王新宇

1917年第一次世界大戰(zhàn)如火如荼，然而那年冬天卻是美國東部有史以來最寒冷的一個冬季。美國剛對德宣戰(zhàn)不久，新兵營里塞滿了剛招募的士兵，還有幾十萬人住在帳篷里。

在那個難熬的寒冬里，麻疹很快在這些過度擁擠的新兵營房里流行起來。麻疹通常只發(fā)生在兒童身上，癥狀大多數(shù)只是發(fā)熱、出皮疹、咳嗽、流鼻涕以及身體不適。但就像其他兒童傳染病一樣，尤其是病毒性疾病，當成年人感染時，重癥病例的比例會比兒童高得多。

當時，研究人員尚未研制出預防麻疹的疫苗，也沒有治療用的免疫血清，因此對于突然暴發(fā)的麻疹感到束手無策。然而，導致大部分患者的主要死因是繼發(fā)細菌感染，麻疹病毒削弱了人體自身的免疫防御能力，細菌乘虛而入引發(fā)繼發(fā)感染。

當時，所有麻疹并發(fā)癥中最為致命的當數(shù)肺炎。從1917年9月到1918年3月流感暴發(fā)前的半年間，一共有30784名美國士兵患肺炎而病倒，其中5741人死亡，幾乎所有肺炎都是由麻疹引起的。

此后，1918年大流感暴發(fā)，更是使得全世界數(shù)千萬人死于流感及其誘發(fā)的細菌性肺炎。

肺炎是指肺組織中實質(zhì)的炎癥，絕大多數(shù)肺炎幾乎都是由感染引起：隨著某種微生物侵入肺部，機體會啟動抗感染機制，結(jié)果由各種細胞、酶、細胞殘骸、體液以及瘢痕組織組成的炎癥混合物逐漸增厚并導致肺部發(fā)生實變。原本柔軟、多孔且富彈性的肺變得堅硬、緊密、失去彈性。

一旦肺部出現(xiàn)大面積實變，就不再能把氧氣輸送入血流，病人就會死亡。即使肺炎的病原體只是侵犯了部分肺部，沒有影響氧氣的交換，但還有一種情況是原本在肺部的細菌通過了肺血管壁進入血流中后就會隨血流感染全身，同樣造成死亡。

1936年前，肺炎一直是美國最主要的致死病因，并且肺炎一直和流感緊密相連，就連世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計時，也習慣性地將兩者合并為同一種死亡原因，因為很多場合下，醫(yī)生很難分辨患者是直接死于流感，還是死于流感繼發(fā)的肺炎。

即便到了21世紀，我們已經(jīng)擁有了抗生素、抗病毒藥物、吸氧以及重癥監(jiān)護病房的情況下，流感和肺炎仍列美國第五或第六大死因——每年都在這兩個位置上變動，這取決于當年流感多發(fā)季節(jié)流行情況的嚴重程度。在所有傳染病導致的死亡中，它們也是數(shù)一數(shù)二的主要原因。

流感要么通過大量病毒侵染肺部直接引起肺炎，要么間接引發(fā)肺炎。后者更為常見，通過破壞機體某些部分的防御機制，使得細菌等所謂的繼發(fā)性感染原在已毫無招架之力的肺上滋生。亦有證據(jù)表明，流感病毒不僅能掃除機體的防御機制，而且特別能增強某些細菌對肺組織的黏附能力，從而令肺部更容易受到細菌侵染。

盡管有很多種細菌、病毒及真菌可以侵犯肺部，但導致肺炎最常見的病因還是肺炎球菌，它既可以是原發(fā)性的也可以是繼發(fā)性的感染原。

1881年，斯滕伯格在軍隊駐地一個臨時實驗室里工作，他從自己的唾液里首次分離出了這種細菌，并接種到兔子身上，發(fā)現(xiàn)這種細菌是致命的。三年后，有研究人員證明了這種細菌會在肺中飛快地克隆繁殖并導致肺炎，肺炎球菌因此得名。

在顯微鏡下，肺炎球菌看起來是一種中等大小的橢圓或圓形的細菌，通常好幾個連在一起，就像一條鏈子。不過，一般每個肺炎球菌只和另一個連在一起，像并排的兩顆珍珠，所以以前也被稱為肺炎雙球菌。

如果暴露于陽光下，肺炎球菌90分鐘之內(nèi)就會死掉；但如果在陰暗的房間內(nèi)，它可以在潮濕的痰液中存活10天左右。人們偶爾也能在灰塵顆粒上發(fā)現(xiàn)它的蹤跡。高致病菌株的肺炎球菌感染力很強，它自己就能導致流行病的發(fā)生。

