【疫苗简史】亚单位新冠疫苗要打三针？先了解下亚单位疫苗的前辈有多厉害

作者 | 王新宇

转载自公众号“华山感染”

近期，大家关注到我国新冠疫苗获批紧急使用的阵容中最近又增添了一位新成员——基因重组亚单位疫苗。这一类疫苗和之前已经获批的灭活疫苗以及腺病毒载体疫苗都不一样，其中最为大家关注的一个不同是这种疫苗完成免疫接种程序，需要打3针，间隔6个月时间。

首先我们先来了解下什么是亚单位疫苗。之前我们提到过的灭活和减毒疫苗，抗原都是由完整的病原体组成。而亚单位疫苗仅包含源自致病性细菌或病毒的某些成分。这些成分是高度纯化的蛋白质或合成肽，是引起机体免疫反应的主要物质。也就是说，亚单位疫苗不是完整的病原体，因此从本质上就不具备感染人体，造成疾病的能力。

那么，亚单位疫苗是怎么开发出来的？效果到底好不好呢？让我们从一种在中国几乎是家喻户晓的疾病——乙肝说起吧。

不明原因的黄疸肝炎

乙肝病毒造成了几乎是世界上最常见的病毒性疾病，也是造成黄疸的主要原因。

有证据表明，早在19世纪末，该病毒就已经通过注射等途径造成了传播。当时曾经发生过由于天花疫苗被血制品污染，导致接种后超过15％的人出现黄疸的事件。

第二次世界大战期间，美国准备1942年对德国占领的北非发起军事进攻。为防止部队在非洲感染黄热病，在盟军部队的士兵中大规模接种了黄热病疫苗。由于其中一部分疫苗被含有肝炎病毒的血浆所污染，最终导致超过28,000名士兵患上了黄疸型肝炎，并有62人死亡。

在此次暴发的40多年后，当科学家将二战时的血液标本拿出来，进行回顾性血清学分析时，才发现二战时曾接种过被血清污染疫苗的接种者中97％感染了乙肝病毒。

当然在二战的时候，人们对于乙肝病毒还是一无所知。

意外发现的乙肝病毒

虽然在被鉴定发现前，乙肝病毒已经造成了暴发和流行，但令人感到意外的是乙肝病毒的发现并非是科学家孜孜不倦寻找而发现的，而是源于对于基本不相关的基础科学领域的研究。

1964年，美国科学家巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格发现了在纽约的一名输血血友病患者的血清与澳大利亚原住民的血清之间产生了抗原-抗体相互作用。于是这种反应物蛋白最初被命名为“澳大利亚抗原”。

布隆博格最先研究是为了寻找人体中存在的循环蛋白中遗传性和获得性多态性变异与疾病易感性之间的关系，本非为了找到引起黄疸型肝炎的病原

当时并不清楚这种抗原究竟代表着什么。布隆伯格发现，在健康的美国人中很少发现“澳大利亚抗原”，但在白血病患者中却很常见，所以怀疑白血病和这种抗原存在某种联系。

但是随后一系列观察结果发现，由于白血病患者经常要输血，似乎“澳大利亚抗原”与肝炎有着更为密切的关系。流行病学调查发现，在经常接受输血的白血病患者中，经常出现合并肝炎的发生，而这些人中“澳大利亚抗原”更为常见。

布隆博格最令人信服的观察结果来自于对唐氏综合症患者的研究，该类患者在最初就诊时并未发现“澳大利亚抗原”，但在随后的检查中发现了“澳大利亚抗原”。也就是说“澳大利亚抗原”的出现和肝炎的发作几乎是伴随出现的。

然后，布隆伯格又提出了一个问题：肝炎的患者中“澳大利亚抗原”阳性是否也更为常见呢？他通过科学假设检验证明，发现“澳大利亚抗原”在患有肝炎的人中确实更为普遍。

接下来，布隆博格想要看看，这种“澳大利亚抗原”到底是病毒本身呢？还是只是病毒产生的一种成分。最终通过电子显微镜、动物传播研究和其他研究多方位证实：“澳大利亚抗原”是肝炎病毒的一种成分，“澳大利亚抗原”后来被称为HBsAg（乙肝病毒表面抗原）。

从整个发现乙肝病毒的过程可以看到，虽然是源自不经意的意外发现，但布隆伯格却展示了一名优秀科学家的好奇心和极为严密的科学思维。布隆伯格也因此获得了1976年度的诺贝尔医学或生理学奖。

最早的亚单位疫苗

乙肝病毒的一个独特特征是在电子显微镜下观察，除了整个病毒颗粒外，在病毒携带者的外周血液中还发现了非常多的仅包含HBsAg的球形和棒状颗粒。在某些携带者中，这些颗粒占其血清蛋白总量的1％以上。这一发现构成了制造乙肝疫苗的基础。

