
接种肺炎链球菌结合疫苗(PCV)是预防肺炎链球菌感染的有效措施,但接种后机体仅获得主要针对疫苗血清型的免疫力,因此非疫苗血清型(NVT)肺炎链球菌致病引起广泛关注。13价PCV(PCV13)推广使用后,可能会出现非PCV13型携带和致病风险增加。本文就国内外疫苗使用前后非PCV13型肺炎链球菌的流行及致病状况进行综述,并且总结NVT流行的影响因素,为今后肺炎链球菌血清型流行病学监测和疫苗研发及优化提供思路。
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肺炎链球菌感染可导致严重的侵袭性肺炎链球菌疾病(invasive pneumococcal disease,IPD),例如脑膜炎、败血症和侵袭性肺炎等,还可引起非IPD。现已能鉴定肺炎链球菌血清型超过92个,致病血清型的分布因菌株分离年代、地理区域、患儿年龄、疾病综合征、疾病严重程度和是否存在抗生素耐药基因等而异。根据致病血清型的分布,科学家研发成功7价肺炎链球菌结合疫苗(7-valentin pneumococcal conjugate vaccine,PCV7),包含4、6B、9V、14、18C、19F和23F型荚膜多糖抗原,并于2000年上市。2006年以后,PCV7在全球范围内得到广泛地使用,PCV10(PCV7基础上增加1、5、7F型多糖抗原)和PCV13(PCV10基础上增加3、6A、19A型多糖抗原)也相继上市。将PCV纳入免疫规划的国家或地区,人群肺炎链球菌性疾病,尤其是疫苗针对血清型所致疾病发病率明显降低,IPD等疾病负担明显减轻[1,2]。因此,世界卫生组织极力推荐各国将其纳入儿童免疫规划[1]。PCV13已在我国以非免疫规划疫苗使用,按"知情同意、自愿自费"的原则进行接种。然而,接种PCV13的受种者只能获得对其包括的13种血清型提供的免疫保护力,疫苗使用后可能出现非疫苗血清型(non-vaccine type,NVT,本文中NVT指非结合疫苗包含的型别)成为优势菌株的现象,是疫苗使用后需要重点关注的问题之一。如果非PCV13覆盖血清型流行,可能掩盖或抵消疫苗接种带来的益处。本文就非PCV13型肺炎链球菌的流行状况进行综述,为我国肺炎链球菌血清型流行病学监测、免疫策略制定和疫苗研发等提供参考。
近20年PCV7、PCV10和PCV13的应用过程中,研究人员发现NVT的携带增多可能会抵消疫苗推广应用后疫苗血清型(vaccine serotype,VT)携带率下降的效果[3]。美国自2000年引入PCV7后,NVT中如3、19A、22F和33F型等的定植和致病增多,特别是19A型具有较强的致病性和耐药性[4]。日本自2010年起在儿童中推广接种PCV7疫苗,2012年调查发现由19A、15A、15B、15C和24型等NVT引起的儿童IPD发病率有所增加[5]。巴西自2010年引入PCV10,Christophe等[6]对2013—2015年50岁以上人群的IPD肺炎链球菌分离株进行分析,发现在巴西引进PCV10后3~5年,NVT在分离株中已占优势。Ho等[7]研究发现中国香港引入PCV7后8年,总体IPD下降主要是由于PCV7血清型的消除,而3型(PCV7不包含)在2岁以上儿童中引起的IPD发病率增加。上述研究提示,儿童免疫规划中使用PCV可明显降低IPD发病率,但需要长期观察确定其免疫获益是否可能因为NVT的流行而受到影响。
Balsells等[8]分析使用PCV7的38项研究(14个国家)和引入PCV10或PCV13后的20项研究(24个国家)的数据,发现22F型是最常见的NVT(占儿童IPD分离株总数的5%),其次是12F、15C、24F和33F型(各占4%)。Balsells等[9]以19A型为参考血清型,用荟萃分析的方法计算某型IPD发病率与携带率的比来评估血清型致侵袭性疾病的潜能,结果发现与19A型比较,1、7F和12F型在0~23月龄和0~59月龄儿童中具有更高的致侵袭性疾病和引发临床症状的潜能(OR>5);另外有几种NVT(6C、15A、15BC、16F、23B型)的侵袭性潜能低于19A型;NVT中,8、12F、24F和33F型的侵袭性潜能位居前列。
