白喉流行及免疫現(xiàn)狀

蔡夢瑤 ，劉宏博 綜述，楊曉明 審校

1.武漢生物制品研究所有限責任公司，湖北 武漢 430207；2.國家聯(lián)合疫苗工程技術研究中心，湖北 武漢 430207；3.中國生物技術股份有限公司，北京 100029

白喉（diphtheria）是由一類能分泌白喉毒素（diph?theria toxin，DT）的棒狀桿菌屬病原體引起的傳染性疾病［1］。根據(jù)受累部位及臨床表現(xiàn)，可分為兩種：一種為呼吸道白喉，以咽部形成灰白色假膜和“牛頸”為特征表現(xiàn)；另一種為皮膚白喉，感染后可在皮膚部位，包括生殖器及眼部形成潰瘍。上述表現(xiàn)如果不及時進行醫(yī)療干預，DT 則會透過呼吸道黏膜組織進入血液循環(huán)，進而累及全身組織，導致心肌炎和周圍神經(jīng)病變等［2］。目前，通過臨床表現(xiàn)和患者接觸史以及分離鑒定致病棒狀桿菌，通過進行相關酶和毒素檢測來確診白喉患者。

人類是白喉棒狀桿菌的唯一宿主，人群普遍易感，其中年齡小于15 歲兒童最易感，免疫力水平低和未接種疫苗的人群也易感［3］。白喉的傳染源通常為白喉患者和無癥狀感染者，病菌可隨飛沫或污染的物品進行傳播，易感人群可通過呼吸道或破損皮膚黏膜感染細菌。白喉的致死率極高，在未接種疫苗的人群中死亡率為 5% ~ 17%［4?5］。雖然廣泛接種疫苗可建立免疫屏障阻斷白喉傳播，但由于疫苗分配不均等原因，在亞洲和非洲等部分國家，每年仍有數(shù)以千計的白喉病例報告和疫情發(fā)生［1］。在世界范圍內(nèi)，白喉依然是一個不容忽視的公共衛(wèi)生問題。

本文主要綜述了白喉棒狀桿菌的病原學特征，DT 的致病機制，并重點分析近年來白喉在世界衛(wèi)生組織（WHO）各區(qū)及中國的流行趨勢以及人群血清白喉抗體滴度，為疫苗研發(fā)及公共衛(wèi)生政策制定提供參考。

1 病原學特征

白喉主要由能分泌毒素的白喉棒狀桿菌（C.diphtheriae）、潰瘍棒狀桿菌（C.ulcerans）和假結(jié)核棒狀桿菌（C.pseudotuberculosis）引起，其中由白喉棒狀桿菌感染而患白喉的人群占多數(shù)［1］。白喉棒狀桿菌屬革蘭陽性菌（G+），菌體含異染顆粒，為需氧或兼性厭氧菌，在15~40 ℃均能生長，最適生長溫度為34~36 ℃。白喉棒狀桿菌在含血清的培養(yǎng)基中生長旺盛，含亞碲酸鉀的血瓊脂平板可用于白喉棒狀桿菌的分離培養(yǎng)。依據(jù)菌落形態(tài)和生化反應，可將白喉棒狀桿菌分為 4 種生物型：gravis、mitis、intermedius 和belfanti型，其中belfanti型常稱為毒性白喉棒狀桿菌，這幾種生物型均能分泌外毒素致?。??7］。白喉棒狀桿菌不耐熱，高溫即可滅活，對常用消毒劑敏感。

2 致病機制

白喉棒狀桿菌通過定植、黏附在感染部位，并分泌外毒素侵襲宿主細胞。白喉外毒素也稱DT，是致病的主要物質(zhì)［1］。一些攜帶β?棒狀桿菌噬菌體的白喉棒狀桿菌，將噬菌體編碼DT 的tox基因溶原整合至自身染色體中，才能產(chǎn)生DT［8］。

