開發一款可以止痛的疫苗,行不行?
2021年05月14日19:59

原標題:開發一款可以止痛的疫苗,行不行?

原創 王新宇 華山感染

水痘和帶狀皰疹兩種看似發病臨床表現和發病年齡都截然不同的疾病居然是同一種病毒造成的。在帶狀皰疹疫苗之前,人類開發的大多數疫苗都是用來預防全身性的嚴重感染性疾病。開發水痘疫苗可以理解,而帶狀皰疹,這種看似並不致命,只是引起疼痛的疾病,科學家們為何要興師動眾開發一款疫苗來降低其發病率呢?帶狀皰疹疫苗和水痘疫苗又有什麼不同呢?我們還是要從水痘說起。

大痘、小痘和雞痘:誤入“痘科”的皰疹病毒

不清楚從歷史上的什麼時候開始,皮疹疾病都被稱為“痘”(Pox),梅毒被稱為“大痘”(great pox),天花被認為是另一種小一些的“痘”(smallpox)。

莎士比亞著名的《羅密歐與朱麗葉》中的一句名言通常被引用為“你們兩家都長痘”("A pox on both your houses.")。然而實際上,莎士比亞寫的是“你們兩家都遭受瘟疫”(A plague o' both your houses.)。這句話可以通俗地理解為詛咒雙方,而這裏的“痘”等價於“瘟疫”。在1347年至1348年之間,瘟疫殺死了25%的歐洲人口。這裏的“ 痘”可能泛指鼠疫,以及天花、梅毒、麻疹、風疹、水痘等傳染病。最終,隨著科學的進步將才搞清楚導致發燒和出疹的人類感染的病原體的多樣性。水痘是由於其“痘”的形態與天花的“痘”相類似,以至於在多個世紀以來都將其與天花相混淆,以為是同一種疾病。

天花引起的“痘”直到18世紀中葉,水痘才被認為是單獨的疾病。水痘的英語有個俗稱為 雞痘“chickenpox”,雞痘叫法的起源據說是由於當時的人認為水痘是一種較溫和的天花形式(因此被稱為“雞”)。
和天花的“痘”相比,水痘的“水皰疹”明顯要溫和得多

關於命名的另一種可能性是,據說典型的水皰性皮膚損傷類似於鷹嘴豆。然而,這些只是推測,現在應該沒人能確定“雞痘”這個名字是如何產生的。

想學人痘接種,但沒成功

在將病毒確定為兩者的病原體之前很久,人們就意識到水痘和帶狀皰疹(纏腰龍)之間一定存在某種醫學聯繫。

直到20世紀中葉,水痘帶狀皰疹病毒(Varicella-zoster virus,VZV)才被確定為屬於是皰疹病毒家族的成員。在此之前,可能是因為它引起了水痘,因此和屬於痘科的天花病毒是一家子,也被認為是痘科病毒。

當時的人們經常注意到有些兒童水痘病例是密切接觸帶狀皰疹的人。因此,在二十世紀初,研究人員試圖開發一種疫苗,就像我們在天花那節提到過接種人痘的方法,將帶狀皰疹患者的水皰液注入兒童體內,希望兒童也只會出現輕度水痘或完全沒有疾病,隨後產生終身的免疫保護。

沿肋間神經分佈的帶狀皰疹形態和水痘明顯不同

這種嚐試並沒有真正成功,因為儘管大多數孩子都沒有發病,而部分孩子卻出現了典型的水痘。顯然,這種用於非減毒活病毒的疫苗開發的危險方法今天將不會實施,甚至不會考慮。

水痘,VZV的第一波襲擊

水痘是一種全身性的感染性疾病,是之前從來沒有感染過VZV的人第一次感染後的出現的病症。如果成年人在之前感染過水痘,則具有保護力,不會再次感染。正因為這樣,水痘多數是在兒童時期發病。

