疫苗研发200年，最新出路在哪里？

如果可以，预防疾病的发生一直都是人们的愿望。早在2000多年前，黄帝内经中就提出“治未病”的概念。 早在我国宋代的时候，就有医生尝试将天花的“人痘”接种到未患病的人身上来预防天花，明清时期已经探索出了筛选已接种人群的的痘来降低病毒毒性的方法。清康熙年间，种痘术经俄国传入中亚再至土耳其，后传至英美。

但由于人痘仍有一定毒性，医生们也一直在探索更安全的方式，直到1780年，英国外科医生詹纳偶然发现，挤牛奶的少女因为从牛身上感染牛痘而不会感染天花，获得灵感由牛痘制成天花疫苗。可以说，种痘术是世界“免疫学的源头”。

而后，路易·巴斯德通过鹅颈瓶试验证明了微生物的存在与食物发酵相互影响，后面成为其研制减毒疫苗的基础，他认为经过特殊培养的微生物可以减轻毒力，变成防病的疫苗，最终研制出了最早的减毒狂犬病疫苗。

经过多年的探索，科学家确定了病毒的结构特征，由蛋白组成的衣壳和内部的遗传物质。而疫苗之所以能够起作用，是因为机体在感染过病毒之后，会产生与其相互作用的抗体，这种抗体与病毒表面的蛋白相结合（所谓的抗原表位），阻止病毒的进一步入侵。基于对病毒结构认识的不断加深，疫苗的种类也从传统的灭活疫苗，减毒疫苗发展到病毒样颗粒（virus like particle，VLP）疫苗重组蛋白疫苗和后来的mRNA疫苗等。

2020年的新冠疫情大爆发，让人们对mRNA疫苗有了广泛的认知，其代表着目前来说相对先进的疫苗技术，而其研发的关键一步就是要确定病毒的可用表位（揭示病毒感染细胞和药物发挥作用的分子机制），然后对其遗传物质进行改造。可以这么说，掌握了抗原表位的结构，那么就掌握了现代疫苗研发的主动权。

冷冻电镜制样通过对样本进行快速冷冻，形成玻璃态冰样，最大程度上保存了样本的近生理状态。使用冷冻电镜，不仅可以观测病毒样本在近天然状态下近原子分辨率的3D结构，也可以得到病毒表面蛋白不同构象，以及抗体—抗原蛋白复合物高分辨率结构，在现代疫苗研发中起着重要作用。目前大部分的复杂病毒都是用冷冻电镜获得的近原子分辨率结构，比如寨卡病毒，HPV，HBV等等，对HIV，流感病毒的研究也都大量应用冷冻电镜。

2020年，新冠疫情爆发，科学家在第一时间内利用冷冻电镜看到了新冠病毒，而厦门大学实验室也通过冷冻电镜发现了新冠病毒中和抗体的广谱表位和隐匿表位，这些都为新冠疫苗的研发打下了坚实的基础。厦门大学在新冠病毒研究上表现并不令人意外，其早在2005年就着手建立国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心，推出了全球首个戊肝疫苗，2019年，GSK与其展开合作研发新一代的宫颈癌疫苗，更是证明了其实力。

发现抗原表位只是其中之一，疫苗研发的另一个重点就是抗原构象，其直接关系到研发的成功率。mRNA疫苗巨头Moderna利用冷冻电镜单颗粒技术，将mRNA疫苗在体内产生的S蛋白的3种不同构象分别解析到近原子分辨率，直观地看到产生S蛋白的稳定up构象占到67%的比例，确定了疫苗在人体内的作用效率，避免了因抗原构象不当而失败，大大提升了疫苗的研发速度和质量。

在疫苗研发中，利用冷冻电镜可以直接表征核酸疫苗的递送系统，大大提高疫苗生产优化效率，提高疫苗的质量。

根据目前疫苗发展的现状，获得精确的表征越来越重要。现在，世界顶尖的团队都在用冷冻电镜加速研发，而基于结构生物学的研发或将成为主要手段。