這一款減活疫苗為何對付病毒突變這么靈？

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　　印度告急！

　　印度疫情的飆升，已經不僅僅是氧氣不夠用，醫療系統被擊穿的問題了，而是火葬場被擊穿的問題。下圖是印度為了處理每天大量增加的新冠死者的遺體，而不得不把火葬場開在露天的慘烈場景。

　　印度的疫情爆炸，除了穆迪政府過早宣布抗疫勝利，在疫情尚處平臺期就盲目開放，大搞宗教和政治集會以外，還有一個讓全世界的人都擔心的潛在因素：病毒的突變。

　　目前在印度飄蕩的有兩種號稱叫“雙重突變”和“三突變”的毒株，B.1.617和B.1.618，人們對其傳播力，毒性和對當前疫苗的抗性眾說紛紜。鑒于CDC對這些突變毒株的擔憂，拜登政府不得不宣布對印度實行入境的限制。

　　目前已經有零星的證據表明病毒突變可能導致對抗體的抗性提高，導致疫苗保護力的下降。比如我們曾經報道過葛蘭素史克疫苗組的一個研究：新冠病毒在低濃度抗血清下傳14代后可獲得完全擺脫抗體抑制的組合突變。

　　我們把現有的疫苗對病毒突變體抑制率的數據大概總結如下【1】：

• 　　牛津/阿斯利康腺病毒疫苗，針對英國突變株B1.1.7有75%的一個不錯的保護率，但是針對南非變種B.1.351下降到了10%，逼得南非不得不一度取消了對該疫苗的訂單；

• 　　Novavax的蛋白亞基疫苗，針對英國B1.1.7保護率為86%，而對南非變種是50%；

• 　　強生疫苗對以上兩種毒株的保護率類似，分別為64%， 66%；

• 　　輝瑞疫苗在以色列的一個小型研究中，對南非變種的保護率較其他毒株為低，盡管輝瑞的CEO對他家產品的廣譜抗毒性還是有很強的信心【2】

• 　　科興滅活疫苗在以P.1為主的巴西臨床試驗中，報出的保護率為50%左右。

　　現在人們害怕的就是新冠會不會象流感病毒一樣，其主要的抗原簇經常地變異漂移，造成疫苗設計年年換，大家每年都得打。

　　但是有一種病毒，其突變率高得和流感病毒類似【3】，但是其疫苗卻在世界廣泛應用長達半個世紀之后效力不減，而且是接種之后終身免疫。這就是麻疹疫苗。研究麻疹疫苗也許對今后研發廣譜的新冠疫苗有啟示性意義。

　　有小孩的讀者大概都熟悉小兒一歲多接種的一種叫MMR的組合疫苗，它主要有三種成分，分別針對麻疹 Measles, 腮腺炎 mumps和風疹 Rubella。這其中的麻疹，是一種和新冠還有點象的病毒，它們都是單鏈RNA病毒，都是通過呼吸空氣傳播的高致病性病原，而且都有無癥狀感染下的傳播現象。

　　在多年前，麻疹被認為是小孩成長過程中一種必經的磨練，俗稱“出疹子”。這是因為在發達國家，麻疹的重癥和死亡率比較低，在美國60年代麻疹造成的兒童的死亡數為每年幾百人。但是在不發達國家就是一個非常嚴重問題了，比如在尼日利亞麻疹的死亡率高達四分之一【4】。但是在如今，由于疫苗的廣泛使用，麻疹幾乎已經絕種了。

　　發明麻疹疫苗的最大功臣是哈佛大學和波士頓兒童醫院的安德斯（John F. Enders）博士，他是1954年的諾貝爾醫學獎得主，其成就是發明了在體外用細胞培養擴增病毒的方法。著名的小兒麻痹病毒疫苗就是用這種方法培養和滅活的，可惜的是，該疫苗的發明人Jonas Salk博士有點不厚道，在名滿天下的同時，忘了把研制小兒麻痹疫苗的軍功章分給安德斯一半。安德斯對此非常憤怒，但是為時有點晚，因為這個傳染病的皇冠已經被Salk給摘走了。