水痘主要通過空氣傳播。感染VZV的患者皮膚水皰中充滿了高度可感染的病毒粒子,當從皮膚中脫落時可以形成氣溶膠,密切接觸的人從呼吸道吸入而感染。

在大約2周的潛伏期後,可能會出現輕度,短暫的不適和低熱等症狀,特別是在成年人中。感染可能始於扁桃體,然後擴散到淋巴細胞(也就是我們所說的病毒血症期),再然後擴散到皮膚。

隨後的症狀主要是發燒,伴隨有全身性瘙癢性水皰疹,持續約一週。水痘的併發症不常見,但可能很嚴重,例如腦炎(1 / 10,000)和葡萄球菌或鏈球菌引起的細菌性皮膚感染。這些併發症是導致水痘死亡病例的主要原因。

這次細胞免疫成為主角

在潛伏期,先天免疫最初可能在控制皮膚病變中發揮了作用,但病毒最終贏得了這場鬥爭,並會形成水皰。幸運的是,機體會觸發適應性免疫,並在隨後逐漸控制病毒的複製。

針對VZV的主要宿主防禦不是抗體,而是致敏的CD4+和CD8+淋巴細胞。而這兩種細胞對於人體細胞免疫起到了決定性的作用。在細胞免疫力低下的患者中可能發生嚴重的水痘,例如正在接受化療的癌症患者,移植後患者,人類免疫缺陷病毒(HIV)感染者或先天性免疫缺陷病的患者。

細胞免疫是機體最重要的控制VZV擴散的防禦手段,因為VZV在體內的感染形式是從一個細胞擴散到另一個細胞。除了皮膚水皰中有很高濃度的VZV外,其餘隻有在細胞中才能夠檢測到VZV。正因為這樣,針對VZV的特異性抗體(體液免疫)並不能夠在體內清除VZV病毒。

伴隨一生的潛伏

皰疹病毒具有在初次感染後建立潛伏感染的獨特能力。對於VZV,懷疑大多數,甚至所有個體在水痘期間都會潛伏感染,並且對於其中75%的人,這種潛伏會伴隨一生。

1940年代,英國醫生愛德華·霍普·辛普森(Edward Hope-Simpson)對帶狀皰疹進行了早期而有見地的流行病學調查。他確定帶狀皰疹僅在具有水痘病史的個體中發生,並且帶狀皰疹的發生率隨著年齡的增長而急劇增加。

英國醫生愛德華·霍普·辛普森(Edward Hope-Simpson)20世紀中葉,基於對原發性單純皰疹病毒(HSV)感染的瞭解以及發現從明顯潛伏感染中重新激活病毒的現象後,兒科醫生約瑟夫·加蘭(Joseph Garland)懷疑帶狀皰疹可能是由於潛伏的VZV重新激活所致。當潛伏的VZV重新激活並從潛伏部位(感覺神經節)向下傳播到神經時,就會產生帶狀皰疹。
水痘感染後,VZV潛伏到感覺神經節,免疫低下時傳播到神經末梢,引起帶狀皰疹

VZV的重新激活也與免疫功能低下有關。在老年人和免疫力低下的人群中,帶狀皰疹的發生是由於細胞介導的免疫應答無法控制病毒的複製所致。體液免疫似乎並不能夠控制潛伏的VZV感染。這些觀察結果最終導致了帶狀皰疹疫苗的開發策略與之前提到的疫苗都不太一樣。

為了孩子一定要研發出水痘疫苗

在1970年代初,曾擔任大阪大學微生物學系主任高橋道明(Michiaki Takahashi)的兒子感染了嚴重的水痘,因此他受到激勵,決心為了孩子一定要研發出水痘疫苗。高橋的策略是試圖通過開發一款減毒活疫苗來預防這種疾病。