早在1891年，動物實驗表明，滅活的肺炎鏈球菌可引發(fā)保護性免疫力，以抵抗強毒細菌的隨后攻擊。

肺炎球菌疫苗的首次臨床試驗于1911年在南非的金礦和鉆石礦的本地工人中進行，該人群是大葉性肺炎高發(fā)的目標人群。在這些早期試驗中，尚不清楚多種肺炎球菌血清型的存在和重要性。

1912年，洛克菲勒研究所的科學家們一共鑒別出了三種常見的完全獨立的肺炎球菌菌株，可簡單地稱之為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其他不常見的肺炎球菌統(tǒng)統(tǒng)歸為Ⅳ型。當他們用制備出來的血清處理不同肺炎球菌菌種時發(fā)現(xiàn)，血清中的抗體只和與自己相匹配的菌種結(jié)合，與其他則不發(fā)生作用。這種結(jié)合不需要用顯微鏡觀察，在試管中就能夠看到：細菌與抗體形成了凝塊。這個過程被稱為“凝集”，是一種特異性檢驗。肺炎球菌抗原異質(zhì)性的認識隨著1913年發(fā)表的文章而大大提高，這些文章清楚地表明，針對肺炎球菌感染的保護性免疫是血清型特異性的。

1918年至1919年的流感大流行，再加上第一次世界大戰(zhàn)，造成了導致肺炎球菌性肺炎發(fā)病率大幅上升的局面。由于旅行和擁擠的生活條件，新兵組成了一個特殊的高危人群，既造成感染的流行，又成為肺炎球菌疫苗測試的理想人群。

當時，試驗結(jié)果被認為是非常令人鼓舞的。大葉性肺炎的病例數(shù)甚至減少了30％，這是令人歡迎的，因為沒有其他預防措施。因此，全細胞疫苗于1918年和1919年在美國軍隊中得到廣泛使用，并從1918年開始在南非的礦山中常規(guī)使用。

然而，滅活疫苗誘導的免疫力的持續(xù)時間成為致命傷。在一些早期試驗中，該疫苗的保護作用似乎非常短暫，只有2至3個月。這一問題當時尚未得到關注，事后看來，人們只能猜測可能的機制，例如，疫苗誘導的免疫力降低了疫苗血清型的傳播后，引起了其他血清型變成流行的優(yōu)勢株，從而降低了保護效果。

肺炎球菌最令人迷惑不解的是，同樣是肺炎球菌，有的細菌是毒力強并且致命，部分則不是。在所有肺炎中，由I型肺炎球菌造成的肺炎最為常見。如果能將這種最常見肺炎的病死率降低一半以上就是一個長足的進步。

洛克菲勒研究所的埃弗里和多茲注意到，一些肺炎球菌外面包裹著一層多糖外殼，就像M & M糖果柔軟的糖心外面硬硬的外殼。在試圖解開這個謎團時，埃弗里開始稱肺炎球菌這種致命的細菌為“糖衣微生物”。他們的研究提供了令人信服的證據(jù)，證明莢膜多糖既是必不可少的毒力因子，也是肺炎球菌的保護性抗原。這些觀察結(jié)果表明，莢膜多糖可以用作疫苗。

用純化的莢膜多糖進行成功的免疫開辟了開發(fā)第二代肺炎球菌疫苗的可能性。多糖疫苗的明顯優(yōu)勢包括更好的耐受性，可以將更多的血清型組合到真正的多價疫苗中。當使用6種不同的莢膜多糖作為混合疫苗時，免疫原性不受損害的證明支持了該想法的可行性。預期疫苗具有嚴格的血清型特異性，因為它僅由決定血清型的多糖組成。施貴寶公司于1946年在美國開發(fā)并銷售了兩種六價疫苗，一種用于成人，另一種用于兒童。

抗生素時代來臨，疫苗會退出歷史舞臺嗎？

然而，幾乎在六價多糖肺炎球菌疫苗開發(fā)的同時，青霉素和磺胺等抗菌藥物也出現(xiàn)了。當時其對肺炎球菌感染的發(fā)病率和死亡率的影響，導致了醫(yī)生對于肺炎球菌疫苗態(tài)度的變化。其原因是對于當時的肺炎球菌來說，青霉素就是特效藥，因此原本實驗室對于肺炎球菌的血清學分型檢測變得毫無實際意義，逐漸實驗室放棄了肺炎球菌的血清分型的檢測。