DT 相對分子質(zhì)量為58 000，包含535 個氨基酸，由2 個亞基組成，2 個亞基間通過半胱氨酸殘基的二硫鍵連接［2］。氨基（N）端的A 亞基包含具有酶活性的催化結(jié)構(gòu)域，羧基（C）端B 亞基包含可使A 亞基進入細胞內(nèi)的易位結(jié)構(gòu)域和受體結(jié)構(gòu)域。DT 通過受體介導的內(nèi)吞作用進入細胞質(zhì)，干擾靶細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，從而使靶細胞死亡，具體過程見圖1［1］。DT B 亞基的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域識別并結(jié)合靶細胞表面肝素結(jié)合樣表皮生長因子（the proheparin?binding epider?mal growth factor?like growth factor，HB?EGF）受體，細胞膜凹陷形成囊泡，囊泡中一些蛋白酶可將DT 兩亞基間的化學鍵部分裂解，隨后暴露在囊泡酸性環(huán)境下的毒素發(fā)生構(gòu)象變化使B 亞基中的易位結(jié)構(gòu)域插入至囊泡膜上，使得具有酶活性A 亞基穿過囊泡膜進入細胞質(zhì)。在細胞質(zhì)中，A 亞基的催化結(jié)構(gòu)域催化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）水解為煙酰胺和腺嘌呤二磷酸核糖（ADP?ribose），并將ADP?核糖轉(zhuǎn)移至延伸因子2（the elongation factor 2，EF?2）上，使EF?2上的組氨酸二苯乙酰胺ADP 核糖化，從而阻止了EF?2 易位活性，抑制蛋白質(zhì)合成，進而細胞死亡。除DT 能嚴重影響宿主細胞蛋白合成外，白喉棒狀桿菌中的毒性糖脂索狀因子也能破壞線粒體，抑制細胞呼吸，干擾氧化磷酸化過程［9?10］。DT 除了能使細菌定植部位周圍細胞死亡，也能借由釋放入血與機體其他含有特異性HB?EGF 受體的組織細胞結(jié)合，引起遠處組織病變，如心肌炎和周圍神經(jīng)病［11?13］。

圖1 DT致病機制Fig.1 Pathogenic mechanism of DT

3 國內(nèi)外流行現(xiàn)狀

在未使用疫苗前，白喉曾是全球兒童死亡的主要原因之一［14］。大多數(shù)工業(yè)化國家于1940 和1950年后進行大規(guī)模疫苗接種，已基本消除白喉。1974年，WHO 啟動擴大免疫規(guī)劃政策后，一些欠發(fā)達國家白喉發(fā)病率有所下降［15］。雖然通過疫苗接種可預防白喉，但由于世界各國經(jīng)濟發(fā)展、免疫策略、人群疫苗依從性等區(qū)域差異，該疾病仍然存在［5］。近十年，包括也門［16］、委內(nèi)瑞拉［17］、緬甸［18］、老撾［19］、海地［20］及孟加拉國難民營［21］在內(nèi)的多個國家和地區(qū)報告了白喉疫情。其中也門2017年7月—2018年8月監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，小于15 歲兒童受影響更大，約44%白喉病例涉及5~15 歲兒童。小于5 歲兒童病死率約10%，一些難以統(tǒng)計數(shù)據(jù)的地區(qū)病死率甚至達22%［22］。老撾［19］、委內(nèi)瑞拉［17］的疫情中，同樣發(fā)現(xiàn)白喉在5 歲以下兒童的高發(fā)病率和病死率。另外，這些疫情的爆發(fā)與政治動蕩、人口流動密切相關［23?25］。WHO 最新數(shù)據(jù)顯示，2020年全球累計報告白喉病例10 107 例，其中歐洲白喉病例最少，為6 例，美洲次之，為79 例。全球90%以上白喉報告病例集中在非洲和東南亞國家，分別為 5 387 和 4 002 例［26］。從年齡結(jié)構(gòu)來看，在疫苗普及率較差國家中，15歲以下兒童易患白喉［15］。而在疫苗普及率較高地區(qū)，白喉病例散發(fā)分布且集中在中老年人群［27?29］。盡管WHO監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性因地區(qū)而異，存在報告不足的可能，但從已有數(shù)據(jù)可以看出，世界范圍內(nèi)白喉的防控依然不容忽視。