高橋道明(Michiaki Takahashi)分離並減毒成功的Oka株成為全球水痘生產的標準株

然而,在水痘疫苗之前,只有黃熱病、脊髓灰質炎、麻疹、腮腺炎和風疹等為數不多的病原體成功開發了減毒的活病毒疫苗,可見開發一款減毒活疫苗並不容易。

除了堅持不懈,還需要一點點運氣

為了獲得VZV的減毒株,高橋參照了薩賓研發脊髓灰質炎減毒活疫苗時採用的方法,首先從一名患有水痘的兒童中分離出一株VZV病毒株,並根據這個孩子的姓Oka給其命名為Oka株。

他首先在人胚肺成纖維細胞中於34℃環境中傳代野生型原代Oka品系11次,隨後在37℃的豚鼠胚胎細胞中進行了12次中間傳代,最後在37℃下的人胚胎肺成纖維細胞中再進行了大約10次傳代。

他之所以要讓病毒在豚鼠細胞中傳代,因為他認為非人類細胞中的傳代可能對減毒至關重要。當病毒連續傳代約35次後,他認為已經獲得了可以用作疫苗的減毒病毒株。

下一步,理論上他應該測試該病毒在各種動物中的安全性。但是,由於當時沒有(現在仍然沒有)水痘感染的動物模型,他不得不跳過動物實驗這個步驟,將候選疫苗直接接種人類以檢測其減毒是否徹底。他和他的同事給健康受試者接種了候選疫苗,幸運的是沒有不良後果。

因為沒有水痘的動物模型可以在將疫苗用於人類之前先進行測試,所以不得不說,高橋既聰明又幸運。之所以說高橋是幸運,是因為他的疫苗最終被證明是安全和有效的。

而在高橋之後,我們之前就提到過的疫苗界的一位大神:莫里斯·希勒曼(Maurice Hilleman)和他在賓夕法尼亞州默克公司(Merck&Co.)工作的同事也利用類似的方法再次進行嚐試,但始終無法培養得到既可適當減毒又具有免疫原性的活病毒。希勒曼早期傳代的病毒具有很高的反應原性,傳著傳著,反應原性降低了,具有很好的耐受性,但免疫原性又不足。

莫里斯·希勒曼(Maurice Hilleman)是美國微生物學家,專門研究疫苗學,曾經研發了40多種疫苗,VZV疫苗卻沒有成功

最終,默克和史克(現在是葛蘭素史克)兩家都放棄了自己傳代研製新的減毒活疫苗,而是直接得到了Oka株。如今,世界範圍內所有可用的減毒水痘活疫苗幾乎都是Oka株。

Oka疫苗被證明既安全又有效

最初的小型疫苗試驗一致表明,高橋研發的減毒活疫苗對健康的日本成年人和兒童具有安全性和有效性。該疫苗終止了水痘的暴發,並可以預防家庭內的傳播。

但真正使得Oka減毒疫苗為世界所接受的是一項決定性的臨床研究。這項由美國國家變態反應和傳染病研究所(NIAID)組織和支援的關於緩解白血病兒童免疫接種的合作研究。

在這項研究中,500例至少通過治療緩解1年的白血病兒童接受了Oka疫苗接種。在接種2劑疫苗後,該疫苗被判定對白血病兒童有效率為85%。

研究還發現,當兒童在暴露後出現所謂的“突破性”水痘時,病例都是輕症病例,並及時給與阿昔洛韋治療。在這項研究中,沒有因Oka株或VZV野生型株死亡病例。

無疑,這項早期臨床試驗證明Oka疫苗可以安全地保護部分因免疫力受損而患上嚴重水痘的兒童。從此, Oka疫苗被公認為既安全又有效。

1995年在美國,針對1至12歲的兒童,建議將一劑水痘疫苗作為標準免疫計劃的一部分。自那時起,美國兒童水痘疫苗的覆蓋率上升到了90%。

從一針變兩針

儘管水痘在美國的發病率在1995年後急劇下降。但是,卻發現依然有許多日托機構和大多數兒童接種過疫苗的學校中的暴發了水痘。由於大多數已發表的免疫學研究表明,該疫苗在1劑疫苗接種後對兒童具有95%以上的保護性,因此情況令人困惑。

