原创朱石生读库
按：新冠肺炎在世界各地继续蔓延，还没有停息的迹象，许多人在期待相关疫苗早日问世，但研制疫苗并非那么简单。
读库“医学大神”系列的作者朱石生老师，专文介绍从乙肝到新冠的疫苗研发过程，展现人类在面对疫病的困难和智慧之光。
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歪打正着：乙肝病*的发现
美国医师布隆伯格（BaruchSamuelBlumberg，-）是年诺贝尔生理学或医学奖得主，被誉为“拯救最多肝癌病人的人”。年代，他还是个医学生的时候就在想一个问题：为什么传染病的传播并非人人平等？
生活在同样的环境下，面对同样的传染病，有些人感染，有些人却不感染。于是他构筑了一个假说：每个人血液里的蛋白质形态不完全一样。这些不同的蛋白质结构，让人对传染病有不同的抵抗力。
他把这当作博士研究课题，决心找到这种特殊的蛋白质。年代，为了采集不同人种的血清样本，他跑遍亚非欧，把不同族群的血样带回实验室，分析血清里的蛋白成分。
人类血清白蛋白结构示意图。蓝紫色的细线是肽链，也就是连接成串的各种氨基酸。肽链必须形成某种三维结构才可能发挥作用，常见的一种三维结构是卷曲成螺旋状，称为阿尔法螺旋。图中褐色部分就是肽链卷曲这种螺旋结构之后的示意图。图源：维基百科
分析思路是这样的：他知道血友病人需要反复接受输血，于是会接触到各种人的血清蛋白，而血友病人自身的免疫系统发现外来蛋白，会认为是一种抗原，进而产生一套对应的抗体。这种配对的抗原和抗体，外部形状能完美嵌合，嵌合之后产生的沉淀物，用染色剂去处理，会有不同的染色后果，根据这种染色变化，就可以分析抗原和抗体的生物学特性。
经过几年的研究，他发现所有人的血清里都有一种β脂蛋白，而这种脂蛋白似乎就是他想寻找的特种蛋白质，因为他似乎看到一种倾向，就是不同的族群，这种β脂蛋白似乎会有不同的形态特点。不过，这只是一种初步的猜测，是不是确实如此，需要检验更多的样本。于是他让助手继续用这种β脂蛋白跟来自世界各地的血液样本做测试。
正常情况下，这种β脂蛋白跟别人的血清相遇，产生的沉淀物会被一种叫作苏丹黑的染料染成深蓝色。但有一天，某个样本的沉淀物却没有出现这种蓝色。助手尝试不同染料，发现这种沉淀物能被偶氮胭脂红染成红色，这说明该样本具有某种与众不同的蛋白质，或者说，一种与众不同的抗原。
抗体与抗原的配对示意图，每一种抗体只能与特定的抗原结合图源：维基百科
布隆伯格查看了样本来源，这份血清的主人是远在澳大利亚的一个毛利土著，于是布隆伯格把这种抗原叫作澳大利亚抗原，简称澳抗。
那么，这是不是毛利人特有的什么蛋白？凭一个案例不能下结论。布隆伯格以这种反应作为新的出发点，顺藤摸瓜，继续调查，发现有不少白血病人的血液里也会出现这种属性的沉淀物，就是说，这些白血病人的血液里也有这种特殊抗原。
看来这种抗原不是那位毛利人特有，而是跟白血病的发病有关。如果能证明这一点，今后一个婴儿刚生下来，我们就可以检查他的血液里是不是有这样的抗原。如果有，就意味着他将来很可能会患白血病。这对诊断有价值，甚至可能对治疗和预防也有价值。
根据统计，唐氏综合征的患儿后来患白血病的概率很高，所以布隆伯格追踪观察一批唐氏综合征患儿的血清，试图证明澳抗跟白血病存在必然关联。那个年代，唐氏综合征患儿会集中在精神病院或者疗养院接受护理。布隆伯格在一个大型精神病院检测了一批唐氏综合征患儿，发现澳抗阳性率高达30%。
这符合他的假说：唐氏综合征患儿有澳抗，所以容易出现白血病。好像可以出论文了？
布隆伯格没有立即下结论。他给自己提出的下一个问题是，所有唐氏综合征患儿的澳抗阳性率都这么高吗？
他继续在不同场合给唐氏综合征患儿做检测，结果却很不一样。在大型精神病院里的患儿，澳抗阳性率固然很高，但如果是在小型家庭式疗养院里寄养的患儿，阳性率会下降到10%，如果患儿住在自己家里，阳性率则只有区区1%。