隨后，由于有了抗生素，當時的醫(yī)生認為肺炎球菌感染已經(jīng)被征服，已經(jīng)不需要再繼續(xù)使用疫苗進行預防。由于缺乏使用，1954年兩種原本已經(jīng)獲批的六價肺炎球菌疫苗從市場上撤出。

然而，在1950年代時，用傳統(tǒng)方法對城市醫(yī)院的肺炎球菌感染進行了重新調(diào)查，沒有發(fā)現(xiàn)肺炎球菌感染發(fā)生率下降的跡象，而且在感染過程中早期遭受不可逆轉(zhuǎn)損傷的個體中，多數(shù)是老年人，慢性患者疾病和/或免疫功能低下，抗菌治療幾乎不能夠逆轉(zhuǎn)這些人群的病情。此外，在1960年代出現(xiàn)了對抗菌藥物敏感性降低的肺炎球菌菌株，這表明抗菌藥物的顯著功效可能是短暫的。

原本依靠抗菌藥物就能征服肺炎的幻想破滅了。在缺乏可能改善預后措施的情況下，預防似乎是唯一的選擇。人類不得不又走回了尋找有效疫苗的老路上來。

1967年，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）國家過敏與傳染病研究所疫苗開發(fā)委員會建議聯(lián)邦政府為新型肺炎球菌疫苗的研究與開發(fā)提供資金。1968年至1976年之間，NIH投資了650萬美元用于定義肺炎球菌疾病的流行病學，完善肺炎球菌多糖抗體的血清學檢測方法以及確定候選疫苗成分的安全性，免疫原性和臨床功效。

即便到了21世紀，我們已經(jīng)擁有了抗生素、抗病毒藥物、吸氧以及重癥監(jiān)護病房的情況下，流感和肺炎仍列美國第五或第六大死因。

肺炎球菌疫苗的重新開發(fā)需要了解到底哪些血清型會最常引起感染。通過對3000多個分離株的檢查發(fā)現(xiàn)，一半的感染是由6種類型引起的，四分之三是由12種類型引起的，八分之七是由18種類型引起的。雖然這種等級順序可能會隨著時間推移而變化，但這些類型傾向于作為最常見的感染原因而持續(xù)存在。

默克公司生產(chǎn)的多價疫苗在大約9000名南非金礦工中進行了試驗，在以肺炎球菌為肺炎主因的人群中，接種疫苗后，無論原因如何，通過影像學診斷的肺炎均減少了50％，肺炎球菌疫苗與對照之間的差異P值為0.0001。

基于數(shù)據(jù)記錄接種肺炎球菌多糖疫苗的安全性和臨床試驗的成功，默克公司制備的十四價疫苗于1977年獲得許可，該制劑于1983年擴展到23種抗原（23價）。而這就是目前還在使用的23價肺炎球菌多糖疫苗。1988年3月，世界衛(wèi)生組織歐洲區(qū)域辦事處在丹麥哥本哈根召集了一個技術咨詢小組，建議對所有老年人和不論年齡高危人群都接種肺炎球菌多糖疫苗。

首先，保護時間的期限可能還不夠長，一項大型病例對照研究表明，年齡在55歲以下的接種肺炎球菌多糖疫苗的成年人在接受5年或5年以上保護后有所下降，并且隨著年齡的增長，保護下降得更快。

其次，引入多糖疫苗時，注意力集中在成人的肺炎上，很少考慮幼兒的肺炎球菌感染。據(jù)估計，每年發(fā)展中國家有200萬名5歲以下的兒童死于急性呼吸道感染，主要是肺炎，而肺炎球菌是其主要病因。在工業(yè)化國家，肺炎的危險性較小，而中耳炎是2歲以下兒童中最常見的肺炎球菌感染。約三分之一的中耳炎病例是由肺炎球菌引起的。

多糖疫苗對于嬰兒的免疫原性很差，對攜帶者的狀態(tài)或中耳炎的影響幾乎低到可以忽略不計。正因為此，人類需要開發(fā)出更高效的肺炎球菌疫苗。

正是由于卡爾·蘭德斯坦納（Karl Landsteiner），人類才意識到非免疫原性配體（半抗原）（包括糖類）的免疫學特性可以通過與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合來改善。