有的国家将PCV13纳入儿童免疫规划后,观察发现疫苗使用后非PCV13型导致的IPD发病率增加。Mackenzie等[10]研究发现,冈比亚自2011年5月PCV13项目实施后,PCV13血清型导致的IPD病例数较引入前的基线水平减少了82%,从78 /10万下降到14 /10万;在2~23月龄组中,NVT导致的IPD发病率从49/10万增至75/10万,增加了48%,但差异无统计学意义(P>0.05);在2~4岁组中该发病率也增加了27%,差异亦无统计学意义(P>0.05);总体而言,2~59月龄儿童中,NVT导致的IPD增加了47%。德国的一项研究显示,与疫苗接种前相比,2012—2013年脑膜炎和非脑膜炎IPD发病率分别下降了63%和40%,但2015—2016年IPD发病率仅降低26%;在2012年IPD发病率降至最低点之后,0~1岁儿童的非PCV13型IPD发病率急剧增加,其他年龄组出现波动;发病率在最低点时,16岁以下儿童非PCV13型相关的IPD总发病率为1.1/10万,2015—2016年上升到2.5/10万[11]。Weinberger等[11]认为PCV13达到最大程度减少IPD效果的两年后,16岁以下儿童的IPD发病率出现不完全反弹应归因于非PCV13型的流行。该研究结果显示,2015—2016年非PCV13型占IPD分离株的84.1%。Regev-Yochay等[12]研究发现,以色列2009—2015年VT肺炎链球菌脑膜炎的发病率下降了70%,但非PCV13型脑膜炎的发病率从0.32/10万上升到0.75/10万,非PCV13型(15B/C、6C、23A、23B、24F型)成为脑膜炎的常见致病型别。
还有研究显示,PCV13推广使用后,非PCV13型别在致病菌中构成比增高。英格兰威尔士的监测结果表明,引入PCV13后,12F、8和10A型几乎占5岁以下儿童肺炎链球菌性脑膜炎分离株的50%[13]。综合各个年龄段来看,2015—2016年非PCV13型在肺炎链球菌脑膜炎分离株中占80.6%(137/170),远高于2008—2010年肺炎链球菌脑膜炎分离株的46.1%(143/310)。日本自2013年引入PCV13,Nakano等[14]于2015—2017年开展了一项日本全国性监测研究,共收集498例IPD分离株和231例非IPD分离株,结果显示,在IPD分离株中12F型的比率从2015年的4.4%增加到2016年的13.9%,2017年进一步增加到24.6%。但非IPD分离株中没有发现12F型的增加。相似地,以色列[15]和法国[16]也报告在引入PCV后,IPD和抗生素不敏感分离株中12F型占比增多,提示不同型别的脑膜炎和肺炎分离株中,12F型很可能具有更高的侵袭性潜能。Varon等[17]对6~24个月儿童IPD血清型与健康儿童鼻咽定植血清型进行比较,通过计算优势比评估各血清型导致侵袭性疾病的潜能,发现实施PCV13后(2012—2013年)2岁以下儿童高侵袭性血清型数目较使用前(2008—2009年)有所减少,只有24F和12F两种NVT具有较高的侵袭性。
中国香港和台湾是较早将PCV纳入儿童免疫规划的亚洲地区。香港2009年9月至2010年9月期间使用PCV7,2010年10月至2011年11月期间使用PCV10代替,2011年12月以后开始使用PCV13。Ho等[18]研究发现,以前流行的肺炎链球菌VT已被非PCV13型(特别是15群)所取代。香港5岁以下儿童中非PCV13型肺炎链球菌分离株的比例随时间增加,从1999—2000年占比27.4%增加到2009—2010年占比29.4%,2010年9月至2013年8月非PCV13型所占比例达到56.4%(88/156)。最常见的非PCV13型为15B(10.3%)、15C(9.6%)、6C(7.1%)和15A(5.1%),并且15群的携带在接种疫苗的儿童中更为常见。Janapatla等[19]对台湾地区2014年3月到2015年3月的500名健康儿童及其家庭的肺炎链球菌血清型进行观察研究发现,在儿童队列中只有23.3%的分离株属于PCV13血清型,而NVT分离株占优势(76.6%),最常见的NVT为15A/F和15B/C型(均为13.3%),其次为23A型(6.7%);在家庭队列中,21.7%属于PCV13血清型,78.3%属于NVT。此外他们还于2012年6月至2015年5月在长庚纪念医院对肺炎链球菌感染的临床分离株进行前瞻性收集,2014—2015年与2012—2013年的数据比较结果显示,由PCV13血清型引起的感染从83%下降到44%,而由非PCV13型引起的感染从17%上升到56%。
