脑膜炎奈瑟球菌疫苗研究进展

脑膜炎奈瑟球菌疫苗研究进展

由于高热和死亡率的增加，这种疾病已成为世界公共卫生的严重问题。全世界几乎每年有50多万侵袭性脑膜炎球菌疾病的病例,其中有超过6万的病人留下了严重的后遗症,如四肢瘫痪、智力发育迟缓、听力丧失等,病死率约为10%。已评估过,在发展中国家,有2%的出生儿童在5岁前死于脑膜炎。就算有先进的抗菌疗法和护理技术,发达国家的脑膜炎病死率仍然在5%~10%,而发展中国家高达20%,存活者中10%~20%会留下永久性的后遗症。大部分脑膜炎是由流感嗜血杆菌、肺炎链球菌、脑膜炎奈瑟菌三类细菌引起,脑膜炎奈瑟菌是唯一能引起脑膜炎流行的细菌。近年来,脑膜炎球菌疾病的流行病学有了变化,疫苗预防面临新的问题。现就脑膜炎球菌疫苗当前的研究和发展形势作一综述。1生物细胞的结构及致病性脑膜炎奈瑟菌(Neisseriameningitidis)为革兰染色阴性双球菌,又称脑膜炎球菌,呈双或四联寄生于宿主中性粒细胞内,亦可在细胞外存活,可由病人鼻咽部、血液、皮肤瘀点或脑脊液中检出。于1884年首先被Marchiafara和Celli发现并于1887年被Meichselbaum首次分离。人类是其唯一宿主,大约10%的人群带菌。脑膜炎奈瑟球菌根据其荚膜多糖的化学性质和抗原特性的不同至少可分为13个血清群:A、B、C、D、H、I、K、L、W135、X、Y、Z和29E。这些血清群又进一步根据其外膜蛋白A和B的组成不同分为相应的血清型和亚型。人类几乎所有的脑膜炎球菌病例是由A、B、C、W135和Y血清群引起的以A、B、C群对人的致病性最强,90%以上病例由此三型引起,其中C群致病力最强,B群次之,Y群最弱。不同时期不同地区流行菌群有所不同。2a、c群流行时期本病呈周期性流行,一般每3~5年小流行,7~10年大流行。50年代以来,我国某些地区曾于1957年、1967年、1977年及1984年发生过四次大流行,其中1967年最严重,发病率是403/10万人口年,发病300多万例,病死16万多例,1984年流行开始时,由于广泛接种菌苗而被迅速控制。近30多年来我国流行菌株一直是A群,占90%以上,B及C群为散发菌株,近年来某些地区B群流行有上升趋势。2000年底至2001年,非洲亚撒哈拉沙漠地区发生脑膜炎流行,据WHO报告,乍得、埃塞俄比亚、布基纳法索、贝宁、喀麦隆及尼日尔等国家地区,共报告病例数为34177例,死亡共3338例,病死率为9.8%,证实本次是由罕见的W135群脑膜炎球菌引起。后波及欧洲的法国、挪威、英国、北爱尔兰及亚洲的沙特阿拉伯及新加坡。同时期亦有A群引起的脑膜炎流行,共报告病例6721例,死亡360例,病死率为3.5%,遍及世界许多国家地区。脑膜炎球菌的一个显著特征是多数的遗传变异是通过基因重组完成的,它能通过基因转移或基因转换完成快速的遗传改变,导致荚膜转换或消失,这给其有快速获得新的性状以适应选择压力的能力。3“糖蛋白结合疫苗”的传统观点在研究细菌多糖的免疫学特性时发现:肺炎球菌、脑膜炎球菌和流感嗜血杆菌等病原菌的荚膜多糖是重要的保护性抗原,由此制备成了多糖疫苗,如肺炎球菌多糖疫苗、伤寒Vi多糖疫苗,它们对各自所引起的疾病有一定的免疫预防效果,但一个突出的问题是多糖疫苗属T细胞非依赖性抗原(Ti—Ag),免疫原性较弱,尤其在婴幼儿中免疫效果更差。这一问题促使人们研究如何提高多糖疫苗的免疫原性。结果发现最根本的解决办法是改变多糖抗原的T细胞非依赖性,使之具有T细胞依赖性抗原(Td-Ag)的属性。Avery和Goebel从这一思路出发,依据免疫学上半抗原与载体蛋白结合后成为完全抗原(即载体蛋白具激活Th细胞的能力)的原理,并利用化学上熟知的芳香胺重氮化反应,于本世纪20年代初首次将Ⅲ型肺炎球菌荚膜多糖结合到马血清蛋白上,制成了第一个糖蛋白结合疫苗。随着微生物学、免疫学及化学等学科的不断发展,结合疫苗的研制已逐步走向成熟。3.1a、c、y和w135组脑膜炎疫苗3.1.1免疫低反应性疫苗将纯化的荚膜多糖作为抗原开发了A群和C群脑膜炎球菌(MenA和MenC)疫苗已经过去三十多年了,它们被证明是安全有效的。