成為受歡迎的“第三者”百日咳疫苗的奮斗史

王新宇

百日咳是一種具有高度傳染性的呼吸道疾病，有較高的發(fā)病率和死亡率。1679年，英國醫(yī)學之父Thomas Sydenham根據(jù)百日咳患者在咳嗽時試圖閉合聲門時產(chǎn)生的特征性的聲音，將其命名為whooping cough。在6個月以下的嬰兒中，百日咳相關(guān)的死亡風險最高。

1901年，在巴斯德研究所工作的Jules Bordet和Octave Gengou觀察到了感染患者組織中的細菌，并在1906年分離到細菌病原體。

Bordet是該研究所位于布魯塞爾的比利時衛(wèi)星研究所的創(chuàng)始人，由于他在對百日咳病原體上的工作而獲得了廣泛認可，后來便將這種細菌以他的名字命名為百日咳博德特菌。但是博德特最大的科學成就卻在免疫學領(lǐng)域，他因發(fā)現(xiàn)補體而獲得1919年諾貝爾獎。

在1906年分離出致病細菌后不久便有科學家開發(fā)出了百日咳疫苗。盡管歷史記錄并未提及誰是第一，但很可能也是發(fā)現(xiàn)細菌的Bordet和Gengou。

1914年，由于當時疫苗獲批并不需要進行設(shè)有對照組的功效研究，也不需要將產(chǎn)品效價標準化，因此來自不同制造商的多種百日咳疫苗產(chǎn)品都在美國獲得了許可。這些百日咳疫苗質(zhì)量參差不齊，美國醫(yī)學協(xié)會在1931年將這些疫苗從其“新的和非官方的治療方法”列表中刪除，直到1944年后才隨著效價的可靠提高才將部分疫苗恢復使用。

與白喉和破傷風類毒素疫苗相對均一的品種不同，當時生產(chǎn)了多種形式的百日咳疫苗。其中大多數(shù)被歸類為全細胞疫苗，包括各種通過熱和/或化學物質(zhì)滅活和部分解毒的細菌制劑，一部分可能還包括上呼吸道菌群中其他細菌在內(nèi)的混合制劑。

盡管克利夫蘭凱斯西儲大學的免疫學家Louis Pillemer開發(fā)的一種“抗原組分”代表了早期形式無細胞疫苗，但將這類產(chǎn)品視作傳統(tǒng)的全細胞百日咳疫苗的超越卻是數(shù)十年以后的事了。

丹麥國家血清研究所所長Thorvald Madsen對1923至1924年北大西洋法羅群島的一次疾病暴發(fā)期間使用百日咳疫苗作為預防措施進行了首次干預性的科學研究。與未接種疫苗的對照組相比，使用通過苯酚或福爾馬林滅活的完整細菌進行的疫苗接種可降低人群中百日咳的發(fā)病率和病死率。

在1929年的另一場百日咳的流行中，進一步確認了該類疫苗的保護效果，盡管也觀察到了該疫苗的一些嚴重不良反應(yīng)。

受到這些結(jié)果的鼓舞，西北大學醫(yī)學院埃文斯頓醫(yī)院的Louis Sauer使用新鮮分離的強溶血培養(yǎng)物開發(fā)了一種更有效的百日咳疫苗。該方法是源于研究發(fā)現(xiàn)細菌生長過程中，有4個不同的抗原階段，而該疫苗就是從處于第一階段的細菌開發(fā)而來的。

在1928年至1933年之間，Sauer對這種每一劑含有數(shù)十億個滅活細菌的疫苗在1300名兒童中進行了測試。這些孩子中有4個是Sauer的兒子：其中兩個在幾個月前接種了疫苗，兩個尚未接種。結(jié)果，當在鼻內(nèi)接種活百日咳細菌后，只有未接種疫苗的男孩才患上了這種疾病。