中國白喉疫情防控可具體分為3 個階段：計劃免疫前階段、計劃免疫階段和擴大免疫規(guī)劃階段。白喉報告發(fā)病率隨免疫規(guī)劃的不斷進行呈逐漸下降趨勢。1950— 1977年計劃免疫前階段平均發(fā)病率為7.47／10萬，其中1960年發(fā)病率最高，為23.33／10 萬［30］。1978年，我國開始全面實施兒童計劃免疫，并將百白破疫苗納入兒童免疫規(guī)劃程序，白喉發(fā)病率和死亡率均大幅下降，且流行范圍逐步縮??；1978 — 2006年計劃免疫階段，白喉平均發(fā)病率為0.19／10 萬［30］；2000 — 2006年，僅個別省份有散發(fā)病例報告；2007—2019年擴大免疫規(guī)劃階段無白喉病例報告。然而該段時間內(nèi)，國內(nèi)多地均報道在一些免疫力低下人群中有非產(chǎn)毒白喉棒狀桿菌檢出。如2010年廣州市某醫(yī)院在1例癌癥患者的傷口分泌物中檢出白喉棒狀桿菌，屬非產(chǎn)毒型［31］；2018年浙江省某醫(yī)院從1 例患者的支氣管肺泡灌洗液中分離培養(yǎng)出1株非產(chǎn)毒白喉棒狀桿菌［32］；2019年福建省1位患有白血病、免疫力低下、長期臥床的患者，經(jīng)多次細菌培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)攜帶非產(chǎn)毒白喉棒狀桿菌［33］。其中，僅浙江省病例存在呼吸道癥狀，其他病例在病原菌檢出前后均無任何白喉相關的臨床癥狀。由此可見，人群中依舊存在非產(chǎn)毒白喉棒狀桿菌的傳播。在此前，國外有報道稱無毒力白喉棒狀桿菌也能引起呼吸道癥狀和心內(nèi)膜炎、菌血癥、肺炎等［34］。直至2020年，在長達10年多未有白喉病例報告的情況下，中國境內(nèi)又出現(xiàn) 2 例白喉病例［26，35?36］。表明白喉的監(jiān)測及防控仍需持續(xù)進行。

4 國內(nèi)外免疫現(xiàn)狀

白喉的免疫預防措施分為主動免疫和被動免疫。全球用于白喉免疫預防的生物制品主要包括含白喉類毒素（diphtheria toxoid，DTd）的疫苗及白喉抗毒素（diphtheria antitoxin，DAT）。DTd 是DT 與少量甲醛在一定溫度下孵育脫毒后再純化，或先將DT 純化再用甲醛脫毒制成的無毒但保留免疫原性的蛋白制品，可單獨使用或與破傷風類毒素、百日咳等抗原聯(lián)合使用。DAT 則是從經(jīng)DTd 免疫的馬血清中提取的抗體，可中和患者循環(huán)系統(tǒng)中的DT。

主動免疫是預防白喉最有效的措施，通過接種含DTd成分的疫苗，刺激機體產(chǎn)生針對白喉外毒素的系統(tǒng)性免疫應答，從而預防白喉感染。大規(guī)模的疫苗接種可使機體產(chǎn)生足夠抗體，建立人群免疫屏障，阻斷白喉傳播并且獲得相應保護。自WHO進行免疫規(guī)劃開始，含DTd疫苗接種率逐步上升。近20年，全球1 劑含白喉、百日咳、破傷風聯(lián)合疫苗覆蓋率穩(wěn)定在80%以上，3劑含白喉、百日咳、破傷風聯(lián)合疫苗覆蓋率穩(wěn)定在70%以上［26］。然而全球監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，近10年全球白喉病例開始呈現(xiàn)波動上升趨勢，其中2019年報告病例最多，報告發(fā)病率為3.5／100萬［26］。

WHO 認為白喉血清抗體滴度的保護力等級可分為以下4級：白喉IgG 抗體滴度<0.01 IU／mL，無保護力；≥0.01 IU／mL，可部分保護；≥0.1 IU／mL，保護力可達100%；≥ 1 IU／mL，可擁有長期保護力［37］。當白喉流行暴發(fā)時，人群中70%的個體白喉IgG 抗體滴度≥0.01 IU／mL 時，可控制白喉傳播；人群中90%的個體白喉IgG 抗體滴度≥0.01 IU／mL 時，可控制白喉發(fā)?。?8］。為制定更合適的免疫規(guī)劃策略，國內(nèi)外眾多研究者已經(jīng)對其常駐［39］和外來人口［40］進行血清中白喉抗體檢測。研究表明，在免疫規(guī)劃執(zhí)行較好區(qū)域內(nèi)青少年人群血清白喉抗體陽性率較高，但抗體濃度隨接種時間增長而下降；而中老年人群普遍缺乏疫苗誘導的白喉中和抗體［41?44］。如新加坡衛(wèi)生部收集部分兒童血清樣本進行免疫水平調(diào)查，97.1%的受試者對白喉達到基本保護水平［45］。另一項人群血清橫斷面研究收集了歐洲的18個國家內(nèi)約500份40~59歲中年人血液樣本，22.8%~82%志愿者體內(nèi)白喉IgG抗體滴度低于0.01 IU／mL，缺乏中和DT的能力［42］。而在經(jīng)濟不發(fā)達、免疫規(guī)劃較差區(qū)域，近年來常有白喉疫情發(fā)生。對這些區(qū)域進行人群血清抗體調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，白喉血清抗體滴度遠低于保護水平。如印度科學家們通過對2017— 2018年的大型人群血清學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在5 ~ 17 歲兒童中僅29.7%對白喉免疫［46］，越南也對其國內(nèi)0 ~ 55 歲人群進行以年齡分層的血清陽性率調(diào)查，發(fā)現(xiàn)人群總體血清陽性率僅為26%，6~15歲兒童抗體陽性率是所有年齡層志愿者中最低水平，僅為7%［39］。另一項研究在老撾人民民主共和國南部地區(qū)招募受試者，發(fā)現(xiàn)這一地區(qū)人群保護性白喉抗體血清陽性率為40.5%［47］。血清白喉抗體滴度低，難以形成有效的免疫屏障，白喉的傳播及流行極有可能繼續(xù)存在于該地區(qū)。這種“疫苗分配不均”現(xiàn)象引起抗體水平在不同國家人群中分布差異，使得世界范圍內(nèi)對白喉的控制難以同步進行。WHO 建議在兒童期進行白喉全程接種，并在整個生命周期定期進行加強免疫，這一建議已在部分國家實行［48?49］。除公共衛(wèi)生政策的制定外，疫苗猶豫也是導致兒童青少年DTd疫苗接種率不足的重要因素［50?52］，嚴重影響人體血清抗體水平。