现在,A+C二价多糖疫苗在全世界都可获得。自2000年以来,W135群已经作为一个潜在流行菌株出现在“脑膜炎地带”的21个非洲国家,这一地区生活着3亿居民,是脑膜炎高发地区,这就促进了A/C/W135/Y四价多糖疫苗的发展和使用。非洲国家在脑膜炎的流行季节,可从WHO于1997年成立的专事流行性脑膜炎疫苗供给的国际协调小组(ICG)获得疫苗。但是,对婴儿和2岁以下儿童,多糖疫苗的免疫原性差,而他们正是感染的高危人群。最近一项四价多糖疫苗的研究显示,多价多糖疫苗同样不能诱导免疫记忆。他们大部分产生IgM和IgG2抗体应答,不能有效激活补体,不能诱导抗体亲和力成熟和抗体类型转换。脑膜炎球菌多糖疫苗已显示产生免疫低反应性,即先前接种过疫苗的人群其抗体应答要低于第一次接种的人群,这种现象发生在所有年龄组,以2岁以下儿童最明显。免疫低反应性的持续时间不详,可出现2~5年,推测可能是由于多次接种多糖疫苗刺激B细胞末端分化。但是,免疫低反应性的临床意义还不清楚。基于以上原因,建议多糖疫苗不能作为常规使用,仅供高危人群使用或爆发流行时使用。3.1.2免疫记忆的诱导荚膜多糖疫苗能预防A、C、Y和W135群的感染,但这些疫苗对婴幼儿效果不理想并且不能产生长期的免疫记忆。因此,用化学方法将CPS与蛋白质载体分子(如无毒的白喉突变体毒素或破伤风类毒素)结合,使针对多糖的免疫应答变成T细胞依赖性免疫应答。当B细胞识别多糖抗原时,它们对蛋白质载体进行处理并将肽表位提呈给CD4+T细胞。这种抗原复合物提高了免疫人群(包括婴幼儿在内)的抗体水平,同时抗体的亲和力和血清杀菌活性有了提高,并且能诱导产生长效记忆性B淋巴细胞群,提供很好的再次免疫应答(追加效应)。而且疫苗能减少病菌在鼻咽部的定居,减少带菌者,因此降低人群中疾病的传播。流感嗜血杆菌结合疫苗和肺炎球菌结合疫苗的经验告诉我们,细菌CPS的免疫原性能够通过与蛋白质载体化学结合而显著提高,合成的多糖蛋白质结合疫苗是安全的,对婴幼儿有免疫原性,并且能诱导产生长效免疫记忆。二十世纪八十年代,人们开发出第一个糖蛋白结合疫苗,它是将A群和C群荚膜低聚糖和突变的白喉毒素CRM197结合而成。最初的研究显示,该疫苗有良好的免疫原性和安全性,并且能诱导免疫记忆。发达国家由于A群流行很少,他们主要发展C群结合疫苗。单价C群结合疫苗(MCC-CRM197)由Wyeth和Chiron研制成功,已证实该疫苗在婴儿、儿童、青少年和成人中均有良好的免疫原性。该疫苗于1999年11月在英国作为附加的婴幼儿常规免疫,并且已经在澳大利亚、加拿大和其他一些欧洲国家成功使用。就和其他疫苗同时免疫或联合免疫伴随的相互影响来看,越来越多的证据表明:不管是和破伤风类毒素或突变的白喉毒素结合,当和七价肺炎球菌结合疫苗或无细胞联合疫苗同时接种时,C群脑膜炎球菌结合疫苗的反应会降低[6~8]。WHO在2001年4月起启动了脑膜炎疫苗项目(MVP),旨在为发展中国家提供价格能够负担的A群脑膜炎球菌结合疫苗,该项目希望能够以每年2500万~3500万剂的速度生产,并且每剂成本低于0.5美元。单价A群结合疫苗(PsA-TT)的Ⅰ期临床试验在印度进行,数据显示该疫苗在18~35岁成人中具有良好的安全性和免疫原性,并且能维持功能抗体滴度随后将接着在冈比亚和马里12~23月龄的儿童中进行Ⅱ期临床试验。MVP计划2008~2009年单价A群结合疫苗获准在非洲脑膜炎带国家对1~29岁人群进行一剂大规模接种。A/C二价结合疫苗已研制出来,但发现它主要诱导针对C群的免疫记忆。Wyeth最近在进行一项9价S.pneumoniae/MenC结合疫苗的Ⅲ期试验,2000年至2002年的随机对照试验显示该疫苗比单一的C群结合疫苗的免疫原性要弱但该疫苗也能成功的诱导产生免疫记忆。A/C/Y/W135荚膜多糖与变异白喉毒素(CRM197)共价结合的四价结合疫苗(MenactraTM)已由Sanofi-Pasteur研制成功,并于2005年在美国获得批准。