电镜下的乙肝病毒，以及不具有感染性的S蛋白颗粒

1969年，布隆伯格和米尔曼尝试从含有“澳大利亚抗原”的血液中制备肝炎疫苗，这种疫苗要求含有HBsAg的颗粒，但不含核酸，基本上没有传染性颗粒。

然而，为了去除传染性成分在内的杂质的程序是非常复杂的，包括离心，酶消化，柱凝胶过滤，蔗糖溶液中的差密度离心，透析，氯化铯溶液中的差速离心和透析等多道步骤。

这在当时来说，生产工艺尚不足以制造出合格的乙肝疫苗，直到10多年后才得以批量生产。

布隆伯格因他关于“澳大利亚抗原”的工作获得了1976年度诺贝尔医学或生理学奖

一项令人信服的疫苗试验

到1980年代初，沃尔夫·斯穆尼斯及其同事完成了一系列疫苗现场试验。

波兰裔医生沃尔夫·斯穆尼斯主持了乙肝疫苗的现场试验，并且获得巨大成功

疫苗试验的第一个挑战是选择一个具有足够高感染风险的研究人群，以使疫苗试验可行。同时， 斯穆尼斯认为该试验应在能够从潜在有效疫苗中受益的人群中进行。

斯穆尼斯发现在纽约市的同性恋男子中乙肝感染的风险很高，在接受调查的10,000多名男性中，乙肝病毒感染率为68％，预计每年的新发感染率是19.2％~30％。最终这一人群被选为第一批现场试验的受试者。

该研究纳入了1978年11月至1979年10月之间的1,083名男性受试者。549人接受了疫苗，534人接受了安慰剂。疫苗分三剂给药：前两次相隔1个月，第三次相隔6个月。一共有93％的受试者接受了全部三种接种。

研究结果令所有人信服。

首先，疫苗的安全性没有问题。疫苗组与安慰剂组之间不良事件发生的频率或严重程度没有差异。

其次，接种组中的抗体应答令人满意。初次接种后2个月内，有77％的疫苗接种者产生了具有保护作用的抗体（乙肝表面抗体），第三次接种后增加至96％。而在安慰剂接受者中，只有2–5％的人会产生表面抗体。

第三，疫苗和安慰剂接受者之间的乙肝病毒感染人数存在明显差异。在发现感染的122人中（包括亚临床感染）中，93例（76.2％）来自安慰剂接种者，而疫苗接种者只有29例（23.8％），两者具有显著的统计学差异（p <0.0001）。

这项重要的随机双盲临床试验证明了乙肝疫苗的有效性，这一结论随后得到了在不同风险组和地理环境中进行的多次试验的重复，结果一致。

斯穆尼斯试验不仅成功，并且非常高效。与当年参与索尔克脊髓灰质炎疫苗的100万儿童相比，参与该研究的人数仅为1000多人。

血源性疫苗的两个担忧

在这个成功的关键试验发表后的两年内，美国FDA批准了血源性乙肝病毒疫苗。

最早的疫苗是通过从慢性乙肝病毒感染者的血浆中收集HBsAg（22 nm颗粒）而生产的。默克公司的美国微生物学家莫里斯·希勒曼（Maurice Hilleman）使用了三种血清处理方法（胃蛋白酶，尿素和甲醛）以及严格过滤，确保去除了具有感染性的物质，以生产出可以用作安全疫苗的产品。  

最终这种血浆衍生的乙肝疫苗全球一共使用了数百万剂。

美国微生物学家莫里斯·希勒曼利用技术使得血源性疫苗更加安全

虽然血源性的乙肝疫苗非常成功，并且没有出现明确的安全性问题，但由于80年代HIV在全球的流行，科学家们还是对血源性疫苗的安全性产生了一丝担忧，并且制造疫苗需要从感染者血浆中分离得到，对于进一步扩大产量也是一个难题。

这个问题促使人类历史上第一款基因重组的疫苗的诞生。

基因重组技术为疫苗生产提供了无限潜力

80年代，科学家们尝试利用基因重组技术，使得乙肝疫苗中的亚单位——HBsAg可以在其他生物中表达，该技术使得疫苗生产摆脱了需要人类血浆的局限，提供了几乎可以无限生产疫苗的潜力。

也就是说，科学家们用人工合成的HBsAg替代了从感染者血浆中分离到的HBsAg。

目前大多数获批的基因重组的乙型肝炎疫苗都是由226个氨基酸的S基因产物（HBsAg蛋白）组成。

酵母生产的疫苗是使用最广泛的疫苗，它是通过在含有S基因的基因工程酵母细胞（酿酒酵母或者是汉逊酵母）中表达HBsAg蛋白而制成的。表达质粒在酵母细胞中仅产生HBsAg蛋白，而不会含有真正的病毒。

基因重组乙肝疫苗只包含了S抗原蛋白

这种基因重组乙肝疫苗中表达HBsAg的多肽自动装配成22nm的球形颗粒，类似于在慢性乙肝病毒感染者的血清中通过复杂持续分离到的HBsAg颗粒。这种人造的HBsAg颗粒同样含有对免疫应答起重要作用的抗原决定簇。

