疫苗的誕生與進(jìn)階

賀曉宇

至今沒有任何一種醫(yī)療措施能像疫苗一樣對人類的健康產(chǎn)生如此重要、持久和深遠(yuǎn)的影響；也沒有任何一種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

民間有句俗語：“孩子出過疹和痘，才算解了閻王扣。”這里的疹指的是麻疹，痘指的就是天花。這句俗語，已經(jīng)隨著疫苗的使用逐漸被人遺忘，由此可見疫苗是人類對抗疾病的利器。

疫苗是將病原微生物（如細(xì)菌、病毒等）及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過人工減毒、滅活或利用基因工程等方法制成的用于預(yù)防傳染病的自動免疫制劑。疫苗保留了病原菌刺激動物體免疫系統(tǒng)的特性。當(dāng)人體接觸到這種不具傷害力的病原菌后，免疫系統(tǒng)便會產(chǎn)生一定的保護(hù)物質(zhì)，如免疫激素、活性生理物質(zhì)、特殊抗體等。當(dāng)人體再次接觸到這種病原菌時，人體的免疫系統(tǒng)便會依循其原有的“記憶”，制造更多的保護(hù)物質(zhì)來阻止病原菌的傷害。

通過接種疫苗，人類已經(jīng)消滅了天花，脊髓灰質(zhì)炎病例也減少了99%，白喉等傳染病發(fā)病罕見，麻疹、新生兒破傷風(fēng)等疾病的發(fā)病率顯著下降。可以說，疫苗是人類在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里最偉大的發(fā)明，每一種新疫苗的誕生都是人類戰(zhàn)勝一種傳染病的偉大勝利。至今沒有任何一種醫(yī)療措施能像疫苗一樣對人類的健康產(chǎn)生如此重要、持久和深遠(yuǎn)的影響；也沒有任何一種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。

由天花開啟的免疫研究

公元165年，一場可怕的瘟疫席卷了整個羅馬帝國，15年間，全國人口的1/3被瘟疫奪去了生命，整個歐洲有3億人因此喪生。那些在瘟疫中幸存下來的人不是眼睛瞎了，就是變成麻子，有的甚至出現(xiàn)了精神問題。這場瘟疫的元兇就是古老的惡性傳染病——天花。

談到這，不能不提及英國醫(yī)生愛德華·琴納（Edward Jenner），正是他開啟了免疫治療研究的先河。琴納曾聽他所在地區(qū)的奶牛場女工和農(nóng)民說過：人傳染上牛痘后，就再也不會得天花。由此，他意識到如果這種說法正確，就可以通過給人接種牛痘來增強(qiáng)人對天花的免疫力。經(jīng)過一番調(diào)查研究之后，琴納認(rèn)為這一說法值得信賴，于是他決定加以檢驗(yàn)。1796年，琴納把正在出牛痘的女工手背水泡中的液體，接種到一名健康兒童的身上。如事先所料，這名兒童患了牛痘，但很快就得以恢復(fù)。琴納又給他接種了天花痘，果然這名兒童沒有出現(xiàn)天花病癥。之所以要選兒童作為實(shí)驗(yàn)對象，是因?yàn)閮和翘旎ㄗ钜赘腥镜娜巳?。琴納的實(shí)驗(yàn)成功了，這導(dǎo)致一種預(yù)防疾病的方法——接種疫苗法得以誕生。

近代微生物學(xué)的奠基人、法國微生物學(xué)家和化學(xué)家路易·巴斯德（Louis Pasteur）則進(jìn)一步闡釋了接種的意義和目的。受琴納的啟發(fā)，巴斯德在研究炭疽熱的防治方法時，曾試過接種疫苗法。為降低炭疽熱細(xì)菌的毒性，巴斯德對炭疽熱細(xì)菌進(jìn)行了加熱處理，然后將其接種到一群羊的身上，同時讓另一群羊保持原狀。結(jié)果，沒有接種的羊群全都患炭疽熱死去，而事先接種過少量低毒炭疽熱細(xì)菌的羊卻沒有死。此后，巴斯德又對炭疽熱疫苗進(jìn)行了改進(jìn)，制成人工減毒炭疽活疫苗，并使用類似方法，研制出了可抵御狂犬病和家禽霍亂病的疫苗。

根據(jù)巴斯德制備疫苗的原理，1891年，霍亂弧菌在39℃空氣中的條件下連續(xù)培養(yǎng)，可制成減毒活疫苗。隨后，印度的臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明霍亂活疫苗具有保護(hù)作用。 柯利等人于1896年將霍亂弧菌加熱滅活，制備成滅活疫苗，此疫苗于1902年在日本霍亂流行區(qū)被大規(guī)模使用，其后又分別在孟加拉國、菲律賓和印度進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，顯示該疫苗具有很好的短期保護(hù)作用。