為此,當再次檢測來自紐約、加利福尼亞和田納西州三個地點的兒童在接種1劑疫苗後的血清轉化率時,結果讓人大吃一驚,僅為76%。

進一步的研究發現,水痘疫苗在注射1劑後會隨時間流逝抗體逐漸減弱甚至消失,而有些接種後無法血清轉化。

為瞭解決抗體減弱消失和部分血清轉化低的問題,負責計劃免疫官員進行討論後,決定將接種二劑水痘疫苗作為一種可能的解決方案。

正如科學家們預料的那樣,第二劑增加了血清轉化率和抗體持久性。接種第二劑疫苗後,已觀察到對VZV的體液和細胞免疫力有了顯著提高,這表明2劑疫苗將提供增強的保護作用。

美國CDC在2006年起,推薦對1-12歲的兒童進行兩次常規劑量水痘疫苗接種。

在中國,越來越多的省市也開始將水痘疫苗調整為兩劑次,並且還有些城市將兩劑次水痘疫苗納入了免疫規劃中。

帶狀皰疹帶來的疼痛:痛不欲生

帶狀皰疹帶來的社會負擔以前沒有被認識到。在美國,健康老年人中帶狀皰疹的年發病率達一百萬例。在中國,每年有近300萬成年人受帶狀皰疹影響。

帶狀皰疹最常見的併發症是皮疹發作數月後,持續存在明顯的疼痛。帶狀皰疹後神經痛(PHN)的頻率受患者年齡的強烈影響。

PHN可能是間歇性或持續性,刺傷或灼傷,深度燒灼或抽動或異常性疼痛,這是由於皮膚受到其他正常刺激而引起的疼痛感。它是美國慢性神經性疼痛的第三大最常見原因,估計每年有500,000例。疼痛強烈影響生活質量,並影響身體,心理,社交和功能領域。這些影響在老年患者中尤為嚴重。

帶狀皰疹還有一個容易被忽視的危害是其和水痘一樣,具有傳染性。帶狀皰疹的水皰中同樣可以檢測到大量的VZV病毒,因此帶狀皰疹在發病期,也具有傳染性,沒有免疫力的密切接觸者也會發病,造成潛在的傳播風險。

PHN強烈影響生活質量,並影響身體,心理,社交和功能領域,在老年患者中尤為嚴重

需要開發一款專門針對帶狀皰疹的疫苗

大約在美國水痘疫苗獲得許可的時候,科學家發現水痘疫苗不僅可以預防免疫力低下兒童的水痘,還可以降低帶狀皰疹的發生率。

於是,科學家們開始假設可以通過接種水痘疫苗以增強其對VZV的細胞免疫性,有可能開發出一種抗帶狀皰疹的疫苗。

從水痘疫苗到帶狀皰疹疫苗,需要做哪些改變?

在1980年代初期,已經認識到有較高的患上帶狀皰疹風險的老年人,其對VZV的體液免疫水平並沒有太多降低,但是細胞免疫反應卻明顯降低。

因此,嚐試通過給各種潛伏性感染VZV的老年人接種各種劑量的水痘疫苗,希望再次激活針對水痘的細胞免疫反應,從而來預防帶狀皰疹。

研究經過探索最後得到的帶狀皰疹疫苗平均含有20,000 PFU的Oka病毒株,而之前水痘疫苗的活性含量僅為1,350 PFU。也就是說帶狀皰疹疫苗中的減毒活病毒含量比水痘疫苗中要提高了15倍左右。

