
流感是严重危害人民生命健康的重要传染病,每年流感季节性流行在全球可导致300万~500万重症病例,29万~65万例呼吸道疾病相关死亡。接种疫苗是预防流感最经济有效的手段。目前国内上市的流感疫苗均为传统鸡胚流感疫苗,其针对特殊人群和特定病毒株等的有效性尚待改善。近年来,国外已有一些新型流感疫苗陆续上市,多项临床研究证实其能进一步提高保护效果。本文主要讨论了现有流感疫苗在防控中存在的不足,国外常见新型流感疫苗保护效果,以及最新在研发的流感疫苗技术,期望能提高人们对新型流感疫苗的认识,鼓励和推动国内对新型流感疫苗的研发和引进。
流行性感冒(流感)是一种常见的严重危害人类健康的呼吸道传染病,季节性流感或流感大流行都会引发严重的疾病甚至导致死亡,造成严重经济和疾病负担[1]。接种流感疫苗是预防流感、降低流感危害以及减少各类并发症的最佳干预措施。目前,国内上市的流感疫苗均为传统鸡胚培养的疫苗,包括灭活和减毒疫苗,通常为三价(甲型H1N1、甲型H3N2和1种乙型)或四价(甲型H1N1、甲型H3N2、乙型Yamagata及乙型Victoria)疫苗。由于流感病毒存在抗原漂移,世界卫生组织(WHO)每年都会预测并推荐南、北半球的流行毒株,疫苗生产厂商会以此为疫苗株进行生产,而人群也需要每年接种流感疫苗。如果疫苗与实际流行株不匹配,保护效力会大幅降低,并导致流感的发病率和死亡率增加。然而,即使疫苗的效力不高,疫苗接种每年仍可以防止成千上万住院病例的发生。在2018—2019年间,美国疾病控制预防中心(CDC)报告称,即使当季的流行毒株发生H3N2毒株的抗原漂移,但流感疫苗的整体有效性仍达到40%,接种疫苗预防了约几百万例疾病发生[2]。同时也有研究发现,接种流感疫苗对老年人和有心血管相关基础疾病的人群有较好的保护作用,显著降低全因死亡率[3]。近年来,国外已有一些能进一步提高疫苗保护效果的新型流感疫苗陆续上市。与此同时,在新型冠状病毒(COVID-19)流行的背景下,mRNA以及腺病毒载体等新技术在疫苗应用上也展现出了极大的潜力。我国流感疫苗行业如何从传统鸡胚疫苗转向创新疫苗已成为大家关注的重点问题。
全球已上市的流感疫苗主要分为流感灭活疫苗(IIV)、流感减毒活疫苗(LAIV)和重组流感疫苗(RIV)。按照疫苗所含组份,流感疫苗包括三价和四价。我国现已批准上市的流感疫苗有三价灭活流感疫苗(IIV3)、四价灭活流感疫苗(IIV4)和三价减毒活流感疫苗(LAIV3)。
灭活流感疫苗先培养完整的流感病毒,使用甲醛或者β-丙内酯处理后使其失去感染性,保留其抗原性,同时加入佐剂或稳定剂。其免疫后反应主要以体液免疫为主,产生中和抗体。由于其抗原成分在体内无法复制,所以可用于免疫缺陷者使用[4]。目前,我国的灭活流感疫苗的生产基质为9~11日龄的鸡胚,其生产工艺一般为将单价流感病毒悬液接种至鸡胚后进行孵育、冷冻,从鸡胚中收获含活病毒的尿囊液进行纯化及灭活,加入裂解剂后纯化裂解的病毒,最后浓缩过滤除菌,形成单价病毒浓缩液,并最终混合成多价疫苗[5]。
流感病毒减毒活疫苗是通过将野生流感病毒经反复传代减毒后获得的适应株与当年流行毒株重配来制备的,该病毒大部分致病性丧失,毒性明显减弱,但病原体活性基本不变,其免疫原性被保留下来。当人体接种减毒活疫苗后,不会使机体致病,但病毒会引发机体产生类似自然感染的免疫应答反应,进而起到保护作用[6]。
