疫苗與傳染病

疫苗是人類在醫學領域里所取得的最偉大成就之一。在疫苗出現之前，人類在與傳染病的搏斗中喪失了無數的生命。印度歷史上曾先后發生7次霍亂大流行，共導致3 800多萬人死亡。鼠疫曾發生3次世界性大流行，其中6世紀發生的首次大流行持續半個世紀并波及到所有歐洲國家，導致約1億人死亡。據不完全統計，1918-1919年的“西班牙流感”共導致全球約5 000萬人死亡。傳染病是人類的頭號敵人，一旦暴發常會使整個城市或國家遭受毀滅性的打擊，累計死亡人數遠遠高于在歷次戰爭中死亡人數的總和。

1 牛痘的誕生使天花得以完全被消滅

天花曾使歐洲3億人喪生。人類利用疫苗預防傳染病的歷史至少可以追溯到公元10世紀宋朝真宗年間，當時我國已有接種人痘預防天花的記載。17世紀末，英國鄉村醫生愛德華·琴納發明了接種牛痘預防天花的方法，標志著人類首次通過有意識地預防接種來控制天花的科學實驗獲得成功。1977年10月，人類在索馬里消滅了最后1例天花病例。1980年，世界衛生大會正式宣布在全世界范圍內消滅了天花。

2 傳統疫苗可有效控制一系列傳染病

過去，疫苗被簡單地定義為一種可誘導疾病免疫性的滅活或減毒活致病因子。換言之，傳統疫苗包括減毒活疫苗和滅活疫苗。

2.1 減毒活疫苗

狂犬病雖至今仍保持著人類傳染病最高病死率的記錄——近乎100％，但它始終沒有成為一種導致眾多人群死亡的疾病，其中疫苗起了決定性的作用。19世紀中葉，法國科學家巴斯德發明了細菌的純種培養技術以及減毒疫苗的制備技術，并于1885年首次成功地在人體使用減毒狂犬病疫苗，表明人類可用實驗室研制的疫苗來預防傳染病，使預防接種進入了新紀元。巴斯德也因總結出免疫接種原理和奠定了疫苗制備的理論基礎而被譽為“疫苗之父”。

法國科學家Camette和Guerin在1906年從牛體分離到1株結核菌，經過13年在牛膽汁中傳遞230代，獲得1株減毒株，制成的疫苗于1927年上市，即卡介苗。實際上，減毒疫苗就是由通過篩選或采用人工定向變異的方法培養出的毒力顯著減弱或基本無毒的活的微生物制成的疫苗。減毒活疫苗接種后，在機體內有一定的生長、繁殖能力，可使機體發生類似隱性感染或輕度感染的反應，但卻不產生臨床癥狀，免疫效果強而持久，且用量較小，除刺激機體產生細胞免疫和體液免疫外，尚能產生局部免疫保護作用。然而，減毒活疫苗須在低溫條件下保存及運輸，有效期相對較短，還存在毒力返祖的風險。麻疹疫苗也是典型的減毒疫苗，于1945年后研制成功，由此使得在兒童中死亡率很高的麻疹發病率和死亡人數迅速下降。

2.2 滅活疫苗

滅活疫苗選用免疫原性強的病原微生物經培養、以物理或化學方法將其滅活后，再經純化制成。19世紀末，疫苗學領域里已有了3種細菌滅活疫苗即傷寒、鼠疫和霍亂滅活疫苗，這使得急性傳染病的肆虐范圍進一步縮小。上世紀20年代，巴斯德研究所的Ramon應用化學滅活方法獲得白喉和破傷風類毒素并研制成疫苗，這是人類首次用化學滅活方法獲得疫苗，是疫苗史中的重要進步之一。

3 更有效地控制傳染病已成為疫苗發展方向

傳統疫苗的使用為人類預防傳染病傳播作出了重要貢獻。但是，疫菌在生產和使用中存在不安全性。而且有的預防效果也不很理想。

隨著人類科學技術的發展，越來越多的新技術運用于疫苗領域。Enders等采用病毒體外細胞培養技術，促進了多種減毒和滅活病毒疫苗的研制。20世紀50年代的3價滅活和3價減毒脊髓灰質炎疫苗為在全球消滅脊髓灰質炎提供了有力武器。科學家們還在雞胚細胞中培養出減毒的麻疹疫苗、流行性腮腺炎疫苗和風疹疫苗，其中在人二倍體細胞中培養出的Wistar RA27／3株風疹疫苗已在世界范圍內獲得推薦使用。純化技術也促進了多個侵襲性細菌莢膜多糖疫苗的研制成功，包括腦膜炎球菌、肺炎球菌和第一代B型流感嗜血桿菌等疫苗。同時，病毒蛋白純化技術亦促進了血源性乙型肝炎病毒疫苗的研制成功。隨著乙肝疫苗的普遍接種，我國兒童乙肝病毒攜帶率已從10％下降到1％。