我国缺少肺炎链球菌疾病发病状况的监测系统,也没有将PCV纳入儿童免疫规划,无法从发病率的变化来评估VT和NVT的流行状况,只能从分离菌株血清型分布的数据来认识NVT的流行情况。Chen等[20]通过荟萃分析发现,中国内地2004年之前疫苗对分离菌株的血清型覆盖率较低,PCV13覆盖率为29.6%,而2010—2016年间有了显著升高,PCV13覆盖率升至73.3%。同时也有部分地区调查报告的PCV13覆盖率较低,2017年四川中江一项非IPD病例菌株的研究结果显示,PCV13覆盖率仅54.8%,非PCV13型占到45.2%[21];其中两种非PCV13型:34和23A型的构成比分别占到10.1%和7.0%。文德年等[21]认为有必要明确这些非PCV13型的播散范围、流行程度和可能原因。苏楠等[22]通过对1980—2013年间华北、华东、华中、华南和西南地区7 391株肺炎链球菌血清型进行荟萃分析,发现中国内地最普遍的血清型依次为19F、23F、19A、6B、14、6A和15B型,与同期全球的数据比较,15B(非PCV13型)和19A型在中国更为常见。俞桑洁等[23]关于北京儿童医院门诊非IPD病例菌株报告的非PCV13型包括15B(5株,5.0%)、6C(4株,4.0%)、23A(4株,4.0%)和不能分型(9株,9.0%)。刘莹等[24]通过对2013—2017年北京儿童医院住院患儿分离的肺炎链球菌(包括侵袭性菌株67株,非侵袭性菌株684株)血清型分析发现,PCV13覆盖率超过80%,在侵袭性感染株中更高。非PCV13型占15.7%(118/751),主要常见的NVT是6C(17/751,2.3%)、15C(11/751,1.5%)、15A(7/751,0.9%)、23A(6/751,0.8%)、34(5/751,0.7%)、42(5/751,0.7%)等。朱亮等[25]搜集2012—2017年18家儿童医院的侵袭性菌株进行多中心回顾性研究发现,已确定血清型的81株菌株中,PCV13覆盖血清型占93.8%(76/81),非PCV13型包括5、15A、15B、11A、19C、42型各1株。目前,PCV在我国的接种率地区差异大,总的接种率低,对全年龄段人群和不同地域人群的携带和致病菌株血清型分布认识有限,疫苗上市后的效果评估也未有效系统开展。我们应该警惕NVT可能造成的不良影响,需要及早开展多中心的系统调查来评估国内NVT流行状况及其在临床疾病中的重要性。
尽管常有PCV使用后NVT流行的报告,但有些国家和地区在PCV纳入儿童免疫规划后并未出现NVT流行,如Picazo等[26]报告2007—2016年西班牙马德里非PCV13型引起的IPD发病率未见明显变化,认为PCV13对IPD的影响尚未被疫苗未覆盖的其他血清型所替代。事实上,针对PCV使用对NVT疾病的影响是有争议的,因为不同环境下的监测结果差异明显,监测数据可统计分析的方面有限,很难将疫苗免疫的作用与血清型分布本身的长期变化趋势分开。研究报告中提及的NVT流行可能与以下几方面因素有关。
由于抗生素的大量使用,肺炎链球菌对常用抗菌药物的耐药性明显增加并迅速播散,且不同时期不同地区报道的抗生素敏感性数据存在差异,研究显示不同血清型菌株的抗生素敏感性亦有所不同[27,28,29]。抗生素滥用在减少敏感肺炎链球菌致病的同时,为部分耐药血清型菌株的流行提供了有利条件。爱尔兰分别于2008和2010年将PCV7/PCV13引入儿童免疫规划,Corcoran等[30]通过对2007年7月至2018年6月收治的16岁以下儿童确诊病例进行血清分型和药敏试验发现,近年来与青霉素耐药相关的非PCV13型(包括15A、23B和35B型)在儿童中有所增加,提示非PCV13型流行很可能与获得耐药性菌株有关。