抗疫“利器”:疫苗

时间:2020-05-15 栏目:科学24小时

柯普哲

我们每个人从小到大需要接受10次以上的疫苗接种。这些疫苗通过让我们的机体产生免疫记忆的方式,来对抗下一次病毒和细菌等传染病病原体的感染,因此大大降低了常见传染病感染率和死亡率。新发传染病在大流行之时,疫苗是实现防控的有力武器。那么,疫苗是如何研发出来的?它们有哪些类型,又是如何发挥作用的呢?

以毒攻毒:开启根除天花之路

疫苗的出现与天花有关。

天花是由天花病毒引发的流行传染病,是人类历史上最具杀伤力的病毒性传染病。患者最明显的外在症状是全身疱疹,有些疱疹会化脓溃烂,致死率可达30%以上。即使天花痊愈,患者也会留下满脸疤痕。天花的历史至少可追溯到公元前14世纪的古埃及时期,考古学家在当时一些法老木乃伊身上发现了感染过天花留下的痕迹。有人甚至预测,天花在1.6万~6.8万年前即已在人类身上流行,并一直在欧洲、非洲、亚洲和美洲反复爆发,每次都造成人类的重大伤亡。即使到20世纪,全世界死于天花的总人数仍可能超过3亿。

公元前5世纪,希腊人观察到在上次天花疫情中幸存下来的人,在新的疫情中便不再被感染,不过希腊人并没有采取主动接种的方式来预防天花。中国最早关于天花的记录是东晋葛洪所撰的《肘后备急方》。公元10世纪,中国人开始用天花患者的伤疤组织接种到健康人手臂上的方式来预防天花感染,接种者会出现轻微的天花症状,但是一般不会留下麻脸或死亡,这是世界上首次采用种痘法预防传染病的案例。另有医书记载:公元8世纪初的唐朝人即开始应用种痘法预防天花,不过这种说法并没有得到广泛认可。直到17世纪中叶,种痘法一直仅在中国流传。

17世纪末开始,种痘法传到俄罗斯、日本和朝鲜等地,并经由俄罗斯传到欧洲。18世纪初,英国驻土耳其公使蒙塔古的夫人感染了天花。当她得知种痘法之后,马上给自己的儿子和女儿种痘,她的儿女果然因此而幸免感染天花。不过,当时的人们并未明白种痘法背后的科学原理,而且这种方法毕竟具有一定的危险性,大多数老百姓对此抱怀疑态度,所以它没能对当时在各国肆虐的天花疫情形成抑制。

真正发明疫苗接种的人是英国乡村医生爱德华·琴纳。经过多年观察,琴纳发现几乎所有得过牛痘的挤奶女工都不会感染天花。现在我们知道,牛痘和天花是由两种相近的不同病毒引发的,但是牛痘症状较轻,一般不会致人死亡。琴纳虽然不明白牛痘和天花的本质区别,不过他在1796年开始了大胆尝试,将牛痘患者手臂上的脓液接种到一位名叫詹姆斯·菲利普的8岁男孩手臂小切口处,随后这位男孩出现了一些发烧、小红疹等轻微症状,但是很快就好了。为了证实菲利普不会再感染天花,琴纳还大胆地给菲利普接种了天花患者的脓浆,结果菲利普也没有再感染天花。之后琴纳又将这种方法应用到包括他本人和他儿子在内的更多人身上,也都取得了与菲利普类似的疗效。

1798年,琴纳将他的接种实验成果整理成论文正式发表。在文中,他系统地总结了天花的流行情况,推测牛痘可让人体产生某种免疫力来对抗天花,最后介绍了自己开展牛痘接种的实验情况。琴纳还首次发明了“疫苗”的英文单词Vaccine。此后,琴纳不遗余力地在英国乃至欧洲大力推广牛痘接种,最终用它逐渐取代了原来的天花接种法,并推及全世界,因此琴纳被誉为“免疫学之父”。

正是由于疫苗接种法的发明和疫苗技术的发展,天花在世界各国逐渐得到控制,中国于20世纪60年代初实现了天花的根除。1980年5月,世界卫生组织正式宣布,天花已被根除。

疫苗生产:鸡蛋的特殊贡献

从免疫学角度来看,天花疫苗其实是个特例。牛痘病毒与天花病毒相近,但它只会引发轻微症状,作为疫苗可诱导人体产生对抗天花病毒的抗体。一般情况下,一种病毒形成的疫苗所产生的免疫保护只能用于对付同一种病毒,有时候同一种病毒稍微变异,疫苗的保护效果就可能大打折扣,因此只能从传染病患者身上分离出病毒,然后用这种病毒制成疫苗。但是,如果将致命的活病毒注射到人体内,必然会引发感染,好在科学家发明了减毒活疫苗和灭活疫苗,从而挽救了无数人的生命。

减毒活疫苗是一种毒性减弱的活病原体,它不会致病,但是能引发人体免疫反应去对抗下一次感染。最初,减毒活疫苗是通过动物细胞、人类细胞或鸡胚培养等方式来使其毒力逐渐减弱,直至其失去在人体细胞中的增殖能力。當我们将这种减毒活疫苗注射到体内或口服之后,一般不会导致健康人生病,但却能激起人体免疫反应,达到免疫效果。目前,脊髓灰质炎(小儿麻痹症)、麻疹、风疹、黄热病、带状疱疹、腮腺炎、乙型脑炎和水痘等疫苗均可采用这种方法生产。减毒活疫苗不仅接近于病毒的自然感染,产生的免疫保护效果较好,而且通常只需要单次免疫即可。不过,作为疫苗的活病毒有可能发生基因突变,接种人便又有被感染的可能了。

为了提升疫苗的安全性,科学家又发明了灭活疫苗。灭活疫苗需要用加热或化学方法将病毒灭活,使其不再具有感染人类细胞的能力,也不再能复活。最早的灭活疫苗针对的是霍乱、鼠疫、百日咳和白喉等传染病。1936年,美国洛克菲勒医学研究所的科学家尝试在活的鸡胚中培养病毒获得成功。两年后,美国人利用鸡胚成功生产出第一种针对甲型流感病毒的灭活疫苗。之后,鸡胚培养法成为世界上制备各种灭活疫苗最常用的方法并沿用至今。每年全世界要消耗约5亿枚鸡蛋来生产疫苗。如今,90%的流感疫苗都是通过这种方法生产的。流感、甲型肝炎和狂犬病等疫苗均以灭活疫苗为主,目前采用的一部分脊髓灰质炎疫苗也属于灭活疫苗。不过,灭活疫苗免疫保护时间比减毒活疫苗要短得多,不仅需要进行多次免疫,而且采用甲醛或福尔马林等化学法灭活病毒时,也可能出现灭活不完全的情况,仍然存在一定的安全风险。

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