中國自實行免疫規(guī)劃以來，白喉防控形勢較好。據(jù)報道，自2002年開始，國內(nèi)兒童百白破疫苗接種率已超過90%，至2011年，無細胞百白破疫苗（dip?htheria?tetanus?acellular pertussis vaccines，DTaP）接種率超過99%。多項研究表明，國內(nèi)部分地區(qū)超過70%的健康人群白喉IgG 抗體滴度≥0.01 IU／mL，能形成良好的人群免疫屏障，控制白喉流行［53?57］。如2018年廣東河源市健康人群白喉抗體陽性率為95.62%［58］，2019年河南洛陽市健康人群白喉抗體陽性率為 80.05%［59］，而 2020年許昌市健康人群白喉抗體陽性率為75.80%［60］，均大于70%。但部分地區(qū)的偏遠山區(qū)因疫苗知識普及度不高導致人群疫苗接種率低，間接導致人群白喉抗體水平較低，一旦發(fā)生白喉疫情，難以有效阻斷白喉傳播［61?62］。已有的調(diào)查顯示，兒童及青少年血清白喉抗體滴度普遍高于中老年人，這種現(xiàn)象與免疫接種程序相關。目前的調(diào)查顯示成人抗體滴度下降較為明顯［57］，因此，為維持群體良好的免疫水平，有必要對成人進行加強免疫。預防白喉國家兒童免疫接種程序及說明（2021年版）見表 1［63］。

表1 預防白喉國家兒童免疫接種程序及說明（2021年版）Tab.1 National immunization procedures and instructions for children against diphtheria（2021 edition）

5 展望

白喉作為一種高致死性呼吸道傳染病，曾嚴重危害人群健康，尤其是兒童。在大規(guī)模免疫接種下，全球白喉防治取得了巨大成績，但白喉依舊存在許多問題及挑戰(zhàn)。近年來全球白喉病例有逐年上升趨勢。一些東南亞國家由于疫苗普及率不高，不斷出現(xiàn)新的疫情且兒童發(fā)病率高，表明這些國家兒童的常規(guī)免疫接種可能難以落實到位，因此首先應解決兒童、青少年常規(guī)免疫服務不能持續(xù)的問題［46，64?65］。在歐洲、美洲等計劃免疫落實較好國家中，中老年群體中時常出現(xiàn)白喉病例，這可能是由于中老年人群體內(nèi)抗體滴度下降所致［5，42，66］。另外根據(jù) WHO 報告全細胞百白破疫苗（diphtheria?tetanus?whole cell per?tussis vaccines，DTwP）和 DTaP 刺激機體產(chǎn)生抗體的持續(xù)時間一般為6~12年［67］。因此有必要對不同年齡段人群定期加強免疫，以維持穩(wěn)定的免疫屏障。同時，國內(nèi)多地血清流行病學調(diào)查顯示青少年和成人體內(nèi)白喉抗體滴度衰減明顯，然而目前還未在國家層面制定針對此年齡段的免疫策略。建議除了對青少年及成人進行查漏補種外，還需定期監(jiān)測健康人群血清白喉抗體滴度，以及時掌握人群免疫水平，適時調(diào)整免疫策略。我國周邊國家白喉疫情頻發(fā)，隨著世界貿(mào)易往來，人口流動頻繁，易造成輸入性白喉疫情發(fā)生。因此，有必要加強出入境口岸白喉的疾病監(jiān)測和預警工作，以便及時發(fā)現(xiàn)可疑病例并及時阻斷疫情傳播。