1.流感病毒易突变而疫苗的保护谱狭窄:流感病毒基因由分节段的负链RNA构成,极易发生抗原漂移与抗原转变。由于人群中缺乏对新亚型病毒的预存免疫,抗原转变往往引起流感大流行[7]。H3N2于1968年上半年开始流行,但由于当时的人群对H2N2的NA抗原具有普遍的抗体水平,此次流行并没有引起人们的重视。随着时间的推移,H3N2逐渐取代了1957年之后在人群中流行的H2N2,同时H3N2的NA抗原发生抗原转变,人群对其缺乏免疫力,最终导致了严重的流感大流行,造成全球约100万人死亡[8]。全球各国每年均会采用WHO预测的流行毒株制备疫苗,当疫苗株与流行株匹配时,流感疫苗具有较高的有效性,而当毒株不匹配时,流感疫苗的保护率会有不同程度的下降。美国CDC的统计显示在疫苗株与流行株匹配时,疫苗的有效率达到38%~60%[9, 10, 11];而毒株不匹配时,疫苗的有效率仅为10%~19%[12, 13]。目前的流感疫苗没有足够的能力诱导对抗原漂移或转变的流行株的广泛交叉保护,它们的有效性受到疫苗株与流行株匹配程度的影响。
2.鸡胚适应性突变:目前全球广泛应用的流感疫苗株来源和疫苗生产绝大多数采用鸡胚为培养基质。然而并非所有毒株都具有较高的鸡胚传代适应性。因此,WHO有时会推荐与预测株相近但并不完全相同的毒株以便在鸡胚中培养。而流感病毒,特别是甲型H3N2流感病毒,在鸡胚传代后还会发生适应性突变,导致血凝素受体结合位点的结构变化,进一步导致流行株和疫苗株之间的抗原差异[14]。疫苗诱导的抗体对流行毒株中和能力较弱[15],从而导致疫苗的有效性降低。比如2017—2018年的流行季,流感疫苗的有效性仅为38%,就被认为可能是由于发生鸡胚适应性突变后获得的疫苗株血凝素抗原发生了变化[16]。
3.流感疫苗在老年人群中的有效性低:对于高暴露风险人群、老年人、儿童、有基础性疾病的人群、孕妇及6个月以上婴幼儿来说,接种流感疫苗是预防流感病毒感染最安全有效的方法[17, 18]。不同年龄段人群中流感疫苗有效性(VE)差别较大,针对2010—2018年流感季节北半球跨年龄段的疫苗有效性研究发现,<5岁的儿童免疫后VE较高,达到60%,5~64岁人群的VE在30%~40%,而≥65岁的老年人群VE仅为25%左右[19]。老年人接种流感疫苗的总体有效性一直较低,特别是在以H3N2亚型流感病毒为主的流感季节,例如在2017—2019连续两个流感季中,流感疫苗对65岁以上老人的VE观察不到统计学显著的阳性结果[20, 21]。
4.流感疫苗的免疫持久性差:研究发现,大多数人群在初次免疫后对疫苗有较好的免疫应答,但随着时间的推移,疫苗接种者体内抗体的浓度也在下降。接种灭活流感疫苗对抗原类似毒株的保护作用仅可维持6~8个月[22]。北半球通常是在9—12月份接种,到第二年的4—8月份血清抗体滴度降至较低水平,导致疫苗的有效性下降。
5.对H3N2毒株的保护效力差:甲型流感病毒H1N1和H3N2两种亚型是近年来季节性流行的主要毒株[23]。H3N2亚型无论是基因上还是抗原上都倾向于快速变化,而H1N1亚型通常变化较小,当前H3N2亚型已经进化形成许多独立的、遗传上不同的分支,多种变异毒株共同传播[24]。根据FluNet的数据显示,在东亚地区比如中国和日本,H3N2亚型流感病毒在2010—2019年近10年中5年都是优势毒株。美国CDC通过对普通人群进行的疫苗有效性观察研究发现,疫苗在降低甲型H1N1和乙型流感病毒感染以及结局的严重程度方面发挥了较好的作用,但对甲型H3N2的保护程度较低[25, 26]。Okoli 等[19]通过荟萃分析发现,与甲型H1N1和乙型流感相比,针对甲型H3N2的VE在所有地区和几乎所有年龄组中最低。在北半球65岁及以上的人群中,这一比例(11%)低于同年龄组中针对甲型H1N1(47%)和乙型流感(24%)。