雖然Sauer開發(fā)出了較前更為有效的百日咳疫苗，并用現(xiàn)在看來非常冒險激進的方法進行了測試，但是，百日咳疫苗的效價依舊沒法有效評測，因此還做不到標準化生產(chǎn)，也就做不到推廣和大面積接種。

Pearl Kendrick和她的同事Grace Eldering在百日咳疫苗的推廣和效果確認過程中起到了重要作用，1932年，他們開始在美國密歇根州大急流城的基地合作開發(fā)更有效和質(zhì)量保證的百日咳疫苗，而這個合作長達40多年。

Kendrick進行了一系列疫苗現(xiàn)場試驗，大多數(shù)使用鋁佐劑疫苗，涉及數(shù)千名兒童；試驗強調(diào)了預先指定的對照組，這種預先設(shè)有對照的前瞻試驗方法在1930年代獲得了認可。Kendrick和Eldering的成功在某種程度上取決于他們組建社區(qū)聯(lián)盟以支持試驗的能力。

現(xiàn)場試驗的結(jié)果令人鼓舞，但還不是決定性的，很大程度上是由于缺乏標準的效價度量。當時的普遍信念是，百日咳疫苗之間功效的差異是由改變產(chǎn)品抗原成分的非標準化細菌學實踐造成的。

Margaret Pittman稍后加入了Kendrick和Eldering的小組，她是美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）位于阿肯色州的生物控制實驗室的細菌學家，她于1946年開發(fā)了一種腦內(nèi)小鼠保護效能生物測定法，以標準化整個細胞百日咳疫苗的效價。Pittman后來成為第一位負責NIH實驗室的女性科學家。

該團隊的進一步工作導致了通過光學方法測定疫苗細菌含量標準的開發(fā)，該標準制劑于1958年被作為國際參考制劑。三位女性科學家致力于研究一種特定病原體及相關(guān)的疫苗并取得豐碩成果，在那個科學和醫(yī)學領(lǐng)域由男人主導的時代非常罕見，贏得了同行的尊敬。

在她們的共同努力下，百日咳疫苗的質(zhì)量得到了更為一致性的保障。而進一步的現(xiàn)場試驗也證明其功效更為穩(wěn)定。

除了美國，英國醫(yī)學研究會也在1940—1950年代進行一系列隨機、安慰劑對照研究，以說服英國當局這種疫苗的價值。研究數(shù)據(jù)表明，該疫苗在預防疾病方面變得越來越穩(wěn)定有效。

說到這里，我們再來回顧一下，第一種百日咳疫苗于1914年獲得麻省公共衛(wèi)生生物學實驗室的許可；白喉毒素和抗毒素的混合物于同年投入使用；明礬沉淀的白喉類毒素于1926年獲得許可；破傷風類毒素于1937年獲得許可。那么為什么會把百日咳疫苗整合到白喉和破傷風疫苗中，成為鼎鼎大名的百白破疫苗（DTP）呢？我們不妨來分析一下。

首先，白喉和百日咳都是常見的兒童傳染病，因此接種的對象是類似的。其次，研究者們發(fā)現(xiàn)全細胞百日咳疫苗是有效的佐劑，與單獨給藥相比，DTP中三種抗原的結(jié)合實際上提高了類毒素的免疫原性。再次，鋁吸附疫苗可進一步提高免疫原性，同時降低百日咳疫苗相關(guān)不良反應(yīng)的嚴重程度。

也就是說，全細胞的百日咳疫苗可以作為白喉破傷風類毒素疫苗的佐劑，而用來沉淀類毒素的鋁鹽又能提高百日咳疫苗的免疫原性，降低不良反應(yīng)的嚴重程度。

百日咳疫苗的加入可以說是得到了三者“共贏”的結(jié)局。后加入的百日咳疫苗使得1+2大于了3。對于這樣理想的結(jié)果，人類有什么理由不接受這樣的“第三者”呢？

