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脊髓灰质炎疫苗的研制与发展趋势

时间:2015-07-22 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:5906字
摘要

  脊髓灰质炎(简称“脊灰”)是由 1、2、3 型脊髓灰质炎病毒感染引起的急性传染病,好发于婴幼儿,具有一定的致死率和肢体麻痹后遗症,被医学界称为“威胁儿童生命和健康的最大杀手”.脊灰病毒通过污染的食物和水传播,并在肠道中增殖,最终侵袭神经系统,导致出现发热、头痛和肢体疼痛,部分患者可发生弛缓性麻痹,常伴随终身。许多感染者并无症状表现,但可在粪便中排出病毒,从而感染他人。脊灰仅能通过接种疫苗进行预防。

  1 脊髓灰质炎疫苗的研制及其使用

    古代埃及石碑(公元前 1403 - 1365 年)上最早描画了一个握有手杖的脊髓灰质炎式脚残牧师的画像。1789 年,英国内科医生 Michael Underwood 首次描述该病的临床特征;1840 年 Jakob Heine 发现其致病条件。此后,该病在 20 世纪里频繁爆发,1952年是有史以来疫情最严重的一年,仅美国报告的病例就为 57 628 例。我国于 1953 年将脊灰列入法定报告传染病,随后疫情报告日趋增多,全国每年发生病例报告数为10 000 ~43 000 例,年发病率为6. 21/10 万,导致了大多数发病儿童的终身瘫痪。

  1955 年,美国科学家 Jonas Salk 研制出的第一个脊灰灭活疫苗(IPV)。但因各种原因,IPV 在数年后终止了使用,直至 20 世纪 90 年代又再次进入应用。1963 年,美国另一位科学家 Albert Sabin 研制出三价口服脊灰减毒灭活疫苗(tOPV)。1965 年,我国中国医学科学院顾方舟教授等带领的攻关小组,成功首创 tOPV 糖丸剂型并在全国广大农村地区逐步推广使用。

  tOPV 在全球范围内的推广使用,使脊灰的发病率在短短几年内呈现显着下降趋势。美国 1953 年到 1957 年间的报告病例数由 35 000 例降到 5 300例。自 1988 年世界卫生大会提出全球实现消灭脊灰目标以来,全球的脊灰发病率自当时的约 35 万例/年下降到 2014 年年底的 413 例/年[1].全球最后 1 例由 2 型和 3 型脊灰野病毒感染的病例分别于1999 年和 2012 年在印度和尼日利亚被消灭[2].世界卫生组织(World Health Organization,WHO)194个会员国中的 4 个区域实现了无脊灰目标。2013年,全球仍有 3 个国家存在脊灰野病毒感染的暴发和流行,但自 2014 年 10 月起,已没有脊灰病毒感染引起的病例报道。tOPV 糖丸的持续使用,使我国1988 年的发病率降到历史最低水平,约为 0. 062 /10万;自 1995 年起即无本土野病毒感染引起的病例报告;2000 年 10 月,成功实现无脊髓灰质炎目标。

  2011 年 10 月,我国新疆发生由巴基斯坦输入的脊灰野病毒感染流行,经过较大范围和局部地区的tOPV 强化免疫或“扫荡式”免疫,对重点人群进行查漏补种,及时控制了疫情的发展。2012 年 10 月,在新疆输入性疫情最后一例报告病例后整 1 年,WHO 再次宣布我国恢复无脊灰状态。

