疟疾、艾滋病/获得性免疫缺陷综合症和结核是人类健康的三大杀手。几个世纪以来，针对这三种传染病的疫苗研究并没有取得突破性进展。当前，新技术和新理念的引入最终将改变这一状况。

 

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柬埔寨一名医生抬起一位艾滋病患者。2016年，治疗性艾滋病疫苗将进入临床试验阶段

 

　　虽然疫苗已经成功战胜了多种严重疾病，然而上述三种传染病至今尚无疫苗可预防。其中两种传染病存在已久，另一种则是近30年才出现的。
 
　　到目前为止，尚未报道过疟疾、结核病（TB）和艾滋病/获得性免疫缺陷综合症获得自然免疫力的病例。艾滋病或活动性结核的幸存患者往往是艾滋病毒携带者或隐匿性结核患者。而疟疾患者即使痊愈也无法获得长期的免疫力：患者仍可出现反复的感染。因为没有自然免疫的病例可作为研究参照，所以疫苗学家不得不寻找新的研究方法。目前的研究表明导致这些疾病的细菌、寄生虫和病毒并不像看起来那样可怕，这一进展使得研究人员的态度开始变得乐观起来。
 
　　自从艾滋病出现以后，全球的健康工作力度得以加强，这三种传染病的疫苗研究也得到重视，这些疫苗的研究主要是从病原体入手。2000年，各大资助机构，如比尔和梅林达·盖茨基金会和全球抗击艾滋病、结核病和疟疾基金会，开始投入资金支持艾滋病、疟疾和结核疫苗的研究。
 
　　尽管新药物的应用以及大量的预防措施已经减少了传染病死亡人数，但从长远来看，预防才是最主要的解决方案。“疫苗才是最好的药物：可以防患于未然并且价格便宜。”美国加州斯克里普斯研究所的艾滋病毒研究员丹尼斯·伯顿（Dennis Burton）说。事实上，疫苗带来的经济效益也是十分诱人的。例如，每年花在预防和治疗疟疾上的费用大约是20亿美元，但如果研发出疫苗，每支疫苗的价格为10美元，对疾病流行国家的每一个新生儿进行接种，每年花费大约只有3亿美元，英国牛津詹纳研究所研究疟疾疫苗的阿德里安·希尔（Adrian Hill）说到。
 
　　研究人员对根除疟疾充满了信心，因为正在研发的疟疾疫苗可针对寄生虫复杂生命周期的每个阶段。最新的遗传分析方法最终将消除人们对结核的恐惧，也许还可以减少临床试验的成本。此外，基础研究已经证实了艾滋病病毒存在一定的薄弱点，研发出的一种治疗猴艾滋病的疫苗，正在进行临床试验。
 

疟疾：针对寄生虫

　　2013年，疟疾疫苗的研究传来喜讯。10月份，总部位于伦敦的制药业巨头葛兰素史克公司（GSK）宣布，他们已经获得欧洲药品管理局的批准，该公司研制的疟疾疫苗将于2015年开始上市。此疫苗是由比尔和梅琳达·盖茨基金会资助，GSK与PATH疟疾疫苗组织共同研发的。因此，该疫苗命名为RTS,S，在后期临床试验中，RTS,S已经在撒哈拉以南非洲的11个地区，超过15 000婴幼儿中进行了测试。经过18个月的随访，第一次接种后，年龄在5-17个月的幼儿的疟疾发生率低于47％，年龄在6-12周的婴儿的疟疾发病率低于27％。到目前为止，RTS,S是第一个引起人体产生抗寄生虫病免疫力的疫苗。
 
　　葛兰素史克的疫苗像现有的其他疫苗一样，可诱导机体产生抗体对抗疟原虫。如果仅仅以RTS,S疫苗诱导的抗疟疾抗体的水平进行衡量的话，那么RTS,S可以算得上是“世界上最强大的疫苗。”希尔说。它诱导的抗体浓度是肝炎疫苗的10倍以上。
 

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在蚊子唾液腺中生长的疟原虫可作为实验性疫苗

 