针对以上提及的流感疫苗存在的问题,近年来国内外进行大量研发,目前国外已有多种新型流感疫苗上市,也积累了较多的免疫原性和真实世界保护效果的数据。这些疫苗在国内尚未获批。
1.高剂量鸡胚灭活流感疫苗:(IIV-high dose,IIV-HD)用于65岁及以上老年人群,其每个流感毒株的血凝素含量为60 μg,是标准剂量灭活流感疫苗(IIV-standard dose,IIV-SD)的4倍,可以使老年人有更好的免疫应答并减少流感相关的住院率和死亡率。Lee等[27]进行的荟萃分析显示,在2013—2020年多个连续流感季节中,无论流行毒株和抗原匹配与否,IIV-HD在减少流感病例和流感相关临床并发症方面始终比IIV-SD更有效,同时也降低了流感导致的死亡率(相对保护效力rVE=39.9%)。同时卫生经济学分析表明,IIV-HD比IIV-SD更具有成本效果性,大大降低了患者的住院费用,在老年人中更节省成本[28, 29]。Net等[30]在2010—2019流感季节对IIV-HD免疫后的流感相关病例进行了追踪,结果发现这期间接种IIV-HD可显著降低流感发病率,避免了100多万流感病例和7万多例死亡,节约了46亿美元。Izurieta等[31, 32, 33]分析了2017—2020年间,在美国Medicare受益人(主要是65岁及以上老人)中以流感导致的住院作为主要终点的相对疫苗有效性(rVE)真实世界结果,相对于IIV-SD,IIV-HD的rVE分别为10%(2017—2018,95%CI:7.8%~12.3%)、5.2%(2018—2019,95%CI:1.0%~9.3%)与6.9%(2019—2020,95%CI:2.3%~11.4%)。
2.佐剂流感疫苗:佐剂是疫苗中用于增强免疫效果的成分,对于免疫应答较弱的患者,如婴儿和老年人,佐剂在改善免疫应答和递送至抗原呈递细胞方面发挥重要作用,可以更好地增强免疫反应。佐剂还可以减少生产疫苗所需的抗原量,从而达到用同样的抗原生产更多疫苗的目的。目前流感疫苗常用的佐剂有铝佐剂、乳剂、病毒体佐剂和脂质体佐剂等[34]。佐剂流感疫苗是一种标准剂量的灭活流感疫苗,以鸡胚为培养基质并加入MF59佐剂。MF59是角鲨烯油的水包油乳液,是一种存在于人类、动物和植物中的天然物质,经过高度纯化后用于疫苗生产过程[35]。该疫苗被批准用于65岁及以上人群。针对佐剂流感疫苗免疫原性的研究发现,其诱导的抗体水平与标准剂量无佐剂的流感疫苗相当[36],并且具有可接受的安全性[37]。Izurieta等[31, 32, 33]分析了2017—2020年间,在美国Medicare受益人(主要是65岁及以上老人)中以流感导致的住院作为主要终点的rVE真实世界结果,相对于IIV-SD疫苗,佐剂流感疫苗的rVE分别为2.5%(2017—2018,95%CI:-0.8%~5.8%)、6.5%(2018—2019,95%CI:1.5%~11.3%)与6.8%(2019—2020,95%CI:1.4%~11.9%)。