　　左邊是發明小兒麻痹疫苗的Jonas Salk, 右手是現代疫苗之父，麻疹病毒的發現者John Enders，中間是路人甲。

　　他只好退而求其次，把精力集中在危害沒那么大的麻疹上。

　　即使是在當年，從染病組織中分離培養病毒也不是一件容易的事。我們曾經寫過的1918年西班牙大流感的揭秘中，有一位有開拓精神的病理學家在1950年只身前往阿拉斯加的極北之地，在凍土層中挖掘出當年染流感身亡的尸體，試圖復活當年的致命毒株H1N1，最終失敗了，直到在40年之后等來了PCR技術，才一償夙愿。

　　和這位流感獵手同時代的安德斯，他的目標是從鮮活的病理樣本中分離麻疹病毒，雖然難度要小一個數量級，但也絕非手到擒來。經過多次失敗后，安德斯的團隊終于在1954年發現，一個叫David Edmonston的患麻疹的小男孩的病理提取物，能夠顯著地轉化培養皿中腎臟上皮細胞的形態，也就是說，麻疹病毒在活細胞中得到了復制，并最終得到了確認。

　　當然，這一切在現代的科學手段下已經成為常規操作了。2019年12月，最初幾例武漢患者在入院確診僅僅3天之后，他們的肺泡灌洗液的新冠病毒就被復旦大學張永振組測出了全序列并供全世界分享。后來活病毒在人呼吸道上皮細胞中成功地進行了擴增【5】。

　　又經過后續艱苦的擴大培養，動物試驗和臨床試驗，安德斯團隊從小男孩David Edmonston體內分離出來的麻疹毒株，經過后來一系列的傳代，減活和滅活，最后授權給輝瑞和默克生產，終于成為奠定現代絕大部分麻疹疫苗的基礎，一直沿用到今天。而且經過半個世紀的風風雨雨，不管麻疹病毒的自然突變走向何方，這個疫苗的保護率始終保持在90%以上。

　　不久前Moderna的老總對媒體放話說，在完成兩針接種后，在一年內打第三針的可能性很大。這個講話引發了社會的普遍不安，因為疫苗公司的利潤是和接種人口以及頻率直接掛鉤的。人們擔心是，啥時候藥廠的賬目數字不好看了，CEO就一拍腦袋對社會說大伙兒再來一針，那可如何是好？

　　一個合理的奢望就是，如果新冠疫苗也能像麻疹疫苗那樣多好。

　　為了回答這個問題，美國梅奧醫院的團隊最近用麻疹病毒做了一系列試驗【6】【7】。他們發現，麻疹疫苗誘導出來的多種抗體混合物，能夠強烈攻擊病毒的主要抗原蛋白上的多個位點，這些位點中至少要同時突變5個，才能減弱甚至消除抗體對病毒的抑制，示意圖如下：

　　Greaney et al, 2021

　　這個棒槌樣的結構代表病毒的蛋白抗原分子。圖中象Y一樣的形狀代表了抗體分子，這些抗體有不同的顏色，代表了麻疹疫苗誘導出來的多克隆抗體混合物。他們每一個都能高效地結合在毒蛋白身上，使其失活。如果只有一個突變的話（用星號代表），大部分抗體依然能夠有效地制服病毒。

　　下面是實驗數據，Y軸是小鼠和大鼠抗體體外抑制麻疹病毒的活性。X軸上列的是病毒蛋白上的7個主要抗原位點，我們可以看到從左開始數的四個位點中，存在任何一個都能保證抗體對病毒的抑制，只有當突變數達到了5個，抗體抑制能力才在Y軸大幅度下降。

　　Munoz-Alia et al, 2021

　　這個結果意義重大。因為，單靠自然進化，就算是麻疹病毒有比較高的突變率，它要在一個重要病毒蛋白的5個重要位點同時突變的幾率也是微乎其微；即便是真正發生了這樣的情況，這樣的突變毒蛋白之結構功能也必大受影響，很可能在進化中就自我淘汰了。