抗生素可能通过两种方式影响NVT的传播:(1)疫苗推广使用对NVT耐药株的选择;(2)因为抗生素的广泛使用,疫苗使用前人群中NVT耐药株已开始流行。既往有研究表明,在一些很少应用或未引入PCV7疫苗、但抗生素尤其大环内酯类抗生素广泛使用的国家,19A型引起的IPD尤为突出,提示抗生素高使用率是耐药NVT引起IPD的重要影响因素[4]。文德年等[21]研究也发现非PCV13型中已有部分菌株对青霉素和头孢菌素等不敏感,推测在此基础上推广接种PCV13,如果抗生素选择压力又持续存在,必然会引起这些非PCV13型的流行。抗生素选择压力与血清型替换的可能关系提醒卫生工作者疫苗不是抗生素滥用的保护伞,只有合理使用抗生素,才能保证PCV仍是对抗肺炎链球菌抗生素耐药性的有力工具。
不同国家和地区的研究证明PCV 3剂次基础免疫加1剂次加强免疫(3+1)、2剂次基础免疫加1剂次加强免疫(2+1)和仅3剂次基础免疫无加强免疫(3+0)的程序对预防IPD都有效[1,31]。研究发现,2剂次或3剂次PCV基础免疫结束时疫苗的免疫原性反应存在明显差异,加强免疫后可能会掩盖其差异。Nicholls等[32]对2015年9月之前的16项随机对照试验进行荟萃分析发现,与对照组相比,在4月龄和6月龄时接种一剂或两剂PCV对VT肺炎链球菌携带的影响差异无统计学意义;但在7月龄时,9项研究中的VT携带者的RR(95%CI)值为0.67(0.56~0.81,n=7 613)和8项研究中的NVT携带者的RR(95%CI)值为1.23 (1.09~1.40,n=5 861),提示接种1剂与3剂疫苗后NVT肺炎链球菌携带(血清型替换)差异有统计学意义。疫苗接种程序的选择可能会使疫苗接种者及其接触者之间的血清型替换上产生微妙的差异,3剂次基础免疫确与NVT肺炎链球菌携带风险增加有关,与不接种PCV相比,3剂PCV显著减少VT肺炎球菌携带;3剂次作用比1或2剂次明显,虽然差异没有达到统计学意义,但可能反映了一种具有临床意义的剂量反应。Palmu等[33]通过对一项长期随访对照研究发现,与接种其他疫苗、安慰剂或不接种的对照组儿童比较,接受2+1 PCV13免疫的儿童定植NVT肺炎链球菌比率增加了72%,而接受3+1免疫的儿童仅增加了38%。除此以外,Wasserman等[34]通过模型分析发现,英国疫苗接种和免疫联合委员会提出将2+1程序改为1+1程序的建议,预计各个年龄段IPD发病率将升高,从2018年起的5年内,模型研究显示实施2+1程序可能出现23 638例全年龄段的IPD病例。在基本病例分析(base-case analysis)中,估计如减少剂次成1+1免疫程序的话,将导致在5年内增加88例IPD,在10年内增加194例。最大净增长发生在65岁以上(27例IPD),最大比例增长则发生在1岁以下(18例IPD,4.0%)。预计5年内,疫苗型IPD病例使IPD病例数净增加104例(增加2.4%),抵消了血清型竞争导致的非疫苗型疾病减少。血清型19A占IPD增加最多(71.4%),65岁以上18例,2岁以下11例。
Weinberger等[35]发现尽管各年龄组不同血清型的携带率存在差异,但不同型别的侵袭性潜能在各年龄组之间具有相似的等级顺序;1、7F和12F型是所有年龄组中最具侵袭性的型别,1、9V和18C型在儿童中的侵袭性明显高于成人,而3、6A/C、8和11A型在成人中的侵袭性明显高于儿童。此外,在40岁及以上的成年人中,不同血清型所致疾病的发病率差异有统计学意义,其中3、8和12F型在老年人中引起IPD潜能高于仅基于儿童携带和侵袭性感染的评估水平,也就是说它们在成人中传播的频率高于在儿童中传播的频率,或者成年人比儿童更容易发生由这些血清型引起的疾病。Takeda等[36]首次报道了VT和NVT构成比逆转的现象,通过对2006年4月至2015年3月日本山形斋市医院住院的303例成人肺炎确诊病例分离株的血清型监测,发现VT构成比从2006—2012年保持在70%~80%(2008年除外)。然而,2013年PCV纳入国家免疫归划后,VT构成比明显下降,2015年NVT的相对比例已超过VT。荷兰、加拿大等多个地区的研究发现,使用疫苗后,尽管VT导致的儿童和成人IPD均急剧下降,但很可能被成年人中NVT疾病的增加所抵消[37,38]。本课题组对2018—2019年四川省中江县全年龄组肺炎链球菌分离株进行了研究,发现随年龄增加,PCV13型比例明显减少,从<2岁的78.0%降低到≥60岁的44.0%,差异有统计学意义。提示随着年龄增加,非PCV13型比例明显增加,成年人(尤其老年人)可能是非PCV13型的储存库。当前对儿童来源的肺炎链球菌开展的血清型流行病学调查非常多,对成人血清型分布特征及其疫苗使用后的变化关注较少,需要引起重视。
