加工后口服植物(果实), 即可食性疫苗(口服疫苗)。目前, 该项研究多处于临床前研究阶段, 仅有少数进入了临床期试用^[23]。由于利用转基因植物生产重组蛋白, 转化为植株的种子易于储存, 还解决了以往大肠杆菌系统、酵母系统和哺乳动物细胞系统生产疫苗所面临的难题, 故而拥有着潜在的优势和广阔的发展前景。

目前已建立了烟草、马铃薯、番茄、香蕉等多种转基因植物表达系统, 并且乙型肝炎表面抗原(HBsAg)、链球菌属突变株表面蛋白(spaA)等多种疫苗已成功获得了表达^{[21, 22, 23, 24, 25]}。其中乙型肝炎表面抗原在烟草中的表达为可溶性的, 表达量为总蛋白的0.01%。经过免疫小鼠后体内产生高水平的乙肝病毒特异性抗体, 人食用后体内也产生抗乙肝病毒特异的IgG抗体。Richter等用商业来源的乙肝疫苗对小鼠进行初免后, 再用转基因马铃薯表达的乙肝疫苗经腹腔注射加强免疫, 结果显示免疫应答得到高度加强^{[23, 25]}。但是, 如何提高转基因植物的抗原蛋白产量, 是目前该技术的一大难题。如通过改进表达调控系统, 采用强启动子、增强子来促进抗原蛋白表达。再者, 进一步扩大可食性转基因植物疫苗的植物范围, 也是一条很好的途径^{[26, 27]}。

运用转基因植物生产疫苗, 不需要昂贵的设备, 在获得高效表达的转基因植株后, 扩大耕地面积, 就能获得大量的疫苗, 该种生产疫苗的方式不仅安全可靠, 而且成本低廉, 对于第三世界国家是一大福音, 人类和动物可避免免疫注射之苦, 同时也节省了大量人力、物力。生产并接种这种“ 可食用疫苗” 为轮状病毒疫苗的研究和发展开拓了更广阔的前景。

3.4.4 其它新型疫苗 研究表明非结构蛋白NSP4是一种病毒性肠毒素, 与RV腹泻有直接关系, 故研制出抗NSP4的单克隆抗体, 可以作为靶标, 对RV治疗具有重要意义。另外, 通过表达的重组NSP4蛋白免疫机体, 可以产生特异性的抗NSP4 IgG和IgA抗体, 为RV新疫苗研制提供一种新的途径^[28]。

1999年7月, 美国疾病预防控制中心(CDC)在首次服用Rotashield^TM疫苗的儿童中监测到15例肠套叠病例^[34]。同年, 美国FDA停止了Rotashield^TM的生产和应用。目前大量临床观察表明, 墨西哥和澳大利亚报告接种首剂后肠套叠风险会增加, 而巴西报告在第2次接种后该风险会增加, 但美国却没有监测到此风险^{[34, 35, 36]}。然而, Rotashield^TM与肠套叠相关联, 可能仅与其自身结构相关, 而并非所有口服RV活疫苗的共性。尽管肠套叠的问题尚未解决, 但RV疫苗的好处远远大于肠套叠的风险带来的弊端。另外, WHO已建议发展中国家取消对轮状病毒疫苗接种的年龄限制, 使得这些国家在提高疫苗覆盖率方面运作更加灵活便捷, 但同时也强烈建议这些地区实行对肠套叠的监测, 从而有效提升RV疫苗的安全性^{[37, 38]}。

2010年, 美国FDA称Rotarix^TM中检出猪圆环病毒Ⅰ 型的DNA片段。同年, FDA也证实在RotaTeq^TM中也存在猪圆环病毒Ⅰ 型和Ⅱ 型的DNA片段^[39]。尽管PCV1不会对人类生命造成威胁, 却使得疫苗生产质量难以控制。此外, RotaTeq^TM疫苗中还发现了猴逆转录病毒的DNA片段^{[39, 40]}。对外源因子进行监测, 是疫苗的质量和安全的重要保障。实行毒(菌)种关键基因的测序和降低在细胞培养中抗生素的使用量是控制疫苗安全的有效手段。