3.细胞培养流感疫苗:细胞培养流感疫苗就是以细胞为培养基质,其生产过程主要使用犬肾上皮细胞代替鸡胚作为流感病毒的宿主[33,38]。细胞培养流感疫苗目前已被FDA批准用于4岁及以上人群。细胞培养技术的一个潜在优势是,一旦发生流感大流行,它能够更快地启动疫苗生产过程,其宿主细胞被冷冻并储存在细胞库中,可确保充足的细胞供应随时用于疫苗生产。其生产不依赖鸡胚的供应也可避免部分人群存在对鸡蛋过敏的现象,同时,使用哺乳动物细胞系也避免了流感病毒鸡胚适应性突变的问题,研究发现基于细胞培养疫苗也观察到更好的VE[39]。虽然细胞培养技术仍然有一定几率产生细胞适应性突变[40],同时可能有接种者对狗源蛋白过敏,但目前尚未有急性超敏反应等不良事件发生[41]。Rajaram等[40]分析了在2002—2018年间的多个流感季节中流行毒株与参考疫苗株间的抗原相似性,相比之下,基于细胞的参考疫苗株抗原相似性高于基于鸡胚的参考疫苗株,特别是在2012年南半球和2015—2016年北半球季节观察到很大的差异,基于鸡胚的参考疫苗株与流行毒株仅有2%~13%的抗原相似性,而基于细胞的参考疫苗株的相似性则达到76%~100%。因此,细胞培养流感疫苗有可能比传统的鸡胚流感疫苗更有效。研究同时发现,细胞培养流感疫苗具有更高的免疫原性,且耐受性与安全性普遍良好[42]。Izurieta等[31, 32, 33]分析了2017—2020年间,在美国Medicare受益人(主要是65岁及以上老人)中以流感导致的住院作为主要终点的rVE真实世界的结果,相对于IIV-SD,细胞培养流感疫苗的rVE分别为9.5%(2017—2018,95%CI:5.3%~13.4%)、3.4%(2018—2019,95%CI:-3.6%~9.8%)与3.7%(2019—2020,95%CI:-3.9%~10.7%)。
4.重组流感疫苗:重组流感疫苗是利用杆状病毒表达系统,通过昆虫细胞培养产生血凝素抗原,从而保证其与野生型流行流感病毒血凝素完全一致。这种方法不需要使用鸡胚或细胞培养活体病毒,因此在流感大流行或鸡胚供应紧张的情况下,它的生产过程比鸡胚流感疫苗要快,可快速提供大量血凝素抗原用于制备疫苗[43],特别适用于需要每年调整疫苗株的流感疫苗。同时,重组流感疫苗的抗原含量是普通灭活疫苗剂量的3倍,但因不含鸡蛋蛋白、其他流感病毒蛋白或防腐剂,抗原纯度也较高,使得给药剂量加大而不会显著增加受试者的不良反应,安全性较高。同时该技术还避免了病毒在鸡胚培养过程中发生适应性突变引起疫苗病毒和流行病毒之间的不匹配,从而避免影响成品疫苗的保护效力[44, 45]。一项2014—2015年流感季节美国50岁以上人群随机、双盲、多中心效力试验比较了重组流感疫苗和IIV-SD的保护效果[46],结果发现,重组流感疫苗与IIV-SD相比,针对确诊流感病毒的相对效力为30%。Cox等[43]进行的临床试验发现,重组流感疫苗安全且与灭活疫苗相比具有更高的免疫原性,其有效性可达44.6%~75.4%,特别是针对H3N2亚型,与灭活疫苗相比,重组流感疫苗免疫后出现了更高的血清转换率。Izurieta等[31]分析了2019—2020年,在美国Medicare受益人(主要是65岁及以上老人)中以流感导致的住院作为主要终点的rVE真实世界结果,相对于IIV-SD,重组流感疫苗的rVE为16.8%(95%CI:9.0%~23.8%),同时在统计学上也显著高于前述的3种新型流感疫苗。