他在1920年代的開創(chuàng)性研究影響了他在紐約洛克菲勒學院的同事沃爾特·戈貝爾和埃弗里，他們尋求證據(jù)證明肺炎球菌的3型莢膜多糖血清抗體對該病原體具有保護作用。這些研究表明，與蛋白質(zhì)結(jié)合的合成二糖（半抗原）纖維二糖醛酸可以引發(fā)與3型莢膜多糖反應的抗體，并為受此病原體攻擊的小鼠提供保護。

然而，結(jié)合疫苗的研發(fā)卻是難度極高的一件事。直到1992年，多糖蛋白結(jié)合的技術得以突破，通過這種技術可以將莢膜多糖轉(zhuǎn)變成T細胞依賴型抗原，并在2歲以下兒童中產(chǎn)生免疫記憶。這讓預防2歲以下兒童肺炎球菌性疾病看到了希望。

科學家們經(jīng)過艱苦攻關，最終研發(fā)出的7價肺炎球菌多糖結(jié)合疫苗于2000年獲得FDA的批準上市，成為全球第一個經(jīng)過臨床試驗驗證具有可靠疫苗效力的肺炎球菌多糖結(jié)合疫苗，適用對象主要為2歲以下嬰幼兒。

從1929年埃弗里和戈貝爾證明莢膜多糖與蛋白質(zhì)結(jié)合時具有免疫原性，到2000年引入肺炎球菌多糖蛋白結(jié)合疫苗來預防嬰兒的肺炎球菌疾病，歷史整整過去了70年。

2010年，在七價結(jié)合疫苗的基礎上新增了6種高致病血清型的十三價肺炎球菌多糖結(jié)合疫苗在美國獲批上市。其在美國上市并被用于兒童接種后，5歲以下兒童侵襲性肺炎球菌疾病總發(fā)病率下降64%，肺炎球菌性菌血癥發(fā)病率下降95.3%。

十三13價肺炎球菌多糖結(jié)合疫苗已在全球165個國家和地區(qū)被廣泛使用，已被125個國家和地區(qū)納入免疫計劃（NIP）。WHO已將肺炎球菌性疾病列為需要“極高度優(yōu)先”使用疫苗預防的疾病，并建議在全球兒科免疫計劃中納入肺炎球菌結(jié)合疫苗。

從開發(fā)未獲得許可的滅活全細胞肺炎球菌疫苗開始，第一批肺炎球菌疫苗旨在解決成人疾病的負擔。隨后開發(fā)了一種十四價多糖疫苗，該疫苗已根據(jù)免疫原性獲得許可，后來又擴大為包括23種血清型。多糖疫苗可以有效預防相應血清型肺炎球菌造成的成人肺炎。但是，多糖疫苗中單獨的多糖抗原只能刺激T細胞獨立的免疫反應，而這種免疫反應在幼兒中很弱，并且基本上不能防止定殖。因此，盡管這種許可的肺炎球菌多糖疫苗雖然廣泛用于老年人，但并未被認為是減輕小兒肺炎球菌疾病負擔的有效工具。

繼成功的b型流感嗜血桿菌多糖蛋白結(jié)合疫苗之后，對肺炎球菌疫苗尋求相同的配制方法。這樣共價蛋白結(jié)合的技術大大增加了疫苗的抗原性，即使在嬰兒早期，記憶性B細胞誘導和增強的抗體類別（同種型）轉(zhuǎn)換中，也能夠誘導以高親和力的強類型特異性抗體為特征的T細胞依賴性應答的疫苗抗原。以這種方式，克服了以前的純多糖疫苗在很小的嬰兒中有效使用的障礙，并因此在疾病風險最高的年齡對肺炎球菌疾病提供了保護。

肺炎球菌仍然是全球發(fā)病率和死亡率的重要原因。有效的肺炎球菌結(jié)合疫苗的出現(xiàn)為抵抗這種疾病提供了極為重要的武器，現(xiàn)已在全球160多個國家/地區(qū)引入肺炎球菌的結(jié)合疫苗。結(jié)合疫苗的成功開發(fā)有賴于對肺炎球菌免疫學的深入了解，以及結(jié)合技術，制造和通用免疫程序的實施方面的顯著進步?？茖W家們還在繼續(xù)努力改進現(xiàn)有疫苗，并嘗試開發(fā)更廣泛的疫苗。有關疾病的發(fā)病機理以及產(chǎn)生持久免疫力機制的研究一定會在將來對生物體提供更廣泛的防御保護打下扎實的基礎。

◎ 來源| 澎湃新聞? 華山醫(yī)院感染科