3.1 裂解滅活疫苗

裂解滅活疫苗是在滅活疫苗的基礎上經裂解(用裂解劑將病毒的結構蛋白如基質蛋白等釋放出來，并溶解部分表面糖蛋白)和純化而得的純化疫苗。這類疫苗既含有內部抗原、也含有外部抗原，可以全面刺激抗體產生，同時由于去除了類脂質等反應原，不良反應大為減少。流感裂解疫苗的免疫效果及安全性已在國內、外的廣泛應用中得到了肯定。

流感由流感病毒引起，是一種具有高度傳染性的急性發熱性呼吸道疾病。流感病毒是有包膜的分節段RNA病毒，分為甲、乙和丙三型，但只有甲型和乙型病毒能在人類中引起嚴重疾病。甲型流感病毒根據病毒表面抗原血凝素(hemagdutinim，HA)和神經氨酸酶(neuramindase，NA)的不同可進一步分為不同的亞型，至今已發現了16種HA亞型和9種NA亞型。1918-1919年起源于美國的“西班牙流感”，其病毒類型是H1N1；1957-1958年的亞洲流感流行共導致200萬人死亡，該流感的病毒類型為H2N2。當1936年Wison Smith和Thomas Franis分別在禽胚中研制成功兩種滅活甲型流感疫苗時，或許他們也沒有料到這只是拉開了人類通過研制疫苗同流感斗爭的序幕。

現有季節性流感疫苗可分為三類：滅活的全病毒疫苗、裂解疫苗和亞單位疫苗。我國生產的主要是滅活和裂解疫苗。流感裂解疫苗不僅接種后保護效果好，而且臨床不良反應小，適合各年齡段人群接種，疫苗的保護率高達81％～92％。接種流感疫苗是目前人類對付流感最有效的手段。由于接種疫苗后人體內產生的抗體水平會隨時間的延續而下降，且流感病毒極易通過抗原漂移和抗原轉變而不斷進化，致使得以逃脫宿主免疫系統的監視，故即使是曾得過流感或接種過流感疫苗、體內已有抗體的人，其對流感病毒的新型變異株也不一定具有免疫力。因此，每年仍需接種當年的“新版”流感疫苗。

眼前自2009年3月起暴發流行的甲型流感是由人流感、禽流感和豬流感病毒的基因片段經融合而成的新型甲型H1N1流感病毒株，人類對其缺乏免疫力，以致造成一波又一波的暴發。美國在2009年9-11月共批準了5個甲型H1N1流感疫苗，其中包括4個肌肉內注射接種的滅活疫苗和1個經鼻腔給藥接種的減毒疫苗；歐盟也在2009年9-10月間批準了3個肌肉內注射接種的滅活疫苗，其中包括1個全病毒滅活疫苗和2個滅活裂解疫苗。我國目前普遍應用的是無佐劑滅活裂解疫苗，接種后的陽轉率和保護率均超過85％。裂解疫苗的各組分無感染性，不會引起甲型H1N1流感。甲型H1N1流感疫苗的不良反應同既往的季節性流感疫苗相似，包括：局部不良反應如疼痛，偶見紅、腫、瘙癢；全身不良反應如發熱、疲勞、乏力、頭痛、頭暈和惡心，偶見咽喉疼痛、肌肉疼痛、咳嗽、腹痛、關節疼痛、口干和過敏等。不良反應以輕度為主，主要發生在接種后24 h內。同季節性流感疫苗一樣，接種甲型H1N1流感疫苗也可能發生罕見的不良反應，如休克和格林-巴利(Guillain-Barre)綜合征等神經系統疾病。