　　为什么接种疟疾疫苗最多只能使约50％的儿童获得免疫力呢？原因是疟原虫的生命周期存在多个阶段。“从疫苗研究的角度来看，疟疾不是一种疾病，而是四种。”希尔说。疟原虫在蚊虫唾液腺中繁殖时是一种，在人体血液进行循环时是另一种，在肝脏进行复制时则是第三种，最后以第四种形态感染红细胞并进行繁殖。然而RTS,S只能阻断感染阶段，即单细胞的子孢子经蚊子注入体内的阶段。马里兰州贝塞斯达国家过敏和传染病研究院的疫苗学家罗伯特·赛德（Robert Seder）说，要预防疟疾，人体血液中必须有足够的抗体在所有孢子达到肝脏前将其清除。“一旦孢子进入肝脏，疟原虫便可复制10 000到40 000倍。”
 
　　疟原虫对人体造成的损害如此之大，所以要预防疟疾，必须研制更加强大的疫苗，希尔说。最理想的疟疾疫苗不仅可以激活免疫系统阻止疟原虫生命周期的每个阶段――最主要的是，它也要能够在蚊体内繁殖。阻断传播途径的疫苗可引起人体免疫系统产生抗体对抗疟原虫的蚊虫传播阶段。当蚊虫叮咬人时，会带走部分抗体，这些抗体可以阻断疟原虫在蚊体内的繁殖。传播阻断疫苗的理论基础早已成熟完善，直到2013年，这一理论才在实验室中得到了证实。阻断32%的鼠蚊之间的疟原虫传播，就可以完全消除人群低发病率的疾病。
 
　　关于疟疾疫苗还有其他理论，一些研究人员将目光转向了一个持续了45年的离奇实验，该实验结果显示，当携带超过1 000个经射线照射灭活子孢子的蚊虫叮咬人体时，人体可以对疟疾产生免疫力并可维持20年。尽管疟疾疫苗，如RTS,S，可以产生一个特定的疟疾抗原，但是将机体完全暴露于所有形态的疟原虫时，疫苗却缺乏选择性。
 
　　将蚊虫作为疫苗载体是不切实际的，这需要研究人员捕捉并培育了数百万只昆虫，并将这些昆虫释放到几千个地方。自2003年以来斯蒂芬·霍夫曼（Stephen Hoffman）一直致力于此理论的研究。他在马里兰州罗克维尔市的Sanaria公司研究出了一个方法，在实验室中繁殖蚊子供孢子生长。Sanaria公司在清洁条件下繁殖蚊子，用感染了寄生虫的人红细胞喂养。大约三周后，子孢子开始在昆虫唾液腺中生长发育。然后，再将子孢子照射灭活并纯化。
 
　　然而只解决灭活子孢子的繁殖问题是不够的。大多数疫苗是通过肌肉注射接种的，而Sanaria公司的疫苗却不能。对此，赛德产生一个想法，就是通过静脉接种Sanaria疫苗。2013年8月，一项40人的临床试验报道了静脉接种的可喜成果。接种6剂疫苗组受试者能够获得完全性免疫。2013年12月，Sanaria疫苗在坦桑尼亚和马里进行了更大规模的临床试验。但是，即使这些研究保证了疫苗的有效性，这些也可能远远不够。该疫苗必须要分多次经静脉注射，因此，希尔认为将这种疫苗在资源匮乏的贫困地区普及是不切实际的。他指出，即便在发达国家，也没有任何疫苗是通过静脉注射的。
 
　　重要的一点是，疟疾比艾滋病或结核病更容易研究：疫苗测试较快，成本较低。
 
　　人们接种的实验室疫苗是感染了疟疾的，所以它可以杀死所有的寄生虫。目前现有的抗疟疾药物，可使患者完全康复。先预防接种，然后感染，这种方法可以大大减少疟疾试验参与者的人数，实验结果仍具有统计学意义。然而，在人体进行艾滋病或结核病的疫苗研究试验是有悖伦理的，因为目前还没有方法能够完全治愈这两种疾病。艾滋病和结核病疫苗试验的规模要足够大：需要通过计算人群的自然感染率是否降低来判断疫苗是否有效。
 

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对结核分枝杆菌的生物学标志物进行大规模分析可能揭示其弱点

 