这些数据让他开始质疑自己的假说。如果澳抗是先天携带的特殊抗原，那么后天的生活环境几乎不可能改变它的出现概率。而历史上，医院里常常发生交叉感染，这些大型精神病院里的患儿大量出现澳抗阳性，难道是因为一种能传染的疾病？
为了持续追踪澳抗的属性变化，他定期给作为研究对象的唐氏综合征患儿复查。最近一轮复查中，一名十二岁患儿的澳抗是阳性，但记录说明早先他的澳抗是阴性。
这就完全推翻了先天体质的理论。如果是先天决定的特异蛋白质结构，应该是生下来就有，不会等到十二岁才出现。这男孩十二岁才出现澳抗，最可能的原因是最近他患上了某种传染性疾病。
他给男孩做传染病筛查，果然发现这男孩患有肝炎。
恰好这个时候，实验室里的一个助手维尔纳（BarbaraWerner）提供了有力证据。维尔纳从项目一开始就自愿充当实验对象，但她那时检测澳抗阴性，所以她是作为对照组提供血样。最近因为不舒服去看病，检查发现她患了肝炎。回到实验室复查，布隆伯格发现维尔纳的澳抗转成了阳性。
这么看，这种特殊血清抗原，不是白血病的表现，而是肝炎的表现。
这打破了他追求十几年的假说，但是他立刻意识到，能找到肝炎的病因，意义更为深远。全球有上亿人患肝炎，而其中许多人最终会转变成肝癌。这样的疾病，对人类的危害比白血病更大，能在这方面有突破，对医学发展的意义也就更大。
年，布隆伯格把研究结果发表之后，全世界的科学家都明白这个发现的潜在意义，于是纷纷设计实验，试图证实澳大利亚抗原跟肝炎的关系，很快就积累了许多间接证据。最后，年，英国生物学家戴恩用电子显微镜观察澳抗阳性血清，看到了特征性的病*颗粒。
电子显微镜下的乙肝病*。图源：据维基百科图修改
接下来他直接在肝炎病人的肝细胞里看到同样的病*颗粒，这就是乙肝病*。而布隆伯格发现的澳大利亚抗原，后来我们都知道了，那是乙型肝炎病*的外壳蛋白。
那以后，澳抗的名字就变成了乙肝表面抗原。
明白这一点之后，美国雅培公司探索出一种测试方法，用来检测献血人的是不是感染了肝炎。这可以避免带病*的血液进入血库，于是大大减少了输血导致的肝炎。
十年之功：传统乙肝疫苗
发现乙肝病*让人们兴奋，是因为，通常来说，知道了原因就可能找到治疗方法。但人们很快发现，病*比细菌要难对付得多。年代我们就有了杀菌的磺胺药，年青霉素进入市场，那以后细菌感染的治疗不再是什么难题。可是对于病*，别说是年代，如今二十一世纪了，能在体内有效杀死病*的药物依然寥寥无几。
既然没有治疗药物，能不能用疫苗预防？天花也是病*感染，也没有药物可以治疗。但在年代，凭借牛痘疫苗，人类已经几乎从地球上消灭了天花。如果能开发出乙肝疫苗，我们也有可能控制住乙型肝炎。
詹纳找到的牛痘疫苗，让我们能消灭天花，但那是利用天然病*的近似抗原，是没法重复的特例。我们后来能人工制造疫苗，是因为十九世纪末叶法国科学家巴斯德的一个重大发明，基本原理就是是用各种方法（加热、脱水、氧化、迭代培养等等）处理致病微生物，让它们的*性减弱（减*处理）。
用这种*性减弱的微生物给人接种，不会让人真的生病，却能在人体内激发一套免疫反应。于是人体就获得了针对这种微生物的免疫力。这段故事，详见“医学大神”之《天花旧事：詹纳与牛痘接种》和《天纵之才：巴斯德与人工疫苗》。
在巴斯德之后，技术细节有一些改进，比如可以把微生物杀死（而不是减*）做疫苗，或者只用微生物的一些残片，比如膜上的一个结构特殊的蛋白质，也能激发免疫反应。这是因为，人体免疫系统寻找致病微生物的时候，并不需要看到微生物的整体，只需看到这些微生物的一个特征标志就行。这就像在战场作战的时候，士兵不需要知道对面壕沟里的人是张三还是李四，他只要看到对方穿着敌**服就可以开枪。