该疫苗对提高11~18岁年龄组的杀菌抗体滴度100%有效,最初在美国获得批准11~55岁人群使用,现已向FDA申请获得批准用于2~10岁人群。英国和加拿大进行的一项临床试验表明,四价结合疫苗在婴幼儿中也具有良好的安全性和免疫原性。美国一项青少年接种MenactraTM的性价比的研究显示,疫苗在22年里减少疾病直接的花费达1800万美元,减少间接经济损失达5000万美元。这些多价疫苗在美国和欧洲可获得,多价结合疫苗的使用建议在美国已公布,评估疫苗对公共卫生影响的计划已经完成。3.2ovm疫苗纯MenB荚膜多糖对儿童和成人的免疫原性均较弱。此外,MenB荚膜多糖的结构(a2-8-N-乙酰神经氨酸)与正在发育的神经组织及少数成熟组织中的神经细胞黏附分子同源。为克服这一障碍,已研制了MenB结合疫苗,一期临床试验证明安全,但其抗体缺乏功能活性。也在尝试采用其他传统的非荚膜方法来研制MenB疫苗,尽管在“反义疫苗学”领域有了很大的进展,发展一种B群疫苗的前景还很遥远。脑膜炎球菌和其他革兰阴性菌能不断释放含外膜蛋白、脂多糖和周质蛋白的球形细菌外膜或OMV(OuterMembraneVesicles)。用去污剂抽提法制备的MenBOMV疫苗已成功用于控制疾病爆发,但其有效性仅限于控制同种MenB病爆发,因为OMV疫苗的免疫原性主要是基于高度变异的MenBPorA。为研制具有更广泛保护作用的OMV疫苗,美国国立公共卫生和环境研究所研制了六价PorAOMV疫苗。通过DNA重组技术构建了两个疫苗株,分别表达3种PorA蛋白,包含了荷兰和其他欧洲国家流行的大多数血清亚型,疫苗由两种OMV制剂组成。I和Ⅱ期研究显示,这种疫苗安全且具有免疫原性。该疫苗在这些血清亚型流行的地区对预防MenB病有效。基因组学方法研制疫苗则是通过对细菌基因组测序来确定候选抗原的蛋白质氨基酸序列。这种逆向疫苗学方法能确认具有更强免疫原性和更广泛保护作用的疫苗,因为它能接触到传统方法纯化细菌组分可能遗漏的目标。MenB基因组测序确认了MenBMC58株的2158个开放阅读框,通过与MenA的基因组序列作比较,识别出了潜在的保守氨基酸序列,克隆出600种被认为保守的蛋白质,将其中350种在大肠杆菌中表达纯化后接种小鼠,其中29种蛋白质能诱导抗MenB杀菌活性抗体(与保护性免疫相关)。已将一些由基因组方法确认的抗原(包括表面表达蛋白,如黏附蛋白和脂蛋白)作为潜在候选疫苗进行进一步评价,其中一些抗原已进入临床评价。研制MenB疫苗的其他非荚膜方法包括运用外膜蛋白(Outermembraneprotein,OMP)(如转铁结合蛋白B、奈瑟菌表面蛋白A和H.8)和奈瑟菌共栖菌(如乳屑奈瑟球菌)抗原。重组转铁结合蛋白B免疫动物能在接种动物中诱生杀菌抗体,但不能诱生高滴度的杀菌抗体。重组奈瑟菌表面蛋白A免疫能诱导动物产生杀菌抗体,但是这种抗体仅对在遗传学上相似的MenB株有杀菌力。H.8是一种暴露于表面的OMP,作为一种抗原已得到评价,但抗H.8抗体未显示有杀菌活性。乳屑奈瑟球菌是奈瑟菌的共栖菌,与抗脑膜炎球菌病的天然免疫有关,因此可以推断乳屑奈瑟球菌抗原可能对研制MenB疫苗有用,此方法将为新疫苗的发展铺平道路。4免疫、抗和预防作用的研究疫苗预防脑膜炎球菌感染还有很长的路要走。象W135这种少见血清型的出现,说明发展多价结合疫苗是必需的。而多价疫苗和单价疫苗免疫原性的差异还需要更彻底的研究,同时须解决疫苗各组分之间免疫原性相互影响的问题。另外,虽然候选的几个外膜蛋白已经被研究得很透彻,B群疫苗仍然存在未解决的问题。未来五年将是一个振奋人心的时期,Hib结合疫苗将加入常规免疫程序,这对肺炎球菌和脑膜炎球菌等细菌荚膜多糖结合疫苗的发展也是一个强有力的推动。虽然脑膜炎球菌疫苗对儿童的弱免疫原性、不能产生很强的免疫记忆以及疫苗的短暂保护作用等问题已经解决或部分解决,但还存在一些免疫学上无法解释的现象。全球疫苗安全咨询委员会(GACVS)认为婴幼儿同时接种过多抗原可能导致所谓的“免疫超负荷”(Immune