在巴斯德光輝成就的啟發(fā)下，1908年，卡麥特和介林將一株牛型結(jié)核桿菌在含有膽汁的培養(yǎng)基上連續(xù)培養(yǎng)13年213代，終于在1921年獲得減毒的卡介苗（以他們的姓氏命名為卡介苗）。最初卡介苗為口服，20世紀(jì)20年代末改為皮內(nèi)注射，卡介苗在新生兒抵御粟粒性肺結(jié)核和結(jié)核性腦膜炎方面具有很好的效果。自1928年至今，卡介苗仍在全世界被廣泛用于兒童計劃免疫接種，已有40多億人接種過卡介苗。

疫苗抵抗疾病的機(jī)制

在相當(dāng)長的一段時間里，沒有人能夠解釋清楚疫苗為何能夠有效抵御傳染病的侵襲。在探究疫苗的作用機(jī)理方面，德國的埃米爾·馮·貝林和日本的北里柴三郎做出了先驅(qū)性的貢獻(xiàn)。1890年，貝林和北里一起發(fā)文宣布了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：他們不斷給動物注射不至于致病的少量破傷風(fēng)桿菌，這時，在動物的血液中會產(chǎn)生一種抗毒素，以中和注入體內(nèi)的破傷風(fēng)桿菌毒性。他們還指出，可以用這個辦法從已經(jīng)獲得破傷風(fēng)免疫力的動物身上提取含有抗毒素的血清，注射給其他動物以增強(qiáng)其對破傷風(fēng)的免疫力。

與此同時，貝林、北里還在努力尋求治療白喉的方法。白喉是一種急性呼吸道傳染病，兒童染上此病后很容易死亡。貝林等人注意到，感染白喉后幸存下來的兒童成年后一般都不會再得這種疾病。這意味著，在與疾病的斗爭中，兒童的身體中有可能產(chǎn)生了某種抗體，這種抗體保留在血液中，從而起到保護(hù)作用。在德國細(xì)菌學(xué)家保羅·埃爾利希的協(xié)助下，貝林和北里開始運(yùn)用血清療法治療白喉，并在1892年白喉流行期間，成功地提取出了新的白喉抗毒素。由于在血清療法研究方面貢獻(xiàn)突出，貝林于1901年成為首屆諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者。

化學(xué)療法的基礎(chǔ)則是由德國的保羅·埃爾利希奠定的。18世紀(jì)70年代，埃爾利希在萊比錫大學(xué)醫(yī)學(xué)院求學(xué)期間，就對苯胺等化學(xué)染料的作用機(jī)理產(chǎn)生了興趣，因?yàn)樯锝M織用化學(xué)染料著色后，在光學(xué)顯微鏡下其微觀結(jié)構(gòu)能看得更加清楚。當(dāng)時，德國光學(xué)工業(yè)和染料工業(yè)的發(fā)展非常迅猛，從而使德國既能制造出技術(shù)更為先進(jìn)的光學(xué)顯微鏡，又能生產(chǎn)出顏色更為豐富的高性能染料。這就為德國學(xué)者開展微生物染色研究創(chuàng)造了非常好的條件。

由于白喉抗毒素研究受到了肯定，德國政府于1896年底成立了一個專門研究血清的研究所，并決定由埃爾利希擔(dān)任所長。當(dāng)時，埃爾利希迫切希望弄清楚的是，白喉毒素究竟是如何攻擊人體的，血清中的抗毒素又是如何抵御毒素使它不致傷害人體細(xì)胞的。為了探明毒素與抗毒素之間的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，埃爾利希開始把眼光重新投向他早年開展過的化學(xué)染料研究。經(jīng)過一段時期的探索后，他意識到：既然染料可以只附著在特定的病原體上，而不附著在人體細(xì)胞上，那么就有可能從現(xiàn)有染料中篩選出一種藥物，它只攻擊病原體，而不攻擊人體細(xì)胞，因此對人體無毒副作用。埃爾利希將這種徑直攻擊病原體的藥物稱為“魔術(shù)子彈”。