默克公司名下的默克学院，有一位病*学家叫作希勒曼（MauriceRalphHilleman，-）。希勒曼看到乙肝表面抗原的报道，结合以往的疫苗研发经验，就有一个想法：乙肝表面抗原是病*的一个残片，这是乙肝病*的一种特殊标志，那就有可能可以用来做疫苗。
乙肝病*与表面抗原示意图。图源搜狐
年，希勒曼和同事们开始做这种尝试。他们的目标是要找到一种方法，可以把乙肝表面抗原从病*身上剥离，然后在混合液里去掉病*的基因载体DNA以及其他附件，只保留外壳上面的那个表面抗原。乙肝病*能致病是因为它内部的DNA。它的外壳是没有致病能力的。所以只要能提取纯净的乙肝表面抗原，它具有的特征蛋白结构依然可以激发免疫反应，同时又不会让人生病。
他们研究近十年，最后找到的方法是用蛋白酶、尿素和甲醛来处理乙肝病*，这样就能把病*的外壳蛋白给剥离。然后再用高精度的过滤筛选方法，从混合液里去除壳蛋白之外的其他成分，成功开发出第一代乙肝疫苗，年进入市场。
超乎想象：基因时代的疫苗研发
这种疫苗效果很好，但其中的乙肝表面抗原只有一个来源：肝炎病人的血清。这就让人感觉不放心。实际上，希勒曼的乙肝疫苗确实曾经被指控传播了艾滋病。这是因为，当时希勒曼是从同性恋者和静脉用药的吸*人群里寻找肝炎病人。这两类人都特别容易罹患各种病*性传染病，包括肝炎和艾滋病。但是希勒曼研发乙肝疫苗的时候，医学界还不知道艾滋病这种东西。
年，正好是第一代乙肝疫苗获得上市许可的时候，艾滋病被鉴定出来，于是很多人指责希勒曼制作的疫苗导致了艾滋病传播。管理部门响应舆论，对这种疫苗做了检验，证明希勒曼是无辜的。他们的过滤法可以去除一切病*，包括艾滋病*，所以他们制作的疫苗不会导致肝炎，也不会导致艾滋病。
但是，担心的人还是继续担心，觉得从病人血清里获得疫苗素材太危险。生产厂家也有自己的忧虑，随着乙肝疫苗的推广，患乙肝的病人或许会越来越少，那么就会越来越难找到带乙肝病*的血清做原料。
理论上说，在实验室里培养微生物是另一种方法。比如流感病*可以用鸡胚培养。但是每种病*要求的培养基不一样。那个时候，医学界还没找到培养乙肝病*的可靠方法。
当然，希勒曼的疫苗，需要的不是完整病*，而只是它的外壳残片，就是叫作乙肝表面抗原的那个东西。如果我们不能培养完整的病*，能不能想办法培养这个外壳残片？
这种想法本来近乎天方夜谭。用一个比喻来说，这就像有人跟你说他养鸡养不活，所以吃不到鸡腿，然后你跟他建议说：“那你能不能别养鸡，只养鸡腿？”
但是年代出现的基因工程技术，让我们真的可以做这样的事：生产出纯净的乙肝表面抗原，也就是乙肝病*的外壳蛋白。仅仅是外壳，不含病*本身。
怎么做到的？
原理其实并不复杂。所有生物体内的蛋白质都是在基因指导下合成的，包括乙肝表面抗原这样的蛋白质。我们要做的就是，第一，找到控制生产乙肝表面抗原的那段基因；第二，找一个代孕生物，让它按照这个基因的指导来生产蛋白质。这么产生的蛋白质就是乙肝表面抗原。这是纯粹的病*外壳蛋白，没有病*核心的DNA，不会导致肝炎。另外，因为现在我们是用代孕生物来生产这种蛋白，不需要从病人血清里采集原料，也就不用担心会有其他细菌或者病*的污染。如果我们能这样生产乙肝疫苗，安全性就可以大大提高。
什么样的生物可以做代孕生物？说起来很家常，最佳选择就是酵母菌。把找到的那段基因用化学方法嵌入一种叫作质粒的细胞器里，再把这样的质粒植入酵母菌体内。这种酵母菌的基因里嵌入了乙肝表面抗原的片段，它肚子里的核糖体就会根据这段基因的指导，不断生产出乙肝表面抗原，这就是做疫苗的原材料。酵母菌虽然小，但是繁殖速度非常快。把它们放到几米高的培养罐里培养，很快整个大罐里就都挤满了这样的酵母菌。所以大量生产不是问题。这就是第二代乙肝疫苗，年获得FDA批准。
现在的乙肝疫苗都是利用基因工程技术生产的。图源：shenjingyys.