這裏要簡單介紹一下,什麼是PFU?PFU是噬菌斑形成單位的縮寫。在標準條件下,1個噬菌斑形成單位大體相當於1個病毒粒子,用於描述具有感染能力的病毒數量。

在許多小型研究證明有效後之後,一項歷史性的雙盲,對照研究在60歲以上的近40,000人中進行。當時,這是有史以來規模最大的疫苗臨床試驗。

研究發現,相對高的劑量對於刺激老年人的細胞免疫是必需的。並且,高劑量的接種對VZV的細胞免疫應答較低的個體也非常安全。

研究發現,在60-85歲的受試者中,該疫苗預防帶狀皰疹的有效率為51%,但在60歲年齡段,有更好的防護效果(64%),在80歲以上的人受到的保護效果差一些。

接種疫苗後,即使發生感染,帶狀皰疹的併發症也有明顯的改善。特別是,疫苗接種者的帶狀皰疹後神經痛(PHN)的發生率比安慰劑接受者低67%。研究發現,在70歲年齡段的疫苗接種者,疫苗對PHN的作用最大。

減毒活疫苗版的帶狀皰疹疫苗於2006年5月在美國獲得許可,適用於至少60歲以前沒有帶狀皰疹病史和相關疾病的人。該疫苗並沒有在中國內地上市。

如何跨過減毒活疫苗那道跨不過的坎

減毒活疫苗版的帶狀皰疹疫苗作為第一種可以有效預防帶狀皰疹的疫苗獲得了批準,但可以發現其提供的保護力並不算太高,並且不能夠給予免疫抑製人群、孕婦以及活動性肺結核患者接種。

為了找到保護性更好,適用範圍更廣的疫苗,科學家們開發出了另一款帶狀皰疹疫苗。

這種疫苗的研發基於科學家們對於VZV的深入瞭解。科學家們通過研究發現糖蛋白E(Envelope glycoprotein, gE)是VZV病毒外殼的主要成分,同時是在被VZV感染的細胞上表達的最豐富的糖蛋白,也是中和抗體的主要目標;gE是複製和傳播所必需的,並且是VZV特異性B細胞和CD4 + T細胞反應的主要靶標。

包膜糖蛋白(gE)是VZV表面的重要結構成分

我們知道重組亞單位疫苗由於不含有病毒的活性成分,因此對於免疫功能低下的人群是安全的選擇,並且與適當的佐劑一起使用也可以為預防老年人中的帶狀皰疹提供另一種選擇。

重組亞單位疫苗包含50 μg VZV gE和AS01B佐劑系統。gE抗原是在培養基中培養攜帶截短的gE基因的中國倉鼠卵巢細胞而獲得的。

佐劑成分是AS01B,我們在之前的佐劑一講中已經提過,它是由MBL(一種由細菌脂多糖製備的Toll樣受體4激動劑)和QS-21(一種從植物提取物中提純的皂苷)兩種佐劑組合成脂質體製劑。新型佐劑AS01B是含有不同的佐劑成分脂質體復合體

新款疫苗提高了保護效率並擴展了適用人群

在老年人中進行的I 期和II期臨床試驗表明,使用佐劑重組gE疫苗以兩劑方案(60天間隔)給藥,產生了強烈的免疫應答,至少三年內顯著升高。

免疫應答體現在對比活VZV疫苗,佐劑重組gE疫苗刺激VZV和gE特異性抗體的水平要高得多。尤為重要的是,多功能gE和VZV特異性CD4 + T細胞被刺激至高水平,其中包括記憶T細胞。這些作用與先天免疫系統的短暫刺激和大量有效抗原呈遞樹突狀細胞的產生有關。

研究發現,年齡對這些反應沒有顯著差別,也就是說老年人和年輕人有著幾乎相同的免疫水平。這點和減毒活疫苗相比具有較大的進步。

當不添加佐劑時,疫苗沒有發生強烈的免疫反應。含有佐劑時,局部和全身性副作用比經許可的活疫苗觀察到的更為頻繁,但這些副作用大多是短暫的,輕度至中度,總體來說耐受性良好。