　　研究人员对预防疟疾的RTS,S疫苗和其他试验性疫苗的临床应用前景比较乐观，其中一部分原因是因为尝试新的理论相对比较容易。赛德预计，在未来的10年中将会出现更有效的疟疾疫苗。
 

结核病：免疫预测

　　目前，临床上没有疟疾或HIV疫苗，但有一种TB疫苗，而且这种疫苗在全球应用广泛。此疫苗叫做卡介苗（BCG），最早于1921年开始使用，是由法国研究者通过减弱结核病毒的毒力而制成的。
 
　　尽管卡介苗已经受了时间的考验，但其仍具有很大的局限性。由于某些不明原因，卡介苗只对婴儿有保护作用，而对儿童和成人却是无效的。卡介苗的保护作用与纬度也有关。离赤道越远，卡介苗预防效果越好，后期对人们的保护作用也越强。这两种现象可能是由于干扰了与BCG和TB密切相关的非结核分枝杆菌造成的（译者注：环境分枝杆菌与BCG的保护作用相似，接触后可诱生抗结核的保护作用，以后再接种BCG将不会提高保护作用的水平；二是抗环境分枝杆菌的先存免疫力可干扰宿主中BCG的存活力，因而减弱对疫苗的免疫应答）。越接近赤道的地方，细菌数量越多；婴儿接触结核杆菌的机会较少，而随着时间的推移，儿童和成人接触的机会大大增加。
 
　　然而，尽管有疫苗的存在，每年死于结核病的人数仍然仅次于艾滋病――据统计，2012年约130万人死于结核病。全球大约有1/3的人口感染了结核杆菌，但大多数人都处于潜伏状态，并且终生不发病。目前，我们迫切需要一种疫苗可以预防儿童和成人的结核病。
 
　　2013年，研究人员在婴幼儿人群完成了一种新的结核疫苗的药效试验，上一次也是最后一次是1968年进行的婴儿卡介苗试验。该试验研究的疫苗作为卡介苗的延续，选择婴幼儿进行试验是因为其结核感染率高于青少年，这也使试验的受试者数目明显减少，该试验的一位领导海伦·麦柯肖恩（Helen McShane）说。麦柯肖恩也是詹纳研究所的一名疫苗学家。但是在挑选婴幼儿方面，他们设置的标准可能太高了。“我们对卡介苗做了很多的研究，但是很难将其进行进一步改善。”她说。而事实上，与卡介苗相比，新研发的疫苗也没有任何优势。但麦柯肖恩并不气馁。“疟疾和艾滋病研究人员已经进行了多个临床研究去研发更有效的疫苗，”她说，“我们需要继续进行研究，并希望能从失败中汲取教训。”
 
　　加强青少年和年轻人的结核病的预防比改善婴幼儿疫苗更为重要，因为他们是肺结核的易感人群，且死亡率较高。随着耐多种抗生素菌株的出现，尤其是在后苏联国家，如白俄罗斯、乌克兰和哈萨克斯坦等国，这一问题亟需解决。结核病可以与艾滋病形成致命的协同作用：约1/4的艾滋病患者因结核导致死亡。
 
　　结核病疫苗研究的最大困难是研究人员不知道人体产生的免疫类型。然而，艾滋病和疟疾疫苗在研究中显示了一定的疗效，这使研究人员受到鼓舞，也为TB疫苗的后续研究提供了借鉴，但是到目前为止，TB疫苗的研究几乎没有任何进展。尚未发育的新生儿免疫系统对卡介苗的反应和成人的免疫反应不同，而TB感染的动物模型的构建也并不令人满意。其中有一个重要的问题是：为什么有些人可以携带潜伏期的细菌生存，而另外一些人却会患上肺结核？世界卫生组织的结核病专家克里斯托弗·?戴伊（Christopher Dye）说：“现在，我们正在黑暗中摸索前行。”
 
　　生物学家相信他们可以解开这一谜团。为了确保未来试验对结核病疫苗的测试能够顺利进行，研究人员纷纷提出成功预测疫苗效果的新方法。其中一种方法是给受试者接种试验性疫苗，然后感染减毒结核分枝杆菌（因为使人感染结核病是不合伦理的）。减毒结核分枝杆菌不同于结核分枝杆菌，它可以作为结核分枝杆菌的一种替代，观察人体对减毒结核分支杆菌的免疫反应有助于指导早期临床试验的疫苗研发。麦柯肖恩说，根据这一理论，先接种卡介苗，然后进行活检、研究免疫反应，然后再接种、再次测试。”
 