　　這就是為什么在長達半個世紀的歷史中，麻疹病毒始終沒有進化出對付疫苗的變種來。當然，另一個原因就是，麻疹被人類靠疫苗壓服已經多年，他們雖然沒有完全絕跡，但是傳播復制的機會大大減少，那么突變的絕對機會也就少了。

　　這也是為什么現在要不惜一切代價推廣接種新冠疫苗的原因。

　　和麻疹病毒相反的一個例子就是流感。下面是流感病毒和抗體應答的簡圖：

　　Greaney et al, 2021

　　疫苗誘導的抗體雖然多樣，但是只集中識別單一個抗原位點，一旦該位點變化就會造成整體抗體庫的失效。據認為新冠病毒的抗體識別模式更可能是這樣的，而不是麻疹那個機理。

　　從麻疹和流感/新冠的比較來看，我們應該希望疫苗誘導出來的抗體反應越多樣化越好，因為雞蛋不能都放在一個籃子里。如果這個籃子翻了，那么所有雞蛋全部打碎；唯一的關鍵位點突變了，整體的抗體保護全部下降。

　　目前看來，刺突蛋白相對單一的抗原性是它的生化性質所決定的。那么為了拓寬疫苗誘導抗體的廣譜性，也許不妨把目光投向其他病毒成分，一個可能的候選成分是病毒核酸衣殼蛋白，這個我們在以前寫過。

　　如果這樣說的話，目前大部分疫苗的研發都有一個局限，他們都是完全地針對新冠刺突蛋白而研發的，包括輝瑞，Moderna的RNA疫苗，阿斯利康/強生/康希諾/俄國衛星的腺病毒疫苗，Novavax/ 中國智飛/三葉草的蛋白質亞基疫苗。也就是說，一旦刺突蛋白的抗原漂移了，這個疫苗也就失效了。

　　唯一的例外是滅活疫苗，因為它是整體病毒滅活后的一個混合體，包含各種抗原成分。那么有沒有可能它能誘導出更廣譜的保護性呢？

　　事情沒有那么簡單，因為疫苗誘導抗體反應的多元化固然好，但是也不能太雜了。

　　50年代安德斯分離出來的Edmonston麻疹毒株，后來走了兩個技術路線。一個是用福爾馬林處理生成的滅活疫苗，這條生產線被輝瑞接手了。但是在實踐應用中，發現極少數接種過這種疫苗的小孩，在接觸麻疹病毒后反而會發生重癥。這個原因就是滅活苗誘導的免疫反應不充分，生成了一些低親和力的抗體，非但不能中和抑制病毒的毒性和傳播，反而會和入侵病毒顆粒聚合成有害的巨大復合物，從而加重了病情，副作用包含血管炎和肺炎等，這就是臭名昭著的ADE效應，抗體依賴性加強效應【8】。

　　所以輝瑞只好放棄出局。

　　除了滅活疫苗之外的另一條技術路線，是把原始麻疹毒株在雞胚胎成纖維細胞中培養傳代后，毒性下降，在注射人體后不誘發嚴重癥狀，但是保留免疫刺激力，這就是減活疫苗。這是一種極其聰明的辦法，因為他們用來給病毒傳代的細胞，缺乏人體細胞識別麻疹病毒的受體，如此一來，病毒在這樣艱難困苦的選擇壓力之下，進化出了旁門左道的途徑進入細胞。這樣的病毒再接種進入人體，由于已經失去了最優的攻擊宿主細胞的機制，就不能誘發疾病了，但是依然會賦予人免疫系統足夠的記憶力：一般認為是終身免疫。

　　默克買斷了這條技術路線，并一直沿用到如今。

　　這次疫苗工業借新冠的東風搞了大躍進，讓社會也許第一次認識到，生物醫學制藥界多年來打下了一個多么雄厚的根基， 為人類造福。可有點令人奇怪的是，被譽為“現代疫苗之父”的安德斯，麻疹疫苗的奠基人，卻在媒體中鮮有提及，在對人類傳染病史撫今追昔以史為鑒的各種歷史回顧中，人們不約而同地仿佛把他遺忘了。