  2 tOPV 使用带来的潜在问题

  上述脊灰防控工作所取得的成效,很大程度上归因于疫苗的使用。防治脊髓灰质炎的实践证明,tOPV 是预防野病毒感染最有效的手段,其免疫后能诱导较强的肠道黏膜免疫抵御野病毒侵袭,从而减少野病毒排出量,达到降低野病毒传播的目的,尤其适合在大规模接种活动中使用。此外,tOPV 为口服疫苗,接种方便,即使未经过专业培训的志愿者也能接种,而且生产成本低廉,成为大多数发展中国家在消灭野病毒感染病例前的首选。目前全球有 124 个国家全部使用 tOPV,20 个国家使用 IPV/tOPV 序贯免疫。然而,由于 tOPV 采用毒力减弱的脊灰病毒株(Sabin 株)生产,在罕见情况下,其中含有的活病毒可能因自然神经毒力回升而导致疫苗相关麻痹病例(vaccine-associated paralytic poliomyelitis,VAPP)的发生[3].据国外文献报道,全球每年发生的VAPP 约有 500 例[4].在 tOPV 使用国家,VAPP 的年发生率为 4. 7 例/100 万出生队列,大多发生于首剂服用疫苗后。Nakwane 等[5]研究表明,服用第 1剂疫苗后 VAPP 发生率为 1/52 万。Andrus 等[6]在拉丁美洲的研究表明,服用第 1 剂疫苗后 VAPP 发生率为 1/120 万。国内相关文献数据显示,我国每年 VAPP 的发生率为 0. 27/100 万 ~2. 74/100 万,平均每年报道的 VAPP 病例数约为 76 ~161 例[7].首剂服用疫苗者 VAPP 发 生 率 为 0. 98/100 万 ~17. 89 /100 万。根据我国 AEFI 监测信息管理系统统计,全国 89%的 VAPP 病例发生在首剂服用 tOPV疫苗之后。此外,tOPV 服用后排出的病毒在自然界长期衍生循环,可能导致其毒力返祖或变异而重新恢复类似野病毒感染的传播致病能力,在极其罕见的情况下再次感染人群,出现疫苗衍生病毒(vac-cine-derived polioviruses,VDPVs) 感染脊灰的暴发流行[8].自 2009 年以来,全球 97% 以上的疫苗循环衍生病毒(circulating vaccine-derived polioviruses,cVDPVs)流行病例均由 tOPV 疫苗中的 2 型 Sabin病毒衍生流行感染所致[9].2012 年,全球由 tOPV疫苗中的 Sabin 病毒感染引起的麻痹性脊灰病例数首次超过野病毒感染引起的病例数[2].据报道,我国自 2001 年至今分离到的 VDPV 病例数约为 37例,多发生于免疫覆盖率低的人群,平均每年的发生率为 2 ~3 例[10].尽管 tOPV 在全球消灭脊灰的进程中发挥了重要作用,但其使用带来的潜在 VAPP和 VDPV 病例也是全球在彻底根除脊灰最后阶段所必须解决的根本问题。只要脊灰病毒的衍生循环在自然界存在,任何一个国家都将面临因此类病毒感染而可能导致的麻痹性病例出现的风险[11].

  3 2013 -2018 年全球消灭脊髓灰质炎终结战略计划

    2013 年 5 月,第 66 届世界卫生大会通过了《2013 -2018 年全球消灭脊髓灰质炎终结战略计划》(以下简称战略计划)的决议,提出在全球确认完全消灭 2 型、3 型脊灰病毒感染病例后将最早于2016 年全面停止使用 tOPV,逐步撤出 OPV2 型,转向使用 OPV 2 + 3 型(Bivalent Oral Poliovirus Vac-cine,bOPV),以减少 OPV2 对 OPV1 和 OPV3 免疫力产生的干扰,降低 cVDPV 从尚在使用 tOPV 国家产生和输入的风险。同时,为了应对因 OPV2 型撤出后未免疫人群的 2 型免疫力下降而可能导致重新出现的脊灰病例,要求所有目前使用 OPV 的 126 个国家,于 2015 年 10 月在常规免疫程序中引入至少1 剂 IPV,一定程度上增强 2 型免疫空白,而且,可以减少 VAPP 的发生率。这是全球公共卫生事业发展史上所面临的一个巨大挑战。

  4 IPV /tOPV 序贯免疫策略

  IPV 免疫人群后,病毒并不在肠道进行复制,因而诱导产生较低的肠道免疫反应。在减少粪 - 口传播感染中的作用不及 tOPV,但却可增强接触过野病毒或疫苗毒株人群的肠道免疫力[12],而且限制口腔黏膜的排毒,从而降低口腔传播的风险[13].Faden 等[14]的研究表明,就使用 1 剂 IPV +1 剂tOPV 的序贯免疫和单独 1 剂的 tOPV 免疫来说,前者所诱导产生的免疫保护力更高,更有利于控制脊灰在免疫人群中的重新暴发。

  部分研究表明 2 月龄以上婴幼儿接种 1 剂 IPV后,因母传抗体干扰的降低,其诱导产生的免疫保护力达到最高[15].一项在古巴进行的研究表明,4 月龄婴儿接种单独 1 剂 IPV 可分别在 92. 3%,96. 8%和 91. 1%的受试人群中诱导产生针对脊灰病毒 1型、2 型、3 型的免疫应答,足以保护 90% 以上的人群抵御脊灰病毒的侵袭[16].