3.2 亞單位疫苗

亞單位疫苗是通過化學分解或有控制性的蛋白水解方法使天然蛋白分解，然后提取細菌或病毒的特殊蛋白結構部分，篩選出具有免疫活性的片段制成的疫苗，亞單位疫苗僅含有幾種主要表面蛋白，因而能消除許多與抗原誘發無關的抗體，有效減少疫苗的不良反應。不過，早期研制成功的亞單位疫苗的免疫原性較低，需與佐劑合用才能產生良好的免疫效果。而現代蛋白化學丁藝通過使亞單位疫苗與載體蛋白耦聯或結合，可極大地改進部分亞單位疫苗的有效性，如B型流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae type B，Hib)莢膜多糖結合疫苗。Hib是兒童呼吸道的主要致病菌，所導致疾病以肺炎為主，2歲以下幼兒的感染率較高。早在上世紀20年代，Pittman就證實Hib多糖莢膜是導致5歲以下嬰、幼兒Hib侵襲性感染的基礎，并確認了其化學成分為聚核糖磷酸鹽(polyfibosylribitol phosphate，PRP)。20世紀70年代研制成第1代PRP多糖非結合型疫苗，但后被證實對＜18月齡幼兒無效，而這一年齡組正是Hib腦膜炎的高危組。1987年，Robbins等將破傷風類毒素蛋白作為載體蛋白，經用化學共價鍵方法與PRP結合，使T細胞非依靠型多糖抗原PRP轉化為T細胞依靠型結合抗原PRP-T，從而在18月齡以下嬰、幼兒中產生了持久免疫力。在所有使用Hib結合疫苗的國家中，Hib感染率均顯著下降甚至消失。英國的一項研究表明，Hib的發病率甚至在非接種組兒童中也明顯下降，即Hib疫苗具有“群體效應”。這一效應是由于疫苗降低了Hib在咽喉部的帶菌率，從而降低了該菌的傳播所產生的。

3.3 基因工程疫苗

20世紀70年代以后，隨著基因工程技術的發展，人們開始利用其來生產疫苗。所謂基因工程疫苗是指，將編碼某種病原體抗原(某種蛋白)的基因插入到細菌或真核細胞內染色體的基因組中，利用細菌或細胞生產病原體的抗原(而不是病原體本身)作為疫苗，所以這種疫苗很安全，被稱為第二代疫苗。例如，將編碼乙肝表面抗原(HBsAg)的基因插入酵母菌基因組中制成的DNA重組乙型肝炎疫苗就屬于第二代疫苗，現已全面替代原有的血源性疫苗。目前，我國也已應用基因工程技術成功地研制出脊髓灰質炎、甲型肝炎和乙型肝炎病毒基因工程疫苗。

萊姆病是由博氏疏螺旋體通過蜱咬傳染的疾病，屬全球性自然免疫源性疾病，已有70多個國家報告該病，且發病區域和發病率呈迅速擴大和上升的趨勢，被WHO列為必須加以防治研究的疾病之一。現已發現博氏疏螺旋體外表蛋白OspA具有保護性，但通過培養難以獲得足夠量的OspA來制成疫苗，故考慮使用重組蛋白合成技術將含有抗原蛋白的基因嵌入一種微生物體內，讓后者產生大量抗原蛋白，純化后制成疫苗。這種微生物可以是大腸桿菌、酵母菌或動物來源的細胞系列。正在研制的萊姆病疫苗采用大腸桿菌生產OspA，人體試驗顯示可獲優異的免疫原性和有效性。

3.4 DNA疫苗

機體對抗原攻擊所產生的特異性免疫反應是針對蛋白的，而蛋白是受基因編碼的。如果不接種蛋白而直接把其編碼信息“告訴”機體，會不會產生免疫反應呢?DNA疫苗技術研究的正是這一類新型疫苗。實際上，DNA被攜帶在實驗室構建的質粒中，質粒是細菌內獨立于染色體外的DNA，能在細菌胞漿中獨立復制，并具有基因的特性。質粒經各種途徑注入體內后，其中含有的DNA能被宿主細胞閱讀，并通過宿主細胞蛋白表達系統表達抗原蛋白，從而誘導宿主產生對該抗原蛋白的免疫應答。由于通過PCR反應可產生大量DNA，不同基因的DNA可同時接種，而抗原的持續表達還可免去疫苗加強接種，這些優點激勵研究人員積極探索。DNA疫苗兼有基因工程疫苗的安全性和減毒活疫苗激發機體強免疫反應的性質，同時具有免疫效果持久以及制備簡單和價廉等優點，故被稱為是第三代疫苗。