三合一的DTP疫苗于1943年研發(fā)，經(jīng)過嚴格的評估測定后于1948年3月獲得許可。從1940年代末開始，在工業(yè)化國家中，使用DTP聯(lián)合產(chǎn)品對兒童進行主動免疫已越來越成為一種規(guī)范。1974年，DTP被列入發(fā)展中國家的擴大免疫計劃推薦的基本疫苗中。

看到這里，大家一定會提出這樣一個問題：全細胞的百日咳疫苗為何能夠自帶佐劑屬性呢？

這里我們需要把前面關(guān)于疫苗佐劑的知識翻出來復習一下了。在佐劑一講中我們提到了佐劑的四大金剛：鋁鹽、乳劑、TLR激動劑和皂苷，當時我們把它們比作是制造疫苗的“油鹽醬醋”。我們也提到了，新一代的佐劑差不多都是由四大金剛不同成分排列組合構(gòu)成的。

那么，我們來看看DTwP疫苗中含有什么成分，用于吸附沉淀類毒素的鋁鹽我們已經(jīng)知道了，那全細胞百日咳疫苗中含有什么呢？

所謂全細胞，是指在制造過程中，將全部的百日咳細菌菌體經(jīng)過滅活后制造出來的，幾乎包含了所有的細菌組分。因此除了我們需要的百日咳抗原成分外，也包括細菌細胞壁的成分。而細胞壁中含有大量的脂多糖，也就是LPS（Lipopolysaccharide）。

由于公眾和醫(yī)生對安全性的持續(xù)關(guān)注，在某些地區(qū)百日咳疫苗的接受度急劇下降。

LPS是什么大家還記得嗎？LPS是TLR4的激動劑。在實際疫苗佐劑的研制過程中，由于LPS的反應(yīng)原性過強，科學家將其改造變成了MPL。

而MPL與鋁鹽結(jié)合使用，開發(fā)出來的佐劑稱為AS04。利用這種佐劑，科學家們已經(jīng)成功研制了高效的HPV疫苗和血液透析患者的乙型肝炎疫苗。

原來具有70多年歷史的百日咳疫苗，同時含有了兩種不同的佐劑成分，可以說是現(xiàn)代新型佐劑疫苗的前身。

百日咳疫苗的縮寫DTP，分別是白喉、破傷風和百日咳英文首字母縮寫組合而成的。那么DTwP中的wP就是特指全細胞的百日咳疫苗（whole-cell pertussis vaccine）。全細胞疫苗既使得DTP意外獲得了佐劑屬性，但是也正是由于全細胞疫苗成分多樣，純度不足，也造成了安全隱患。

從一開始，全細胞百日咳疫苗就被擔心會引起嚴重的不良反應(yīng)，特別是DTwP與頻繁出現(xiàn)的注射部位反應(yīng)以及與零星的急性、可逆神經(jīng)系統(tǒng)事件（如嬰兒的高熱驚厥）之間的關(guān)聯(lián)。

與大多數(shù)預防性疫苗一樣，一旦由于廣泛的兒童接種疫苗從而使目標疾病的負擔降低到非常低的水平后，人們就會開始擔心不良反應(yīng)。對于全細胞百日咳疫苗，這些問題涉及嬰兒猝死綜合征（SIDS）和慢性腦病。

雖然經(jīng)過嚴格的評估沒有發(fā)現(xiàn)疫苗與SIDS之間存在因果關(guān)系的科學依據(jù)，也沒有足夠的關(guān)于慢性神經(jīng)系統(tǒng)損害的確鑿證據(jù)，但是，針對所謂疫苗引起傷害的訴訟的迅速發(fā)展，催生了1980年代的現(xiàn)代疫苗安全運動，最終導致了美國國會立法通過的《全國兒童疫苗傷害法》，以補償因某些可能與強制性兒童預防接種相關(guān)不良事件的不幸家庭。