  匈牙利曾有很高的 VAPP 发生率[17 -18],3 月龄婴儿接种 1 剂 IPV + tOPV 的序贯免疫策略的实施,有效地降低了 VAPP 发生率[19].据推测,这是由于1 剂 IPV 免疫能够诱导产生足够的体液免疫应答,预防 tOPV 疫苗中毒力回升毒株感染引起的麻痹病例,并在接种 tOPV 后血清阴性人群中迅速诱导免疫反应,从而避免 VAPP 的发生。

  5 国内外 Sabin 株脊髓灰质炎灭活疫苗( Sabin in-activated poliovirus vaccine,sIPV)的研发

    目前全球 IPV 的生产技术均掌握在发达国家手中,仅有 2 个厂家生产和供应 IPV,实施垄断销售。其采用传统脊灰野毒株(Salk 株)制备,生产过程中的生物安全级别要求较高,因而价格昂贵,在我国仅作为二类疫苗上市销售。由于我国现实条件下开发传统 Salk 株脊髓灰质炎灭活疫苗(conventional inac-tivated poliovirus vaccine,cIPV) 面临与大规模生产相关的生物安全问题,解决这一问题将导致疫苗生产成本的大幅上升,因而难以实现疫苗的大规模使用和全面覆盖免疫人群的目标。为此,依据 WHO的建议,开发使用脊灰减毒疫苗株(Sabin 株)制备的 sIPV 并在发展中国家推广使用,对于维持无脊灰状态并实现全球最终根除脊灰目标具有重要的意义。

  目前国内外正在进行 sIPV 疫苗研发的有:荷兰Intravacc 公司、日本 Biken 公司、印度 Biological E、印尼 PT Bio Farma 公司,以及北京天坛生物制品股份有限公司、北京科兴生物制品有限公司、北京民海生物科技有限公司等,基本处于临床前研究阶段。荷兰 Intravacc 公司在初步完成 I 期临床研究基础上[20],将生产技术转让给发展中国家的脊灰疫苗生产厂家。由中国医学科学院医学生物学研究所自主研发的 sIPV 已于 2015 年 1 月获得新药证书和药品批准文号,正式进入产业化生产。

  6 国产 sIPV 疫苗

  6. 1 生产工艺及质量检测方法建立

  中国医学科学院医学生物学研究所于 20 世纪80 年代开始 sIPV 的研究。2003 年建立了适应微载体培养的三级 Vero 细胞库和脊灰减毒株毒种库,经中国食品药品检定研究院检定合格,批准用于疫苗生产。随后又逐步建立 Vero 细胞逐级放大技术和病毒大规模培养技术,培养规模达到 350 升;以及病毒悬液澄清、超滤浓缩和层析纯化技术等后处理工艺,以进一步去除 DNA 残留和 Vero 细胞蛋白,提高疫苗纯度。根据这些研究结果制定了 sIPV 疫苗制造和检定规程企业注册标准。在符合 GMP 要求的厂房中制备连续三批的高、中、低剂量 sIPV 疫苗,经过自检,各项指标达到了企业注册标准要求。稳定性试验结果表明疫苗在一定条件下放置 36 个月,其外观、效价、pH、鉴别试验等各项指标仍能达到企业注册标准要求。这些疫苗样品通过中检院的检定后,被国家食品药品监督管理总局批准用于临床研究。同时,开展 sIPV 疫苗质量相关技术研究。针对sIPV 疫苗关键效力指标-D 抗原检测,采用 ELISA 法对制备的 sIPV D 抗原进行定量研究,经过大量试验摸索,建立准确、灵敏、稳定和快捷的检测方法。

  6. 2 临床研究

  6. 2. 1 Ⅰ期临床研究 2008 年 8 月至 2009 年 2月,广西壮族自治区贺州市对 130 名 2 月龄以上研究对象,按照成人→儿童→婴儿的方式进行Ⅰ期临床研究以评价试验疫苗的安全性。对 20 名成人和20 名儿童进行中剂量和高剂量开放试验、对 90 名婴儿进行随机双盲(以 1∶ 1设不含抗原的疫苗成分安慰剂对照)的低、中、高剂量组研究观察。结果显示,成人和儿童中、高剂量组均未收集到与疫苗接种相关的重度和严重事件。不良反应症状以发热为主,不良事件发生率与疫苗剂量相关,未征集到与疫苗接种相关的严重不良反应。对婴儿组全程免疫后血清抗体检测结果初步显示试验疫苗具有良好免疫原性。