1993年，尤爾默(Ulmer)率先將流感病毒高度保守的NP基因插入質粒中，然后注入BALB/C小鼠肌肉中，結果發現可誘導小鼠對流感病毒產生抗體免疫反應和細胞免疫反應。1996年，珀德默(Pertmer)采用基因槍方法將流感病毒DNA疫苗導人小鼠，結果顯示其效果比注射法更好。短短數年內，科學家們在小鼠、雞、豬、猴和黑猩猩等動物中進行了廣泛、深入的抗病毒(如HIV、HBV、流感病毒和狂犬病病毒)、抗細菌(如結核分枝桿菌)、抗寄生蟲(如瘧原蟲和血吸蟲等)的DNA疫苗的研究，但是研究結果并不盡如人意，這可能與人們對基因免疫的具體機制知之甚少有關。所以，目前對DNA疫苗的研究仍停留在試探性階段，而未能獲得實質性的成果。DNA疫苗前景誘人，但短期內不可能替代傳統疫苗，原因包括：1)對基因導入系統、外源基因在體內的表達及調控系統和有效的免疫基因這三個重要技術環節還缺乏有效的解決方法；2)外源基因進入機體后會不會與宿主的基因發生整合，從而產生難以預測的不良后果?另外，進入宿主細胞的DNA的最終去向也不能確定；3)持續的抗原表達所激起的強烈的細胞毒性T淋巴細胞(CTL)應答可能對機體其它細胞產生殺傷作用或產生免疫耐受現象，最終導致機體的免疫抑制；4)接種DNA后有可能引起機體的免疫功能發生紊亂，產生抗DNA抗體；5)目前進行的實驗都是以動物為模型的，應用于人體后是否會出現不良反應.還需經大量及長期的臨床考察。

3.5 疫苗給藥途徑

疫苗的研發進展同樣反映在疫苗給藥途徑方面。人們現已發現，對某些呼吸道、消化道和生殖道感染性疾病的免疫預防，經黏膜給藥可能是更有效的給藥途徑。因此，研制經滴鼻、口服、陰道或直腸栓劑等給藥途徑的疫苗成為疫苗研發領域的又一熱點，具體方法包括采用能感染黏膜內壁細胞的載體、能提高置于黏膜上的抗原免疫應答的佐劑和能黏附于黏膜上的細胞黏膜劑等。

3.6 聯合疫苗和治療性疫苗

至20世紀末，科學家們已研制和推廣應用了30多種安全、有效的疫苗，使人類消滅了天花、制伏了霍亂，有效控制了百日咳、白喉、破傷風、乙型腦炎和脊髓灰質炎等多種嚴重傳染病。由于某些人群(如幼兒)需在某個特定時期先后接種多種疫苗，故為方便計劃免疫，人們又開始研制了聯合疫苗。目前，三聯疫苗(如百白破疫苗)已得到廣泛使用，六聯疫苗也已經問世，七聯和八聯疫苗正在研制中。除預防性疫苗外，科學家們近年來還在研制治療性疫苗，如乙肝病毒和幽門螺桿菌的治療性疫苗等，以期通過免疫接種疫苗產生抗體等免疫應答來攻擊已致病的病原體。

4 結語

疫苗發展至今，其定義已有所改變。目前，凡是通過注射或黏膜途徑接種后可以誘導針對致病原的特異性抗體和細胞免疫，從而獲得保護或消滅這種致病原的蛋白、多糖、核酸、活載體或感染因子都可稱為疫苗。可以肯定地說，不會有任何一種其它的醫療措施能像疫苗一樣對人類的健康產生如此重要、持久和深遠的影響，也不會有任何一種其它的治療藥品能像疫苗一樣以極其低廉的代價把某一種疾病從地球上消滅。接種疫苗不僅可保護個體免受傳染病病原體的侵襲，并且也能在整個群體中限制病原體的傳播，故是目前人類可以徹底控制和主動控制某些傳染性疾病的重要法寶。不過，由于難以獲得保護性抗原及其有效應答或基因的多變性等原因，某些傳染病如瘧疾、HIV和結核至今尚缺乏有效的疫苗，而這些疾病仍在嚴重威脅人類的健康與生命。因此，如同對抗流感一樣，人類研究有效、安全的疫苗跟傳染病的斗爭并未結束。