　　随着生物学家对结核病研究的兴趣日益增加，他们对人类及细菌基因组的研究能力也在提高，这有利于检测先前未知的免疫标记物和易感标志物。例如，潜伏性TB携带者或者有接触史但未感染的人群，他们很有可能存在某些免疫标志物，抗结核疫苗可以诱导未感染人群产生这些标志物。这种利用生物信息学来分析基因型及其之间相互联系的方法，被称为系统生物学。国家过敏和传染病研究所主任安东尼·福西（Anthony Fauci）认为：“如果曾经有一种疾病完全适用于系统生物学方法的话，那么这就是结核病。”
 
　　“我们需要投入更多的精力来进行生物学标志物的研究。”柏林马克斯普朗克感染生物学研究所的结核病研究员斯特凡·考夫曼（Stefan Kaufmann）说。目前，考夫曼正在参与一个国际性、多机构参与的探索生物学标志物的研究。这项研究的一个分组已在南非、埃塞俄比亚和冈比亚招收了850位确诊为结核病的患者。这一组织也将随访他们的家庭接触者，共有大约4 500人。在研究开始时，这些结核病患者家庭接触者的结核涂片阴性，但是感染的风险很大。每隔半年，研究人员都会对家庭接触者进行基因表达和代谢的详细检查。他们希望能够检测出感染TB和未感染TB的参与者之间的差异。南非斯泰伦博斯和开普敦大学的研究人员正在收集临床数据以及存储样本，这些资料将由考夫曼研究小组和华盛顿西雅图生物医学研究所的一个团队进行分析。
 
　　考夫曼说，这项研究的目标之一就是找到一个与疾病发生高风险有关的生物学标记物，将来TB疫苗的临床试验只需要TB高危人群入组即可。这可能将早期试验的费用从超过500万美元减少到低于200万美元。他预计这项研究的结果将在两到三年内得出。
 

艾滋病：病原体的描述

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新的成像方法显示了一个重要的HIV蛋白，此蛋白与抗体结合的三聚体包膜（中心黑色三角所示）

 

　　艾滋病的死亡率比其他任何一种传染病都高――据估计2012年的死亡人数为160万。艾滋病于1983年在巴黎巴斯德研究所发现。第一个艾滋病疫苗从研制到临床测试历经了20年，然而结果并不理想：2003年进行的前两次试验显示疫苗无效。其他三次试验的结果也都令人失望。2007年，默克公司的阶段临床试验被叫停，因为研究人员发现该疫苗实际上可以增加某些人的感染风险（后续发现是HIV抗原的病毒载体有问题）。因此，该疫苗的其他单独的试验也被叫停。2013年春，人们尝试了第五次试验，此次实验使用了不同的病毒载体和抗原，然而，这次尝试在早期就被叫停，因为疫苗未显示出任何有效的迹象。
 
　　总结了之前失败的教训，2009年研究人员又进行了一次试验，结果显示疫苗有一定疗效，这是一个突破。这项由16 402人参与的试验是在泰国进行的，接种疫苗42个月后，31%的参与者产生了免疫力。然而对于将疫苗向市场推广来说，这一结果还不够理想，但泰国试验的结果最终提供了艾滋病免疫反应的草图。目前，研究人员正在探索为什么疫苗只在部分人群发挥作用，而在另一部分人群则无效。
 
　　根据杰罗姆·金（Jerome Kim）的理论，这些数据将形成一幅清晰的图像。杰罗姆是马里兰州贝塞斯达的美国军方艾滋病毒研究计划的一名免疫学家，也是泰国试验的领导者之一。与感染过HIV病毒的疫苗接种者相比，未感染过HIV病毒的疫苗接种者更容易产生针对V2区的抗体，V2区是HIV病毒衣壳或外壳上一个特殊结构域，这个区似乎能够帮助病毒侵入到人体已感染的免疫细胞内，HIV病毒衣壳的其他区域充当诱饵的作用――机体能够产生抗体来对抗它们，但是作用并不是很好。杰罗姆指出，V2被隐藏包被在糖类中，在2013年被叫停的试验中，接种疫苗的参与者没有产生抗V2的抗体，这表明V2可能是疫苗定位病毒的重要组成部分。
 