  6. 2. 2 Ⅱ期临床研究 Ⅱ期临床研究于 2009 年 6月 -2010 年 2 月在广西壮族自治区平乐县开展。采用开放、随机、阳性对照、盲态观察设计,对 500 名2、3、4 月龄的健康婴儿进试验疫苗低、中、高剂量组,tOPV 对照和 cIPV 对照组的安全性和免疫原性观察。结果显示 sIPV 高剂量和中剂量组 1、2、3 型抗体阳转率均在90%以上,抗体阳转率不低于 tOPV和 cIPV 对照疫苗。各剂量组抗脊髓灰质炎病毒中和抗体水平呈现明显剂量梯度,3 个剂量组 1 型抗体均显着高于 cIPV 对照组,与 tOPV 组相似;2 型抗体水平高剂量和中剂量组分别与 tOPV 和 cIPV 对照接近;3 型抗体则高剂量与 cIPV 对照组接近、中剂量组与 tOPV 对照接近。低剂量组 2、3 型抗体平均滴度均低于对照组。安全性观察结果未观察到与疫苗接种相关的严重不良反应。这些结果进一步证明该疫苗具有良好的安全性和免疫原性。

  6. 2. 3 Ⅲ期临床研究 Ⅲ期临床研究于 2012 年1 ~ 10 月在广西壮族自治区平乐县和宾阳县进行。试验采用随机、盲法、同类疫苗对照设计,对 sIPV 疫苗进行免疫原性和安全性评价。试验共入组 2 月龄健康婴儿 1 200 名,首剂接种 1 200 人,全部进行安全性访视。结果显示,sIPV 疫苗试验组和 cIPV 对照组全程免疫后抗脊髓灰质炎病毒 1、2、3 型中和抗体阳转率优效于对照组;试验组免前抗体滴度≥1∶ 8的受试者全程免疫后脊髓灰质炎抗体 4 倍增长率高于对照组;试验疫苗 1、2、3 型中和抗体平均几何滴度和抗体增长倍数均以试验组显着高于对照组,率差 95%可信限下限均大于研究假设的 -5. 0%.临床试验中未观察到与疫苗接种相关的 4 级不良事件,试验组和对照组 3 级及以上不良反应率无显着差异。充分证明疫苗具有良好的安全性和免疫原性。

  6. 2. 4 毒株交叉中和试验 在美国疾病预防控制。中心和中国疾病预防控制中心采用 sIPVⅡ期临床试验的部分血清,分别对 cIPV 疫苗生产毒株及 1 型流行野毒株、2 型 tOPV 疫苗衍生株及 3 型 Sabin 原始野毒株共 18 个毒株,以及 2011 年分离的新疆流行株进行抗体交叉中和试验。检测样本均产生交叉中和反应,抗体滴度达到保护性水平,能够预防脊髓灰质炎病毒感染。

  7 国际廉价 IPV 疫苗的研发进展

  鉴于上述现有 IPV 疫苗生产厂家数量和产能的有限以及生产技术的垄断,IPV 疫苗的供应量和价格可能会成为在全球实施的战略计划的主要障碍。2012 年联合国儿童基金会的采购价格为每剂 2. 5美元,远远高于其对低收入国家的采购价每剂 0. 15美元。而且,其每剂的抗原含量高,也使其生产供应量受限。为此,WHO 采取很多措施,在全世界范围内开展大量研究,旨在使 IPV 成为发展中国家人群能够使用的廉价疫苗。这些研究包括采用 IPV +tOPV 的序贯免疫策略以减少 IPV 使用剂次;研发无针式注射的皮下免疫疫苗配方、研发添加佐剂的疫苗配方以减少抗原含量;通过增加细胞密度、优化后处理工艺及使用无动物源性的培养基等进一步优化生产工艺。目前已取得不同程度的进展,但这些新产品的开发尚处于临床前研究阶段,短期内很难获批上市。

  我们有理由相信,国产 IPV 的获批上市,将成为全球彻底根除脊灰的有力武器,在全球最终实现脊灰成为继天花之后第 2 个被消灭的传染病目标中具有重要的公共卫生意义。

  [ 参 考 文 献 ]

  [1]Global Polio Eradication Initiative. Polio this week:as of 11 March2014[EB/OL]. World Health Organization,[2014 -03 -14].

  [2] Global Polio Eradication Initiative. Polio this week. Wild polio-virus list [EB / OL]. World Health Organization,[2014 - 03 -14].

  [3] AYLWARD RB,COCHI SL. Framework for evaluating the risksof paralytic poliomyelitis after global interruption of wild poliovir-us transmission[J]. Bull World Health Organ,2004,82(1):40 - 46.

  [4] PLATT LR,ESTIVARIZ CF,SUTTER RW. Vaccine-associatedparalytic poliomyelitis: a review of the epidemiology and estima-tion of the global burden[J]. J Infect Dis,2014,210 (Suppl1): S380 -389.

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