在早期臨床研究獲得成功後,對該疫苗進行了一項隨機,安慰劑對照的III期臨床試驗,研究對象為15400名受試者,分層年齡分別為50至59歲,60至69歲以及70歲以上。研究發現該疫苗在預防帶狀皰疹方面的有效性超過97%,對所有三個年齡層的療效都非常相似。和減毒活疫苗版的帶狀皰疹疫苗相比,這種疫苗的功效明顯更好,並且不會隨著年齡的增長而下降。

隨後報導了一項安慰劑對照試驗,專門針對70歲以上的老年人群。研究涉及14800名70歲以上的受試者(2850名80歲以上的受試者)。

將上述兩項試驗的70歲及以上受試者的數據相結合後發現,70-79歲的受試者的功效為90%,80歲及以上的受試者的功效為89%。安全性與最初的研究相似。在四年的隨訪中,保護效力幾乎沒有下降。70歲及以上的受試者對PHN的有效率為88.8%。

在一項上市後的觀察性研究中,在接種重組帶狀皰疹疫苗後的42天內觀察到吉蘭巴雷綜合徵的風險增加。50歲及50歲以上受試者的自發性局部不良反應為疼痛(78.0%),發紅(38.1%)和腫脹(25.9%)。50歲及以上受試者的自發性一般不良反應為肌痛(44.7%),疲勞(44.5%),頭痛(37.7%),發抖(26.8%),發燒(20.5%)和胃腸道症狀(17.3%)。

現有數據表明,與其他一些常用疫苗(包括減毒活疫苗版本的帶狀皰疹疫苗)相比,局部和全身反應的發生頻率和嚴重程度會更高。鑒於該疫苗要在老年人群中使用一種新型的強效佐劑AS01B,需要更多信息來證明這種抗帶狀皰疹的持久性和長期安全性。

這款佐劑重組gE疫苗對於無法接受減毒活疫苗的免疫抑製患者尤其有價值。其免疫原性和安全性已在HIV感染患者中以及自體造血幹細胞移植後得到證實。

這些研究結果發表後,2018 年美國免疫實施諮詢委員會(ACIP)發佈關於帶狀皰疹疫苗接種的建議,推薦重組帶狀皰疹疫苗用於≥50 歲免疫功能正常人群,也可用於先前接種過帶狀皰疹減毒活疫苗的成人。

2019年5月,中國國家藥品監督管理局有條件批準重組帶狀皰疹疫苗進口註冊申請,用於50歲及以上成人帶狀皰疹的預防。2020 年 6 月 ,重組帶狀皰疹疫苗(CHO 細胞)在中國正式上市。

水痘和帶狀皰疹儘管都是由同一種病毒VZV導致的,但臨床表現和其發病機製都不一樣。由於VZV病毒較難培養和傳代,因此相較於麻疹、天花等病毒,疫苗開發相對較晚才獲得成功。VZV之所以能夠在神經節潛伏,並且在機體抵抗力下降後導致帶狀皰疹,特別是50歲以上人群,是因為人體對其細胞介導免疫反應的下降。

接種高劑量的減毒活疫苗或者是利用新型佐劑設計的重組蛋白疫苗有助於維持這種細胞免疫,從而大大降低帶狀皰疹的發病率。和高劑量的減毒活疫苗相比,佐劑重組gE疫苗的適用人群更廣,保護效果也更佳。

參考文獻

Anne A. Gershon (2010) Varicella and Zoster In:Artenstein A(ed) Vaccines: A Biography. Springer, New York

Anne A. Gershon, Mona Marin, and Jane F. Seward(2018)Varicella Vaccines In:Plotkin’s Vaccines (7th ed) Elsevier, PA. USA

Myron J. Levin(2018)Zoster Vaccines In:Plotkin’s Vaccines (7th ed) Elsevier, PA. USA

Anne Gershon (2011) Vaccination Against Varicella and Zoster: Its Development and Progress In:Plotkin S.(ed) History of Vaccine Development. Springer , New York

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