　　這其中的一個原因，也許是安德斯富有“時代特色”的麻疹人體試驗設計思路，放在今天實在是不足為人道。1960年，他的團隊在紐約市招納了1500名兒童進行疫苗的保護性試驗，受試者全部都是弱智兒童【10】，因為以當時的觀點看，這些孩子的生命是值得拿來冒險的。其他4000名受試兒童是來自尼日利亞的黑人兒童，這可以解釋為麻疹在非洲窮國的流行和危害尤深。

　　作為一個愛好歷史的現代藥企研發人員，我在網上找到一些當時麻疹疫苗研發推廣的歷史鏡頭，分享一下：

　　這是當年實驗室人員使用移液器做試驗，需要用嘴來吸，我一直不明白其中的奧妙，這要是萬一把病毒培養液不慎吸自己嘴里，那不就自動感染了嗎？

　　醫學統計人員使用手動計算機進行數據錄入和分析，和今天的統計師坐電腦前編程是大不一樣。

　　最后一個鏡頭最有意思，顯示的是非洲的公衛人員用一種象槍一樣的器具流水線式的給孩子接種麻疹疫苗。

　　?我們看了之后也許有一個恐怖的疑問，怎么他給不同的人接種卻不換針頭？原來這種工具名叫“噴氣式注射器”，Jet Injector，利用電子或機械驅動產生高壓的氣體把疫苗射入皮下，是不需要針頭的，這種設備特別適合邊遠貧困地區的大規模接種活動。正是有了這樣的發明，世界衛生組織才能在上世紀80年代宣布在全世界消滅了天花，包括非洲在內。

　　可是，正如安德斯專招弱智兒童做試驗一樣，老舊的做法總會接受新標準和新知識的重新審視。后來的實踐發現，這個聰明的設備雖然避免使用了針頭，讓一只噴氣接種槍就覆蓋整個村莊，但是這種高壓瞬間刺破皮膚的機理依然會帶來交叉感染。據統計，美國越戰退伍軍人中感染丙肝的比例是一般大眾的五倍，這很可能是越戰中美軍廣泛使用噴氣槍進行疫苗接種的結果。因此，1997年美軍全部禁用了Jet Injector。

　　據說曾有人問著名的登山家George Mallory：你為什么想要登上珠穆朗瑪？他回答：“Because it is there” 。

　　Alexander Langmuir是美國CDC流行病部門的首任負責人，也是普及麻疹疫苗的主要推動力量之一。有人問他，你為什么如此執著于在美國消滅麻疹，他借用了登山家的回答：Because it is there，and it can be done【12】。只不過他引用的登山家名叫Sir Edmund Hillary，這個差別并不重要，因為這句名言大概曾被賦予任何一位偉大的登山家。

　　醫學的進步也正是如此，這里面既有救死扶傷的剛需，也有人類永不熄滅的好奇，和征服自然的野心。

　　而且每一個大進步都是在趔趄和失足中躑躅前行。

　　（圖片來自網絡）

　　參考資料

　　【1】 https://www.nature.com/articles/s41577-021-00556-5

　　【2】https://www.cnbc.com/2021/04/29/covid-vaccine-biontech-ceo-confident-shot-works-against-india-strain.html

　　【3】Viral mutation rates.

　　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20660197/

　　【4】Mission, measles: the story of a vaccine. Merck Sharp & Dohme. United States. Public Health Service.

　　【5】2019年從中國肺炎患者分離出的新型冠狀病毒

　　https://nejmqianyan.cn/article/YXQYoa2001017?sg=AbW1NGsHw3NxPd6F

　　【6】https://www.cell.com/cell-reports-medicine/pdfExtended/S2666-3791(21)00041-0

　　【7】https://www.cell.com/cell-reports-medicine/pdf/S2666-3791(21)00073-2.pdf

　　【8】https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29256824/

　　【9】https://www.cnbc.com/2021/04/15/pfizer-ceo-says-third-covid-vaccine-dose-likely-needed-within-12-months.html

　　【10】https://www.nytimes.com/2010/10/05/health/05first.html

　　【11】https://jtip.com/history-of-jet-injection/

　　【12】https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6410476/#bibr35-0033354919826558

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