世界上使用最广泛的疫苗

基因重组乙肝疫苗获得成功后，科学家们看到了在全世界范围控制乙肝蔓延的希望。

1990年2月举行的国际消灭乙型肝炎前景大会探讨了控制和根除该疾病的可能性。1992年，世界卫生组织（WHO）将基因重组的乙肝疫苗列入了扩展疫苗接种计划，WHO在1997年推荐所有国家将乙肝疫苗纳入国家计划免疫体系。到2004年，已有129个国家实施了此类计划。乙肝疫苗现在是世界上使用最广泛的疫苗之一。

根据WHO发布的《2019年世界卫生统计年鉴》揭示，全球范围内乙肝疫苗的应用显著降低了慢性乙肝的发病率，疫苗前时代5岁以下儿童的乙肝患病率为4.7%，而到2017年这个数字已经降低至0.8%。

对于我国乙肝防控起到了决定性作用

而从中国来看，疫苗也让我国在乙肝控制上取得了显著效果。

世界卫生组织把乙肝病毒感染率超过8%的国家或地区定义为高流行地区，把感染率小于2%的国家或地区定义为低流行地区，感染率在2%～8%的国家或地区定义为中流行地区。

自1992年我国卫生部将乙肝疫苗纳入计划免疫管理后，我国一般人群乙肝表面抗原阳性率由1992年9.75%降至2006年7.18%，再降至2020年5%左右。我国由乙肝高流行区降至中流行区水平。

我国乙肝病毒携带者人数由1992年1.2亿降至2006年9300万，2020年降至7000万例，乙肝流行率连年下降。

而乙肝疫苗作出的贡献，在儿童预防这个源头上的显得更加突出。事实上， 在2006年，我国5岁以下儿童乙肝病毒携带率就已经达到0.96%，低于1%，到了2014年，这个数据已经降到0.32%，实现了世界卫生组织西太区乙肝控制的目标。

2014年，世界卫生组织给中国颁奖，以奖励中国在乙肝疫苗的推广和控制乙肝病毒传播方面作出的努力。国外有专家认为：“这个成果是21世纪全球公共卫生最伟大的成就之一。”

目前，在我国的计划免疫程序中，乙肝疫苗和卡介苗一起是每一个健康出生的婴儿最先需要接种的疫苗。

现有的疫苗不算完美，但已经足够好

重组乙肝疫苗当然也并非十全十美，要从苛刻的眼光来评判，也有其缺点。其中最为突出的一点是免疫原性还不够强，表现在有一小部分接种的人在接种后不能够产生保护性抗体，需要重新接种。

对此科学家们也已经研发出了含有前S区基因的重组疫苗，事实证明能够产生更好的保护力，但是由于制造成本要明显高于现有的疫苗，因此应用并不广泛。世界卫生组织和各国卫生部门也认为现有的重组乙肝疫苗已经足够好，目前并没有计划用新的疫苗来完全替代。

重组亚单位新冠疫苗值得期待

关于乙肝疫苗的故事我们就说到这儿，可以看到，作为重组亚单位疫苗的代表，重组乙肝疫苗具有产量高、安全性高、易于存储和运输等优势，并且取得了巨大的成功。

而采用同样技术路线开发的新冠病毒的重组亚单位疫苗也应该会具有类似的优点。

当然，大家会问为什么重组亚单位新冠疫苗需要打3针，并且第一针和第三针要间隔6个月的时间呢？这可以说也是该类疫苗的惯例了，我们的乙肝疫苗目前的接种程序，也同样需要接种三针（0-1-6月）。

并且临床研究的数据也表明，重组亚单位新冠疫苗在接种2剂次后，76%可产生中和抗体；接种3剂次后，97%可以产生中和抗体，抗体水平较高，能够达到康复患者的血清抗体量2倍。

由此可见，重组亚单位新冠疫苗在临床研究中显示出了不错的潜力。而在更大范围人群的接种中，能否在众多的新冠疫苗技术路线中脱颖而出，同样值得期待。

接种新冠疫苗，时不我待

当然，就像我们前文中所说，每种技术路线开发的疫苗都有其优缺点。在目前阶段，大家不需要等待最完美的疫苗再进行接种。从乙肝疫苗的进化史中我们可以发现，疫苗的研制也是不断进化和完善的，更为完美的疫苗或许永远是下一款，而现实情况容不得我们再等下去。

现有获批的新冠疫苗，研究表明都是安全和有效的，接种都能产生不错的保护效果。只有大家都接种了疫苗，才可能尽早建立起群体免疫，在世界范围内终止这次史无前例的新冠肺炎大流行。

参考文献

Blumberg B. (2010) Hepatitis B In:Artenstein A(ed) Vaccines: A Biography. Springer, New York

Damme P. et al（2018）Hepatitis B Vaccines In:Plotkin’s Vaccines (7th ed) Elsevier， PA. USA

Hilleman M. (2011) Three Decades of Hepatitis Vaccinology in Historic Perspective. A Paradigm of Successful Pursuits In:Plotkin S.(ed)History of Vaccine Development. Springer , New York