在評估證據(jù)方面，美國國家科學院的咨詢機構(gòu)醫(yī)學研究所得出的結(jié)論是，百日咳疫苗與慢性腦病之間沒有明顯的病因?qū)W聯(lián)系。但是，由于公眾和醫(yī)生對安全性的持續(xù)關(guān)注，在某些地區(qū)百日咳疫苗的接受度急劇下降。

英國DTwP的使用從1973年的79％驟降到了1978年的31％，在1970年代末期和1980年代初，原本幾乎銷聲匿跡的百日咳又發(fā)生了流行，共報道了102500例百日咳病例，死亡36例。經(jīng)過多年的疫苗相關(guān)疾病控制，隨著免疫率的下降，日本和瑞典也發(fā)生了類似的百日咳暴發(fā)。這些事件進一步推動了亞單位疫苗策略的發(fā)展。

大急流城三人組之一的Pittman曾假設(shè)這種疾病很大程度上是由毒素介導的，類毒素可能是一種保護性亞基方法，如白喉和破傷風一樣?；诟拍钌项愃频耐评?，東京日本國立衛(wèi)生研究院的佐藤裕二及其同事在1980年代初開發(fā)了一種無細胞百日咳疫苗（accellular pertussis vaccine， aP）。

與全細胞疫苗不同，這些產(chǎn)品只包含特定的細菌成分，例如甲醛處理過的毒素，絲狀血凝素和其他百日咳蛋白質(zhì)。它們不含有脂多糖（LPS），因為脂多糖被認為是全細胞反應(yīng)原性的罪魁禍首。

盡管方法上的差異使得很難比較各種無細胞產(chǎn)品的功效，但很明顯，它們作為一個整體，對于控制百日咳有效。這些產(chǎn)品目前是發(fā)達國家/地區(qū)使用的主要或唯一的百日咳疫苗，通常與破傷風和白喉類毒素結(jié)合使用，也就是越來越多見的DTaP。

全細胞百日咳疫苗正是因為含有脂多糖等成分才具有佐劑特性，因此用無細胞疫苗替代全細胞疫苗，去除了包括脂多糖在內(nèi)的成分時，隨著不良反應(yīng)的降低，這個佐劑效應(yīng)也會減弱。已有報道稱對某些同時接種的疫苗的免疫反應(yīng)減弱，但目前還沒有證據(jù)表明其功效受損。同時，從經(jīng)濟角度來看，無細胞疫苗的制造成本比全細胞疫苗也要貴很多。

白喉、破傷風和百日咳疫苗的研發(fā)過程代表了通過主動免疫解決嚴重細菌感染的早期成功，該疫苗的進化可以說是與免疫學的進步同時發(fā)展的。在20世紀中葉開發(fā)出每種成分的單一疫苗，并對其進行評估并被接受用于常規(guī)公共衛(wèi)生實踐后，DTP組合疫苗便成為人群中使用最廣泛的疫苗之一。

幾十年來持續(xù)接種DTP疫苗所積累得到的成果是各個年齡段的人都普遍具有對3種疾病的免疫力。要保持這種水平的人群免疫力，就需要繼續(xù)不斷為新出生的嬰兒人群接種疫苗，同時向青少年和成人提供加強免疫接種。

因此，世界衛(wèi)生組織全球建議要求對所有兒童進行3種疾病的常規(guī)免疫，并繼續(xù)維持在青春期和成年期的免疫力。無細胞百日咳疫苗的出現(xiàn)有助于降低不良反應(yīng)，提高依從性。由于這些疾病在世界范圍內(nèi)一些地區(qū)仍然很普遍，尤其是百日咳，近年來的流行病學數(shù)據(jù)提示其在我國并不少見，但往往會被大家忽視，可以說是被忽視的一種傳染病，因此應(yīng)該繼續(xù)維持百白破疫苗的廣泛主動免疫接種。

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