1899年，埃爾利希開始帶領(lǐng)團(tuán)隊去尋找能夠著色并殺死特殊靶標(biāo)的“魔術(shù)子彈”。在尋找“魔術(shù)子彈”過程中，埃爾利希和他的助手志賀潔于1904年發(fā)現(xiàn)了一種后來被稱為錐蟲紅的紅色染料。它可以用于殺死錐體蟲（一種單細(xì)胞動物，可以引起多種疾病，包括昏睡癥）。由于用錐蟲紅臨床試驗(yàn)效果不佳，因此埃爾利希又開始尋找新的染料。其間，埃爾利希偶然得知，一種名為 “阿托西耳”（Atoxyl）的染料能夠殺死錐體蟲治療昏睡癥，但存在嚴(yán)重的副反應(yīng)。埃爾利希想到：能不能對阿托西耳的分子結(jié)構(gòu)加以修飾，保持其藥性卻又沒有毒性呢？當(dāng)時權(quán)威化學(xué)家已測定了阿托西耳的分子式，認(rèn)為它只有一條含氮的側(cè)鏈，這意味著它很難被修飾。但是埃爾利希在1906年確認(rèn)這個分子式搞錯了，它還有一條不含氮的側(cè)鏈，因此可以對其進(jìn)行修飾。于是，助手們合成出了千余種阿托西耳衍生物，并開始逐個做篩選實(shí)驗(yàn)。1907年，實(shí)驗(yàn)做到了第606號樣品，但效果仍然不佳，大家只好把它放到一邊，繼續(xù)做下一個篩選實(shí)驗(yàn)。

1908年，傳來了一個令人振奮的消息，埃爾利希將和俄國細(xì)菌學(xué)家梅契尼科夫一起被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，以獎勵他們在免疫學(xué)方面所作的貢獻(xiàn)。隨后，在對606號樣品進(jìn)行了數(shù)百次實(shí)驗(yàn)并證實(shí)了療效之后，埃爾利希將其命名為灑爾弗散（Salvarsan）。后來又發(fā)現(xiàn)914號樣品更易溶于水，埃爾利希稱其為新灑爾弗散（Neosalvarsan）。

606和914的成功，使得埃爾利希成為使用化學(xué)療法治療疾病的第一人，是公認(rèn)的化學(xué)療法之父。憑借化學(xué)療法，埃爾利希又獲得了1912和1913年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的提名。由于當(dāng)時化學(xué)療法剛剛開展，諾獎評委會并未貿(mào)然頒獎給他。

這一階段疫苗革命中還包括破傷風(fēng)類毒素、鼠疫疫苗、傷寒疫苗和黃熱病等30多種疫苗的成功研制。

疫苗發(fā)展2.0

隨著分子生物技術(shù)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)的迅速發(fā)展，疫苗研制的理論依據(jù)和技術(shù)水平不斷完善和提高，一些傳統(tǒng)經(jīng)典疫苗品種又進(jìn)一步被改造為新的疫苗，而對另一些用經(jīng)典技術(shù)無法開發(fā)的疫苗則找到了解決問題的途徑。因此，針對不同傳染病及非傳染病的亞單位疫苗、重組基因疫苗、核酸疫苗等新型疫苗不斷問世。

亞單位疫苗：通過化學(xué)分解或有控制性的蛋白質(zhì)水解方法使天然蛋白質(zhì)分離，提取細(xì)菌、病毒的特殊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，篩選出具有免疫活性的片段制成的疫苗。亞單位疫苗僅有幾種主要表面蛋白質(zhì)，因而能消除許多無關(guān)抗原誘發(fā)的抗體，從而減少疫苗的副反應(yīng)和疫苗引起的相關(guān)疾病。

重組基因疫苗：1972年誕生于美國斯坦福大學(xué)，此后迅速在全球普及，為生命科學(xué)帶來了革命性進(jìn)步。重組基因技術(shù)的應(yīng)用為疫苗研究開辟了一個全新途徑?；蚬こ桃呙缡鞘褂肈NA重組生物技術(shù)，把病原體外殼蛋白質(zhì)中能誘發(fā)機(jī)體免疫應(yīng)答的天然或人工合成的遺傳物質(zhì)定向插入細(xì)菌、酵母或哺乳動物細(xì)胞中，經(jīng)表達(dá)、純化后而制得的疫苗。在基因工程疫苗中，比較成功的是重組HepBS蛋白（乙型肝炎病毒表面抗原蛋白）乙型肝炎疫苗，具有較好的免疫效果，現(xiàn)在全球已有包括中國在內(nèi)的150多個國家將其列入計劃免疫?，F(xiàn)正在研究的重組基因工程疫苗包括SARS疫苗、HIV疫苗、高致病性禽流感疫苗等。