1.病毒样颗粒疫苗:病毒样颗粒(VLPs)是通过将编码病毒结构蛋白的基因插入到表达载体中,再转入原核或真核细胞中进行表达和自行组装而获得的高度结构化的空心蛋白颗粒,在形态上类似于病毒的蛋白颗粒,属于基因工程疫苗中的一种[47]。VLPs不存在任何病毒遗传物质,不能复制,也不具备感染能力[48]。VLPs的结构与其诱导机体免疫反应的高效性密切相关。VLPs作为免疫原,比可溶性的重组蛋白具有更接近天然病毒粒子的空间构象和抗原表位,在一般情况下能刺激机体产生更强的免疫应答[49]。研究表明,在没有任何免疫佐剂存在的情况下,VIPs可以与细胞上的受体结合,从而引起B细胞介导的体液免疫,产生抗体来抵抗病毒;与此同时,VLPs还可以刺激CD4+T引起细胞增殖,并被树突状细胞将抗原提呈给CD8+T细胞,介导细胞毒性反应,引发机体细胞免疫[50]。目前已有多种病毒的VLPs被研发为疫苗并在世界范围内得到应用[51],作为一种最有开发潜力的商业化流感疫苗之一,VLPs疫苗凭借安全性高、免疫效果好、生产周期短、生产成本低、不依赖于鸡胚生产等优点逐渐成为新型流感疫苗研发中一个备受关注的研究领域。2020年3月,Novavax公司研发的重组血凝素蛋白纳米流感疫苗已完成Ⅲ期临床试验[52]。虽然目前还未有流感VLPs疫苗上市,但未来仍值得期待。
2.mRNA疫苗:mRNA技术的基本原理是将编码一个或多个免疫原的转录本递送到宿主细胞的细胞质中并翻译成抗原蛋白,这些蛋白随后留在细胞内或通过细胞膜分泌并释放出细胞。一旦编码免疫原的基因序列已知,则可通过转录合成的DNA模板来生成mRNA。从抗原序列获得之日起数周内,就可在临床规模上设计和制造以mRNA为基础的疫苗[53]。与其他类型疫苗相比,mRNA本身不具备感染性,不能整合入宿主细胞的基因组中,且在其完成蛋白的翻译后会自发降解,不存在感染或基因突变的风险[53];其次,mRNA通过正常细胞过程降解,并且其在体内的半衰期可以通过使用各种修改和递送方法来调节。此外,mRNA不需要进入细胞核,仅需完成一次跨膜,高效的体内递送可以通过配制成的mRNA的载体分子在细胞质快速摄取和表达,使抗原的表达更加迅速。最后,由于其体外转录反应的高产量特点,mRNA通过设计、合成的方法即可完成体外的大规模生产,产业化周期短,有利于传染病的防控[54]。近年来,mRNA疫苗以惊人的速度迅速发展,目前不仅存在多种SARS-CoV-2的mRNA疫苗,针对狂犬病、寨卡病毒等传染病、癌症及自身免疫病的mRNA疫苗也正在进行临床试验。2021年6月,赛诺菲与Translate Bio宣布已启动针对季节性流感的mRNA疫苗的Ⅰ期临床试验,这是全球首个进入临床试验的流感mRNA疫苗。
3.重组病毒载体疫苗:重组病毒载体疫苗是以经过基因工程改造的病毒作为载体,病毒感染人体后表达目标病毒的抗原蛋白从而产生免疫原性,其中最为常用的腺病毒载体作为重要的疫苗研发平台具有良好的遗传可塑性及安全性,同时能够诱导产生抵抗不同亚型或毒株HA分子保守表位的抗体分泌,以提供对不同流感病毒的交叉保护。重组腺病毒载体流感疫苗能够很好地克服传统疫苗的缺点,具有安全性好、重组病毒滴度高、产量大、不依赖鸡胚、免疫原性强等优点,具有很大潜力替代传统流感疫苗[55]。