VT与NVT菌株可在鼻咽部共存,荚膜基因可通过水平基因重组,从而发生荚膜转换,从一个VT转换为NVT或从致病力弱的NVT转换为致病力强的NVT。英国曾报道一例肺炎链球菌脑膜炎分离株血清型原本为PCV13包含的14型,通过荚膜转换为NVT中的28A型,从而逃避疫苗的免疫预防作用而致病[39]。Chochua等[40]使用全基因组测序对2015—2016年间在美国引起IPD的199株NVT中的35B型肺炎链球菌菌株进行鉴定,并结合之前通过主动性细菌核心监测获得的35B型IPD数据进行分析,发现在PCV7接种(2001—2009年)期间,青霉素不敏感的35B型IPD增加,并且在2010年PCV13实施后进一步增加;这种增加主要是由35B/ST558克隆引起,35B/ST558和VT的9V/ST156克隆分别是cps35B供体和受体,在2015—2016年期间美国6州曾发生过荚膜转换事件,出现了35B/ST156克隆。鉴于致病性属于VT的ST156菌株过去在全球占优势,35B/ST156的传播受到广泛关注。肺炎链球菌是许多上呼吸道定植和感染的链球菌之一,有时缓症链球菌等其他细菌产生的荚膜多糖在血清学与某些型别的肺炎链球菌荚膜不易区分,对于不同细菌间的相互作用以及结构相关荚膜多糖引起的特异性免疫应答的机制仍需进一步研究。
综上所述,PCV13推广应用后,可能会出现非PCV13型携带及致病增加的现象,尽管由此带来的影响可能因国家或地区的不同而有所不同,但应引起各方高度关注,以促进疫苗产品和免疫策略的进一步优化和完善,尽可能减少NVT对疫苗免疫预防获益的负面影响。应该注意的是,PCV推广应用在降低人群肺炎链球菌疾病负担方面具有显著效果[1,2],而且正是由于PCV能够有效预防和控制VT播散,才可能出现NVT增多现象,切不能为NVT流行等问题而因噎废食。就我国而言,在未来几年内,有必要使用血清学和分子生物学方法密切监测肺炎链球菌的流行病学特征,积极开展我国全年龄段肺炎链球菌感染血清型及疾病的动态监测,为推广PCV13使用和研发适合中国国情的新疫苗提供重要的病原菌流行病学依据。
所有作者均声明不存在利益冲突
1.肺炎链球菌血清型丹麦分型系统目前已确定了多少种血清型?( )
A.50种
B.80种
C.90种
D.92种
2.下列哪种疫苗不属于肺炎链球菌结合疫苗?( )
A.PCV7
B.PCV10
C.PCV13
D.PPSV23
3.关于7价、10价、13价……肺炎链球菌结合疫苗中的"价",下列说法错误的是( )
A."价"就是指疫苗包括的肺炎链球菌荚膜血清型种类的数目
B."价"数越大,疫苗包含的肺炎链球菌荚膜血清型的型别就越多
C.疫苗"价"数就是疫苗价格,随着疫苗"价"数的增加,疫苗价格也随之上涨
D.已有疫苗,不论"价"数多少,都不能预防所有肺炎球菌的感染
4.在我国,肺炎链球菌结合疫苗目前主要推荐用于下列哪个人群?( )
A.2岁以下儿童
B.5~12岁的健康儿童
C.12~15岁的儿童
D.65岁及以上老人
5.下面关于血清型替换,说法错误的是( )
A.PCV接种后非疫苗血清型肺炎链球菌感染的发病率增加是血清型替换的一种表现
B.PCV推广使用,非疫苗血清型的携带增多可能会抵消疫苗推广应用后疫苗血清型携带率下降,导致总体携带率无明显变化
C.所有国家或地区使用PCV后都会发生血清型替换现象
D.WHO的PCV立场文件建议今后的研究重点中包括持续关注血清型替换






















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