 

　　有些研究人员对“泰国试验”持有怀疑态度。这项研究中参与者接种疫苗后产生了特异性的抗体，然而，HIV病毒极其容易产生变异，理想的有效抗体都应该具有广泛的免疫力。波顿说一种有效的HIV疫苗应使人体产生广泛的中和抗体，这样才能针对不同的病毒株。
 
　　事实上，有一小部分的HIV病毒携带者产生了广泛的中和抗体，但却是在感染两三年后产生的――此时病毒已在体内根深蒂固，抗体已无法清除病毒。虽然这些患者产生了抗体，但最终仍死于艾滋病。研究人员推测，如果接种疫苗后人体可以产生广泛中和抗体，那么当人体暴露于HIV时，就不会感染。
 
　　因为对HIV结构了解有限，所以诱导抗体的产生面临极大的挑战。研究人员对HIV包膜主要部分的结构仍不清楚――包括V2和其他区域及其与初次感染的关系。这意味着研究蛋白结构的基本方法――X线衍射法无法用于研究HIV蛋白结构，无法产生蛋白衍射结构图。为了解决这个问题，波顿等人应用了新的成像技术、模型软件来研究抗体与病毒的哪一部分结合以及怎样结合的，以便于他们完全改造病毒。
 
　　波顿首先发现了广泛的中和抗体，并研究出一种技术用于研究这种抗体的结构和结合部。2013年11月，利用低温电子束高分辨率成像法，研究人员获得了病毒包膜上最重要部分的结构――Env三聚体。
 
　　图像结构的获得让研究人员有了着手之处。一种设想是：设计一种蛋白质，其中包括HIV包膜的脆弱区域，周围包裹蛋白质，这有助于抗体的成型。当人体暴露于人工抗原时将产生广泛中和抗体。设计这种结构需要精密复杂的电脑模型来预测氨基酸序列是否正确地折叠，而目前并不具备这样的技术。不过波顿认为这只是时间的问题，初始研发的疫苗可能未必如愿，但是研究人员仍然会继续在动物体内进行测试并改进，直到能够应用于临床。
 
　　这种类型的疫苗可以克服HIV疫苗研制的最大难题――令人难以置信的多样性。
 
　　俄勒冈健康与科学大学研制HIV疫苗的路易·皮克尔（Louis Picker）说，研制HIV抗体成功的关键问题超越简单制造抗体的思路。因为这个过程需要激活有记忆功能并可杀伤病原菌的记忆T细胞。他还说，目前还没疫苗是通过记忆T细胞发挥作用的。因此研究人员对HIV疫苗是否有效持怀疑态度。
 
　　为了验证这一理论，最近皮克尔在研究引起猴子艾滋病的病毒――类人猿免疫缺陷病毒(SIV)。在此研究中所用的疫苗是皮克尔用巨细胞病毒(CMV)攻击免疫缺陷病毒诱导产生的。巨细胞病毒可以导致终生的感染，但是这种感染对人体没有任何伤害。俄勒冈的研究员设计了一种巨细胞病毒载体，这种载体可以作为SIV抗原。在猴子体内，CMV型疫苗不仅能够激活免疫系统产生抗体，还可以产生识别SIV的记忆T细胞。皮克尔将CMV疫苗接种到SIV病毒持续复制的猴子，感染被清除，他认为这是记忆性T细胞的作用。只要巨细胞病毒感染存在，免疫保护效应就会持续终生。皮克尔目前正在研发一种针对HIV的新型疫苗，他预计将在2016进行临床试验。
 
　　根据皮克尔的理论，研制有效的艾滋病疫苗可能要将他的方法和波顿正在研发的结构型抗体相结合。“这只是时间的问题，”波顿说，“艾滋病疫苗即将问世。”
 
 

资料来源 Nature

责任编辑 彦 隐