疫苗發(fā)展3.0

核酸疫苗又稱基因疫苗或DNA疫苗，由于核酸疫苗在進(jìn)行肌肉注射時不需要載體和佐劑，因而又被稱為裸核酸疫苗。這種疫苗通過肌肉注射，能在肌細(xì)胞中獲得較持久的抗原表達(dá)，該抗原能誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生、T細(xì)胞增殖和細(xì)胞因子釋放，尤其是能誘導(dǎo)細(xì)胞毒性T細(xì)胞的殺傷作用。而細(xì)胞毒性T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性免疫應(yīng)答在抗腫瘤、抗病毒及清除胞內(nèi)寄生物感染方面起著重要作用。在眾多的疫苗中，核酸疫苗因其獨(dú)特的優(yōu)勢而備受關(guān)注。

20世紀(jì)80年代末90年代初，采用表達(dá)基因產(chǎn)物的核酸來做基因治療實(shí)驗(yàn)，結(jié)果意外發(fā)現(xiàn)裸DNA可被骨骼肌細(xì)胞吸收并表達(dá)出外源性蛋白。這種產(chǎn)物可在骨骼肌細(xì)胞中表達(dá)2個月之久，并能誘導(dǎo)機(jī)體出現(xiàn)免疫應(yīng)答，從而掀起了核酸疫苗的研究熱潮。

核酸疫苗能有效持久地誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生細(xì)胞免疫和體液免疫應(yīng)答。如乙型肝炎病毒核酸疫苗，使用效果顯著。核酸疫苗成本低，不需分離純化，易操作，性質(zhì)穩(wěn)定，可在室溫保存，甚至轉(zhuǎn)染食物細(xì)胞。例如，將乙肝病毒核酸疫苗插入西紅柿細(xì)胞基因組中，在食用西紅柿的同時就接種了疫苗。由于核酸疫苗本身具有很多傳統(tǒng)疫苗所不具備的優(yōu)點(diǎn)，因而將被廣泛用于人類或動物傳染性疾病、腫瘤、自身免疫病、超敏反應(yīng)和免疫缺陷等疾病的免疫預(yù)防及治療。雖然核酸疫苗研究取得了一些可喜的成果，但在實(shí)際應(yīng)用中，短期內(nèi)它仍不會代替目前使用的傳統(tǒng)疫苗。

疫苗發(fā)展4.0

20世紀(jì)70年代以來，全球新發(fā)現(xiàn)的致人傳染病病原體有40余種，如HIV病毒、高致病性禽流感H5N1病毒、SARS新冠狀病毒、瘋牛病朊病毒、猴痘病毒、萊姆病毒、埃博拉病毒、軍團(tuán)菌、O139霍亂弧菌等。目前，世界各地大約有30余種疫苗，包括重組基因工程疫苗、核酸疫苗及減毒活疫苗等在進(jìn)行各期臨床試驗(yàn)；SARS病毒滅活疫苗研究取得了一些成果；禽流感疫苗已申請進(jìn)行人體試驗(yàn)。許多傳染病尚無疫苗或仍處于臨床前研究階段。

隨著免疫學(xué)研究的發(fā)展，人們希望疫苗可以在已發(fā)病個體中，通過誘導(dǎo)特異性的免疫應(yīng)答，達(dá)到治療疾病或防止疾病惡化的效果，這類疫苗產(chǎn)品便是治療性疫苗。目前已有在研究的治療性疫苗：用于腫瘤的治療，腫瘤疫苗是利用腫瘤抗原進(jìn)行主動免疫，刺激肌體對腫瘤的主動特異性免疫反應(yīng)，以阻止腫瘤的生長、擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移；用于心血管系統(tǒng)疾病的治療，用疫苗干預(yù)免疫過程來防治動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，現(xiàn)已取得令人鼓舞的進(jìn)展。除此之外，還有用于高血壓和I型糖尿病治療的疫苗。美國藥監(jiān)局公布的已進(jìn)入臨床研究階段的I型糖尿病疫苗已有3種。

雖然科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出30多種安全有效的疫苗，21世紀(jì)的人類仍將面臨新的挑戰(zhàn)，社會的發(fā)展使得很多新的傳染病出現(xiàn)，未來渴望新的疫苗可以預(yù)防瘧疾、丙型肝炎及艾滋病等20多種疾病。從1985年以來，新疫苗的發(fā)展貌似成果貧瘠。但隨著科技的不斷進(jìn)步，新時期的疫苗研究正在如火如荼地進(jìn)行，相信在不遠(yuǎn)的將來會有一些疫苗上市，為人類抵御疾病增添更多的武器彈藥。

新的世紀(jì)，將是疫苗研究的全新時代。

（作者單位為中國醫(yī)科大學(xué)）