4.通用型流感疫苗:开发能够诱导广谱而持久免疫反应的流感疫苗,即通用型流感疫苗,彻底战胜流感已经成为新型流感疫苗研发的重要方向。美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)于2017年召开了关于通用流感疫苗研讨会并提出一项关于研发通用流感疫苗的具体目标:针对任何感染组1或组2的甲型流感病毒的人群提供至少1年的保护效力且达到75%的有效性[56]。目前正在开发的通用型疫苗可以分为两类:(1)诱导针对病毒蛋白结构相对保守区域的抗体的疫苗。(2)诱导对病毒粒子内部蛋白的保守表位(如核蛋白)产生交叉反应的T细胞免疫反应的疫苗等。目前,国外已研制出多种针对流感病毒不同靶点的候选疫苗,且在动物实验及早期临床阶段均显示出较好的安全性、耐受性及免疫原性,候选通用型流感疫苗能够诱导产生交叉保护反应,抵抗不同亚型流感病毒的攻击。然而,如何更好地刺激机体产生免疫应答、如何获得具有广谱免疫性的抗原、如何增加流感疫苗保护的有效性与持久性,这些都是通用型流感疫苗研究过程中的关键问题。
自2019年末起,席卷全球的新冠疫情给疫苗行业带来了前所未有的挑战和机遇。由于尚无特异性的治疗药物,通过接种安全有效的新冠疫苗进行预防是最经济有效的手段,全球多国纷纷加入到新冠疫苗的研发中。目前,至少有5条技术路线在同步开展,主要包括重组蛋白疫苗、病毒载体疫苗、核酸疫苗、灭活疫苗以及减毒活疫苗[57]。一般认为,新疫苗的研发是一个十分漫长的过程,通常需要10~15年[58]。然而,在COVID-19全球大流行背景下,鉴于人们对疫苗的迫切需求,结合以往对SARS-CoV-1、MERS-CoV等冠状病毒和流感病毒疫苗研发的经验以及快速审批通道、滚动提交等政策支持,新冠疫苗的研发速度大大提升,在一年时间内中美俄欧等多个国家先后研发出有效的新冠疫苗,比如灭活疫苗(中国国药、中国科兴)、腺病毒载体疫苗(中国康希诺、俄罗斯Gamaleya、英国阿斯利康/牛津、美国强生)、重组蛋白疫苗(中国智飞)、mRNA疫苗(美国辉瑞/德国BioNTech、美国Moderna)等[59],最快的仅用时9个月。
自新冠爆发以来,SARS-CoV-2变异形式众多,陆续出现Alpha、Delta、Lambda等变异毒株,传播速度不断加快。持续不断的病毒变异使得目前部分疫苗保护效力降低,突破性感染层出不穷,未来的新冠疫苗有可能会像流感疫苗一样需要定期更新疫苗毒株并打加强针。虽然新冠大流行是当下人们关注的重点,但流感大流行的风险也同样不容忽视。人类正面临流感和新冠双重挑战,如何更好地防控流感和新冠肺炎的双流行是各国政府、科学研究者和卫生工作者亟需解决的问题。自2020年初起,各国为COVID-19疫情防控所采取的各种非药物干预措施也同时降低了包括流感在内的多种呼吸道传染病的流行。然而,这种较长时间的低流行会导致经由自然感染而获得免疫力的人群减少,而一旦非药物干预措施解除,流感病毒卷土重来,很可能在整体免疫力缺乏的人群中造成大流行。基于流感与新冠潜在双流行的情况,研发能够同时预防新冠与流感的疫苗也成为一种选择。厦门大学与合作单位利用减毒的流感病毒作为载体,同时携带SARS-CoV-2的S蛋白,使其刺激人体产生针对两种病毒的抗体。目前,这种鼻喷式流感病毒载体新冠疫苗已启动临床实验[60]。
1918年H1N1大流行曾导致全球5 000万余人死亡[61],1957、1968和2009年发生的流感大流行,也造成约几百万人死亡,而今的新冠疫情也已导致400万余人死亡。面对全球大流行的传染病,拥有能够快速研发、灵活调整毒株并快速扩大生产的疫苗技术平台十分重要,特别是在新冠疫苗研发中大规模使用的mRNA和腺病毒载体技术平台积累了海量的数据,这也为基于此类平台应用于预防其他疾病包括流感指明了方向,降低了阻碍。如何在新冠疫苗的研发基础上将这些技术更好地应用到流感疫苗的研发,需要大家共同的努力。
所有作者均声明不存在利益冲突





















